Ларс Орстрём - Химия навсегда. О гороховом супе, опасности утреннего кофе и пробе мистера Марша

Первым сталеварам не хватало хорошей карты и возможности рассмотреть детали своей продукции на атомном уровне. Простой вариант такой карты приведен на рисунке 10; ее более правильное название – фазовая диаграмма «железо – карбид железа».

На этой карте есть два вида координат. Двигаясь слева направо, вы идете от чистого железа к материалу, в котором на каждые четыре атома железа приходится по одному атому углерода (20 % углерода по числу атомов, а не по массе, что по-другому можно записать как «20 ат.% С»). Двигаясь снизу вверх, вы смотрите за температурой, которая увеличивается с 600 °C до 1600 °C, и в конце концов вы получаете жидкость (или, если угодно, расплав) – это темно-серая область. Области, расположенные сразу под ней, обозначают смеси «жидкость – твердое» (такие как лед и вода, сосуществующие при 0 °C), а под ними находятся твердые фазы (разные виды стали/чугуна), которые отличаются друг от друга деталями атомного строения.

В левой части диаграммы (до 9 ат.%) находятся различные виды стали, а правее этой цифры – чугун. В энциклопедии Кирка-Отмера по химической технологии объяснению этой диаграммы для подкованных инженеров-химиков отведено две страницы, так что я не буду вдаваться в дальнейшие подробности, упомяну лишь две вещи. Качество стали критически зависит от того, в какой части диаграммы вы находитесь, и, охлаждая сталь достаточно быстро, вы можете, к примеру, получить сталь, которая сохраняет свое высокотемпературное строение и никогда не превращается в тот вид, который вы теоретически должны получать в низкотемпературных областях. Также существует возможность получить сталь с различным расположением атомов на поверхности и внутри.

Рисунок 10. Железоуглеродная карта стали с содержанием углерода от 0 до 20 ат.% и температурой от 600 °C до 1600 °C (при температуре ниже 600 °C ничего не изменится), известная также как фазовая диаграмма «железо – карбид железа». При содержании углерода выше 9 ат. % получается чугун, ниже – сталь. Названия обозначают различные фазы с разным расположением атомов. Это упрощенная диаграмма.

Так что секрет, который хранил Бенджамин Хантсман из Шеффилда, представлял собой лучший способ контролировать и оптимизировать процентное содержание углерода в железе и различное расположение атомов, что делало производимую им сталь лучшей из существовавших в то время.

Однако за много веков до того (возможно, на территории нынешней Сирии) технологии, мастерство и сырье соединились таким особенно удачным образом, что в результате появилась легендарная сталь и легендарное оружие: дамасский клинок. Это смертоносное оружие привело к росту активности кузнецов, так как оружейники по всей Европе пытались его скопировать; Вальтер Скотт использовал его в романе «Талисман» в качестве метафоры, чтобы показать примитивную культуру Европы времен Третьего крестового похода (1189–1192) в сравнении с утонченным мусульманским миром [62] Скотт В. Талисман, или Ришард в Палестине: из истории времен Крестовых походов (The Talisman). Москва: тип. С. Селивановского, 1827. . В романе во время встречи Ричарда I (Львиное Сердце) и Саладина (Салах ад-Дина) английский король демонстрирует мощь своего меча, с силой разрубив надвое железный прут. После этого султан Египта и Сирии вынимает из ножен мерцающий голубой дамасский меч и легко, почти без усилий разрезает пополам мягкую подушку – мастерство, которое Ричард еще несколько мгновений назад счел бы невозможным для любого меча.

Утверждают, что дамасские мечи и доспехи долгое время оставались лучшими и что европейские имитации никогда не достигали их уровня. Насколько это правда, можно поспорить.

Разумеется, такие романтики, как я, не могут устоять перед образом превосходного мерцающего голубого меча с изящным узором на клинке, выкованного таинственными восточными кузнецами. В том, что касалось доспехов, Вальтер Скотт не был новичком. Его коллекцию и по сей день можно увидеть в его доме в Абботсфорде в округе Скоттиш-Бордерс (вместе с большим количеством чрезвычайно странных артефактов, на которые определенно стоит взглянуть). И уж во времена Третьего крестового похода исламский мир все еще превосходил остальные страны по части технологий, так почему бы им было не иметь лучшие мечи?

Эта идея казалась настолько убедительной, что заставила группу немецких ученых искать нанотехнологию сегодняшнего дня в старинном дамасском мече из Бернского исторического музея в Швейцарии. Как ни удивительно, но они нашли свидетельства тому, что сталь этого меча содержит так называемые углеродные нанотрубки – недавно открытый очень прочный материал [63] Reibold M., Paufler P., Levin A.A., Kochmann W., Patzke N., Meyer D.C. Materials – Carbon nanotubes in an ancient Damascus sabre // Nature, 444 (286). 2006. . Они также предположили, что ухудшение качества стали на протяжении XVIII века было связано с изменением сырья, поскольку поставлявшие железную руду древние индийские шахты истощились, а в пришедших им на смену новых рудах не было определенных примесей, игравших важную роль в процессе изготовления стали.