有关维斯台登纹与大马士革纹的知识

依然是我

奇妙纹路的发现
在1808年，这种图型以维也纳的帝国磁器厂厂长阿洛伊斯·魏德曼施泰登的名字命名。当他将铁陨石加热时，魏德曼注意到颜色和光泽的变化，在不同区域的铁合金会以不同的速率氧化。他并没有发布它的发现，只是在同事之间进行口头上的沟通。此一发现被维也纳矿物和动物学展示所的所长Carl · Schreibers认同。

然而，现在认为这项发现应该归于早他四年公布相同结果的G. 汤姆森。汤姆森于1804年在那不勒斯工作时，曾以硝酸处理克拉斯诺亚尔斯克陨石，尝试消除氧化造成的变化。陨石在与硝酸接触后不久，表面出现了奇怪的花纹，他如上文所述，作了详细的说明。但意大利南部的内战和政治上的不稳定，使汤姆森很难和他在英国的同事保持联系。而替他传讯的人被谋杀，这使他遗失了重要的通讯。结果在1804年，他的发现只在法国的Bibliothèque Britannique上发表。在1806年初，法国的拿破仑入侵那不勒斯，汤姆森被迫逃到西西里 ，在当年的11月，他在巴勒莫过逝，享年46岁。         
在1808年，汤姆森的工作再度在意大利被发表于Atti dell'Accademia Delle Scienze di Siena。横扫欧洲的拿破仑战争妨碍了汤姆森和科学界的接触，另一方面，他的早逝也使他的贡献被埋没了许多年。
名称
对这种图样最常被用到的名称是魏德曼花纹或魏德曼构造，但是在拼写上有一些变化：
•        Widmanstetter：Frederick C. Leonard建议的。
•        Widmannstetten：例如用在月球上的魏德曼月球坑。
•        Widmanstatten：英语。
此外，由于G. 汤姆森较早发现此种花纹，有些学者称这种花纹称为汤姆森构造，或是汤姆森-魏德曼构造。魏德曼花纹在国内称为“维斯台登构造”，后续，我都以维斯台登构造或维斯台登纹来说明。

形成的机制

金属显微镜抛光切面呈现的维斯台登花纹。
在八面体陨铁的铁陨石和一些橄榄陨铁中发现独特的长镍-铁结晶，它们包括一些交织的锥纹石和镍纹石形成的带状物，在600-900 °C条件下，陨铁会形成两种镍含量不同的稳定合金——锥纹石和镍纹石。锥纹石的镍含量低（只有5%至15%的镍），镍纹石的镍含量高（可以高达50%）。八面体铁陨石的镍含量介于锥纹石和镍纹石之间，大约为5-19%。
由于锥纹石在固体金属内扩散成长的温度介于700至450 °C（注意，是个降温过程）。这是铁镍金属单质在外太空以每100万年冷却1到10℃的极度缓慢的降温环境中，锥纹石板会在镍纹石的晶格中沿着某一个晶轴平面的方向成长，形成金属结晶体，故每一颗八面体铁陨石中的维斯台登花纹形成时间大约需要两千万年至两亿年。这也可以解释：为何在地球上的实验室中无法制造出维斯台登花纹这种结构。
在铁陨石被切割、抛光和酸蚀时，因为锥纹石和镍纹石的耐酸性不同，腐蚀速度不一样，因此会显示出这种可以看见晶体线的花纹。在上图中，广泛显示的白线是锥纹石（大小在mm级别），像缎带的细线是镍纹石，暗灰的杂斑区域是合纹石。
“身份”的象征
      由于在极端缓慢的冷却速度下（经历数千万年），镍铁晶体在固体内增长的长度也只有几厘米。这种花纹的存在是材料来自外太空的证明，可以很容易的确定一小块的碎片是否是陨石的一角。所以，这种维斯台登花纹可以称为铁陨石的“身份证”。
标本的制作
有许多不同的方法来显示出铁陨石上的维斯台登花纹。通常第一步是要先切片和抛光，然后清洗抛光的切面。然后配置酸洗液：一般是在无水酒精中加入10%左右的浓硝酸即可（也可以无水酒精中加入5%左右的浓硫酸），注意，顺序不能错，一定是往酒精中加入浓硝酸，顺序反过来易发生爆炸。最后将切片放入酸洗液中浸泡一分钟左右，直到花纹明显即可。每颗陨石的镍含量不同，蚀刻所需要的时间也不同，通常是30秒至1分钟左右即可观察到花纹。陨石一但被酸蚀刻，通常需要用强碱（例如碳酸钠）来中和，并且清洗和干燥。最后涂防锈油进行保护。
尺寸
  
有着细致（带宽0.3mm）维斯台登花纹的吉丙陨石与粗糙花纹的Seymchan陨石比较。

随着镍含量的增加， 镍纹石的带宽范围从粗糙到细致。现今，以花纹的带宽为依据，对铁陨石进行分类，称为构造分类法。八面体陨铁可以分为：
•        Ogg：最粗糙的八面体陨铁，锥纹石的带宽大于3.3mm，镍含量在5%-9%。
•        Og ：粗糙的八面体陨铁，锥纹石的带宽在1.3-3.3 mm，镍含量在6.5-8.5%。
•        Om：中等的八面体陨铁，锥纹石的带宽在0.5-1.3 mm，镍含量在7-13%。
•        Of ：细致的八面体陨铁，锥纹石的带宽在0.2-0.5 mm，镍含量在7.5-13%。
&#8226;        Off：最细致的八面体陨铁，锥纹石的带宽小于<0.2 mm，镍含量在17-18%。
没有魏德曼花纹的铁陨石：
&#8226;        有诺伊曼线的称为六面体陨铁；
&#8226;        没有任何结构的称为无纹陨铁，即富镍陨铁。
形状和纹路
  
以不同的方向切割陨石平面，会影响到魏德曼花纹的形状和方向，因为在八面体上的锥纹石薄片是精确排列的。八面体陨铁的晶体结构是并联的八面体，相对的面是互相平行的。八面体有八个面，但锥纹石只有四个面。沿着不同平面切开的八面体陨铁（或者任何八面体对称的物质，是正立方对秤体的次分类），都会呈现下面之中的一种型态：
&#8226;        垂直三个轴(立方体)之一切下：两组彼此互相垂直的条纹。
&#8226;        平行于八面体之一的平面切下(与三个轴的晶体中心等距离)：三组条纹彼此成60°斜交的条纹。
&#8226;        其他的角度：四组以不同任意角度交叉的条纹。
陨石的主要矿物有五种：橄榄石、辉石、长石、铁纹石、镍纹石。前三种矿物元素成分为硅酸盐，后两种矿物成分为铁镍金属，国际上陨石分类是以陨石中所含硅酸盐与铁镍金属比例来进行划分。即：主要成分为硅酸盐，铁镍金属含量小于30%的陨石划为石陨石；硅酸盐与铁镍金属比例相近的划为石-铁陨石；主要成分为铁镍金属或含及少量铁的硫、磷化物的为铁陨石。陨石中的镍是由地球上所不含的矿物形成，这些矿物主要有：铁纹石、镍纹石、陨硫铁、陨磷铁等等。而这些矿物特别是铁纹石与镍纹石两种，在许多陨石当中都存在，以至许多陨石是含镍的。
正是由于镍纹石的存在，让我们看到了维斯台登花纹这样地球上所没有的独特的金属结晶结构，而由于它漫长的形成时间也使地球上不可能有维斯台登结构的物体，哪怕是在实验室中，也无法合成。如果一定要找一个跟它接近的，就是所谓的“大马士革”纹了。
“大马士革”这个近东的地名在现代刀剑制造领域是个高频率使用的词，“大马士革刀”、“大马士革花纹”之类的概念被引申到各种现代制造的有花纹的刀具上面，但是其实并没有过什么“大马士革刀”和“大马士革花纹”，只有淹没在历史尘埃里的大马士革钢。

古代的炼钢技术是比较落后，生产出的单体钢性能比较差。因为无法去除磷、硫等有害杂志，热处理工艺又不够成熟，所以，一旦单体钢的含碳量低了，硬度就不够，而含碳量高了，又比较脆，容易折断。为了使制出的刀剑既有较高的硬度，又有良好的韧性，古人发明了将两块含碳量不同的钢经反复折叠、锻打结合在一起的方法。古代亚洲人和欧洲人都曾使用过这个方法。

含碳量不同的钢的颜色是不同的，因此反复折叠、锻打做出的刀身上就会有花纹、最初花纹完全是随机的，并没有任何规律。后来，为了使刀美观，工匠们便试图控制花纹的图案，逐渐掌握了用不同的折叠方式锻打的技巧，使做出来的刀呈现不同的花纹。古人发现，用这种方法做成的刀剑如钢用特殊溶液，如酸液浸泡一会儿，花纹会更加清晰。

真正的大马士革钢又称为结晶花纹钢，是一种古代粉末冶金和锻造技术完美的结合。其花纹基本上是两种性质不同的材料。亮的地方是纯的雪明炭铁，其硬度比玻璃还大；暗的地方的结构是属于沃斯田铁和波来铁。整体含炭量大约是在1.5~2.0 % 之间。在韧性高的波来铁里均匀散布着比玻璃还硬的雪明炭铁。使得大马士革钢刀上可以具有非常锋利的刀锋，以及非常坚韧而不会折断的刀身。大马士革钢的花纹和摺叠钢有明显的差别。大马士革钢花纹比较细致，看起来比较自然，黑白的对比也比较大。在古代由于有在刃上喂毒的情形，造成很多大马士革钢的刀刃呈现黑色的情况。在黑色的刀刃上分布着亮晶晶的雪明炭铁。古代波斯人把它形容成像夜空中的繁星一样漂亮的花纹。
   
古代印度人则发明了另一种带有花纹钢的铸造方法，这种钢材的铸造过程中，会因天然结晶而形成花纹。这种钢在印度被称为乌兹钢。乌兹钢的性能十分优异，削铁如泥也不为过。有人分析，中国古人所说的“镔铁”实际上就是从印度传来的乌兹钢。古代大马士革的很多工匠买来这种钢制造兵器。后来它从大马士革传到欧洲，欧洲人就把它叫作大马士革钢。这种钢在当时非常受欢迎，但因产量有限，于是就有人用折叠法锻造的花纹钢来冒充它。实际上，铸造过程中因结晶形成的花纹和折叠锻造而成的花纹形态是不一样的。前者呈不连续的细沙粒或蝌蚪状的点，后者为弯曲的线条。为了区分，当时就把铸造结晶形成的花纹钢称为“真大马士革钢”，把折叠锻造形成的花纹钢称为“假大马士革钢”。实际上折叠锻造钢的历史比铸造结晶钢更加悠久。后来，有学者干脆将铸造结晶而成的花纹钢仍然用它的印度古称“乌兹钢”，而把“大马士革钢”这个名称专指折叠锻造花纹钢。但也有人把大马士革钢作为所有花纹钢的统称。

但不管是铸造花纹还是折叠锻造花纹，虽然漂亮，但总有人为的匠气，与维斯台登纹这种几千万年甚至上亿年形成的天然纹路相比，后者更具独特的自然魅力。

有朋至远方来

楼主，文章非常好，如果再配上图就好了。

有朋至远方来

嘿嘿，有点刻薄了，确实非常好的文章。

依然是我

有朋至远方来 发表于 2020-3-13 08:22
楼主，文章非常好，如果再配上图就好了。

不好意思，有全套的图片的，只是不知道怎么发上来。请教了

有朋至远方来

可以把文章地址粘过来

依然是我

有朋至远方来 发表于 2020-3-16 11:04
可以把文章地址粘过来

没有网上的地址，是我写的和查的资料做成了的一个文件，存在我的电脑上。我试了直接粘贴，但是，没有图片。