De veertig stappen van Mohammed

Damascus-zwaarden golden lange tijd als de beste zwaarden die er zijn: vlijmscherp, keihard en toch buigzaam, en voorzien van een fraai motief. Begin 19de eeuw stokte echter de productie van de zwaarden. Ook het procédé ging verloren. Onlangs kwamen een Amerikaanse metallurg en smid door toeval achter het geheim.

`Waarschijnlijk is dit Damascus-zwaard van wootz gemaakt', zegt Jan Puype, hoofdconservator van het Legermuseum in Delft. Hij toont een zwaard dat in 1808 door de toenmalige Prince of Wales aan een Nederlandse officier werd geschonken. Op de kling is, hoewel gedeeltelijk weggesleten, een heel fijn `water-rimpeling'-motief zichtbaar. Dit patroon is kenmerkend voor zwaarden gemaakt van Damascus-staal, ofwel wootz: een staal dat in Zuid-India werd geproduceerd. De Engelsen lieten destijds veel van hun wapens in het toenmalige Brits-Indië maken en de Indiase smeden gebruikten wootz als grondstof, vertelt Puype.

Het legermuseum heeft enige tientallen Damascus-zwaarden in de collectie. Deze zwaarden stonden bekend om hun superieure kwaliteit: vlijmscherp, keihard, en toch buigzaam. Het opvallendste kenmerk is echter het vaak zeer subtiele patroon op de kling: dit is er niet in geëtst, maar is het resultaat van een bijzonder ingewikkeld en arbeidsintensief smeedprocédé.

Er bestaan twee soorten Damascus-zwaarden: pattern-welded Damascus-zwaarden en zwaarden gemaakt van oosters Damascus-staal, ofwel wootz. Kenners beschouwen deze laatste soort als de `echte' Damascus-zwaarden. Hoewel de beide soorten zwaarden niet veel verschillen in uiterlijk en kwaliteit, worden ze op totaal verschillende manieren vervaardigd.

Pattern-welded Damascus-zwaarden bestaan uit aaneengesmeed hard en zacht staal. Het harde staal dankt zijn hardheid aan een overdosis koolstof, het zachte staal is arm aan koolstof. Het harde staal zorgt ervoor dat het zwaard keihard en vlijmscherp is, het zachte metaal zorgt voor voldoende buigzaamheid. Zou een zwaard enkel van hard staal zijn gemaakt, dan zou het gemakkelijk breken. Het aaneengesmede harde en zachte staal wordt vervolgens gevouwen, gewikkeld en opnieuw gesmeed. Dit procédé wordt verschillende malen herhaald totdat er een veel-lagig - soms wel honderd lagen - metaal is ontstaan. Vooral door het draaien ontstaat er uiteindelijk een motief op de kling, dat in feite bestaat uit hard en zacht staal dat aan de oppervlakte komt. Vaak werd, om het motief beter te laten uitkomen, het zachte metaal weggeëtst met bijvoorbeeld arsenicum. Een van de problemen die een smid tegenkomt bij deze techniek is dat tijdens het verhitten de vooral in het harde staal aanwezige koolstof `wegstroomt' naar het zachte, koolstof-arme metaal. Hierdoor vermindert het verschil in hardheid en vervaagt het kenmerkende motief.

Het andere type Damascus-zwaard werd gemaakt van wootz-staal, dat werd geproduceerd in Zuid-India. Vooral in de buurt van de huidige miljoenenstad Hyderabad en in de deelstaat Tamil Nadu zijn een meter onder het maaiveld de overblijfselen van grote wootz-ovens gevonden.

SMELTPUNT

Wootz was zeker in de middeleeuwen een opmerkelijk product. Het staal was namelijk niet het resultaat van vouwen en smeden van twee metalen, maar een van de eerste voorbeelden van een homogeen staal met een hoog koolstofgehalte. Dit hoge koolstofgehalte was essentieel. Hierdoor was het smeltpunt van wootz lager dan dat van het `normale' ijzer. Een hoog smeltpunt was voor veel culturen een obstakel bij de vervaardiging van ijzer. In normale vuren worden zulke hoge temperaturen niet bereikt. Indiase smeden legden het ruwe ijzererts met stukken hout en bladeren (koolstof!) in goed afgedichte smeltkroezen en plaatsten deze in grote vuren. Doordat het langzaam vloeibaar wordende ijzer de koolstof begon te absorberen, werd de smelttemperatuur lager, waardoor meer koolstof vrijkwam, waardoor de smelttemperatuur verder omlaag ging, enzovoort. Zo trad een spiraal in werking. Het resultaat was een vrij zuiver staal met een hoog koolstofgehalte (1,5 gewichtsprocent).

Wootz, ook wel oriëntaals Damascus genoemd, werd als een superieur staal beschouwd. In de twaalfde eeuw na Chr. schrijft de Arabier Idrisi: ``De hindoes blinken uit in de productie van ijzer. Het is onmogelijk iets te vinden dat de scherpte van Indiaas staal benadert. Via de kruistochten bereikten verhalen over de magische kwaliteiten van de Damascus-zwaarden Europa. Zo zou een Damascus-zwaard in één haal een helm in tweeën kunnen splijten. En een verkoper zou om de scherpte te demonstreren een zijden zakdoek in de lucht gooien en deze eveneens met een zwaard in twee stukken klieven.''

Behalve in India werd wootz ook in andere landen als grondstof gebruikt voor de vervaardiging van zwaarden. Het staal werd al in de vroege middeleeuwen vanuit Zuid-India in baren van 2,3 kilo geëxporteerd naar Europa, het Midden-Oosten en China. De term `Damascus-staal' dankt het aan de tegenwoordige Syrische hoofdstad Damascus, waar het werd gebruikt om zwaarden van te smeden. Van Damascus komt ook het woord `damasceren': het aanbrengen van het motief. Het ultieme motief werd 40-steps of Mohammed genoemd: een soort bloempatroon dat over de hele lengte van de kling zichtbaar is. Wanneer een smid in staat was dit motief op de kling te laten verschijnen, gold hij als een zeer bekwaam vakman.

Het merkwaardige is dat de laatste Damascus-zwaarden met een hoogwaardig gedamasceerd patroon dateren van ongeveer 1750, zwaarden met een laagwaardig patroon werden tot begin 19de eeuw gemaakt. Daarna trad er een grote stilte in. Het werd een van de grote mysteries binnen de metallurgie: waarom werden er geen nieuwe Damascus-zwaarden meer gemaakt en hoe werden de zwaarden gemaakt? Herhaaldelijk hebben smeden en metallurgen geprobeerd de oriëntaalse Damascus-zwaarden na te maken. Tot voor kort met gering succes: of de chemische samenstelling klopte niet, het bladmotief ontbrak, of de interne microstructuur die het motief vormt was afwezig.

Professor Ballal van het Indian Institute of Technology in Bombay was zijdelings betrokken bij een speurtocht in India naar mensen die het procédé nog kenden. Ballal: ``De enigen die iets hebben opgeschreven over wootz waren Europese reizigers. Waarschijnlijk waren de Indiase ambachtslieden analfabeet. Bovendien was er ook geen noodzaak het op schrift te stellen: de kennis werd meestal overgedragen van vader op zoon. De zoektocht leverde niets op: het raadsel van het oriëntaalse Damascus-zwaard leek voor altijd onoplosbaar.''

Voor John Verhoeven, professor metallurgie aan de universiteit van Iowa, en Alfred Pendray, smid te Californië, was het onverteerbaar dat het met moderne technieken en inzichten niet mogelijk was de zwaarden te produceren. Beiden waren jarenlang afzonderlijk vruchteloos bezig geweest het mysterie te ontrafelen. Eind jaren tachtig ontmoetten ze elkaar en besloten ze de krachten te bundelen: de theoretische kennis van metalen van Verhoeven werd gepaard aan de praktijkkennis van het smeden van Pendray.

IJZERCARBIDE

Centrale vraag was hoe de bandvorming van de Fe3C (cementiet of ijzercarbide)-deeltjes bij het afkoelen van het staal ontstaat. Na uitgebreide analyse van originele stukjes van oude Damascus-zwaarden en enige smeed-experimenten kwamen Verhoeven en Pendray tot de conclusie dat tijdens de productie van het Damascus-zwaard aan drie voorwaarden moest worden voldaan. Ten eerste moest de smid een heel precieze verhouding van duur en temperatuur van verhitting aanhouden. Te lang of te hoog verhitten was funest, evenals te kort of te laag. Gerelateerd hieraan ontdekten Verhoeven en Pendray dat het staal ook een hoog fosforgehalte diende te hebben. Maar de belangrijkste voorwaarde, zo ontdekten Verhoeven en Pendray, is dat het staal enigszins verontreinigd moet zijn. Lichte concentraties van de elementen vanadium, molybdeen of andere carbide-vormende elementen moeten in de grondstof aanwezig zijn om uiteindelijk het kenmerkende patroon op de kling te krijgen.

De ontdekking van deze laatste voorwaarde was puur toeval. Het ijzer waarmee Verhoeven en Pendray experimenteerden, afkomstig uit een mijn bij Lac Tio aan de noordoever van de St-Lawrence-rivier, bevatte toevalligerwijs het element vanadium. Tot hun grote vreugde merkten ze dat met dit staal als grondstof het eindelijk lukte het bladmotief te reproduceren. Vanadium zorgt er namelijk voor dat de carbide-deeltjes niet at random aan het oppervlakte van de kling komen, maar in een patroon. Dit patroon kan door een ervaren smid in andere patronen worden veranderd. Een analyse van monsters van oude Damascus-zwaarden bevestigde de vinding: ook deze zwaarden bevatten vanadium. Verhoeven en Pendray kwamen tot de conclusie dat ook elementen als chroom, molybdeen, niobium en mangaan deze uitwerking hebben.

Hoe kon nu plotseling de kunst van het vervaardigen van Damascus-zwaarden verdwijnen? Verhoeven en Pendray veronderstellen dat de ingewikkelde techniek van het verkrijgen van het typische bladmotief een geheim was dat de smeden met zich meedroegen, en alleen overdroegen aan hun leerlingen, maar dat zij begrijpelijkerwijs geen notie hadden van de exacte chemische samenstelling van het wootz. De hypothese van beide Amerikanen is dat generaties lang de erts voor wootz uit dezelfde mijn kwam. Dit erts had de benodigde verontreinigingen. Toen echter de mijn uitgeput raakte of wellicht niet meer toegankelijk, moest de erts elders worden gedolven. Dit erts bevatte echter niet de cruciale verontreiniging met vanadium. Hierdoor werkte de oude techniek niet meer, waardoor de productie van de echte Damascus-zwaarden stilviel. Dat zou door de opkomst van het vuurwapen waarschijnlijk ook wel zijn gebeurd, maar niet zo abrupt.