Een 3000 jaar oud zwaard namaken voor je afstudeerproject. Dorien Westert, student Materials Science & Engineering, combineert archeologie en materiaalkunde met een bijzonder onderzoek naar de microstructuur van ijzeren zwaarden. En komt zo misschien wel meer te weten over de smidvaardigheden en rituelen van de mensen in de vroege ijzertijd.
Opzettelijk verminkte wapens en andere voorwerpen worden herhaaldelijk ontdekt in oude graven uit de ijzertijd. In Nederland zijn enkele gebogen ijzeren zwaarden uit de Hallstatt C-periode ontdekt, dat is ongeveer 600 tot 800 jaar voor Christus. Het beroemdste gebogen zwaard is gevonden in het vorstengraf van Oss en zat ‘opgerold’ in een situla, een soort bronzen emmer.
Gezien de enorme omvang van het graf hadden de rouwenden ervoor kunnen kiezen om het zwaard recht naast de bronzen emmer te leggen, maar in plaats daarvan investeerden ze tijd en moeite in het buigen ervan. De vraag blijft: Hoe werden deze zwaarden gebogen, door brute kracht of door verhitting en hameren? Zou dit tijdens een crematie kunnen gebeuren of was het nodig om het zwaard naar een smid te brengen?
Wat heb je precies onderzocht?
Ik heb de microstructuur van Nederlandse gebogen ijzeren zwaarden uit de Vroege IJzertijd bestudeerd. Deze zwaarden zijn gebogen zoals de staf van Sinterklaas of zelfs gevouwen. Metallografische methoden zijn gebruikt om te onderzoeken hoe deze zwaarden zijn gebogen. Veel behandelingen, zoals ijzer- of zwaardproductie en buigen, laten kleine sporen achter in het voorwerp, bijvoorbeeld karakteristieke metaal microstructuren, vervormingen, defecten of restspanningen. Het analyseren van al deze microstructurele kenmerken leidt uiteindelijk tot een beter beeld van de biografie van de voorwerpen en de metaalkennis van de mensen in de Vroege IJzertijd.
Waarom is dit onderzoek belangrijk?
Het is bijzonder dat deze zwaarden behoren tot de eerste ijzeren objecten uit Nederland. Er is nog weinig kennis over de microstructuur van deze oude objecten. Weten hoe de zwaarden werden gebogen, impliceert de kennis, vaardigheden en uitrusting van mensen in deze periode en draagt zo bij aan het archeologische raamwerk rond de Hallstatt-cultuur in Nederland. Wat wisten ze toen over smeden en wat nog niet, hoe goed waren ze in het maken van objecten en wat wordt er nou precies gedaan tijdens een begrafenisceremonie? Er zijn al archeologische theorieën waarom de zwaarden gebogen zijn en het zou natuurlijk heel mooi zijn als we dit kunnen ondersteunen aan de hand van materiaalonderzoek.
Kun je meer vertellen over jouw onderzoeksmethode?
Eerst werd er een replica gemaakt. Dit was een zeer interessante en leuke ervaring. Smid Thijs van de Manakker bood zijn ervaring en kennis van ouderwets smeden aan; hij hielp met het smeden van de replica en het buigen van het zwaard met verschillende technieken. Een deel werd gebogen met brute kracht en een hefboomeffect, het andere deel werd gebogen door verhitting en hameren en het laatste deel werd recht gelaten als controle. De microstructuur van deze proefmodellen werd geanalyseerd en vergeleken om het effect van de verschillende buigtechnieken te bepalen.
Microscopie was absoluut het grootste deel van het werk. Ik maakte dwarsdoorsneden van de replica en onderzocht deze met SEM-EBSD, SEM-EDS* en optische microscopie, evenals een monster van het Heythuizen zwaard, een van de 3000 jaar oude gebogen zwaarden. Vervolgens werd EPMA** gebruikt om de koolstofconcentratie in de ijzermonsters te onderzoeken, wat wijst op het gebruik van smeedijzer en hardingstechnieken. Verder werd de microstructuur van enkele museumvoorwerpen geanalyseerd met een niet-destructieve techniek (ToF-ND) om structurele informatie van kristallen en metalen zichtbaar te maken.
*SEM (Scanning electron microscope) is een bepaald type elektronenmicroscoop waarmee de microstructuur van materialen zichtbaar kan worden gemaakt voor het menselijk oog.
**EPMA (electron probe microanalyzer) is een analytisch instrument dat gebruikt wordt om de chemische samenstelling van kleine volumes vaste materialen niet-destructief te bepalen.
Wat was jouw grootste uitdaging en waar heb je het meest van genoten?
De grootste uitdaging was het samenbrengen van historisch en archeologische wetenschap en materiaalkunde. Het schrijven van mijn thesis op een manier waarop zowel historici als engineers het begrijpen.
Het leukste vond ik het bezoeken van musea, zoals het Rijksmuseum van Oudheden en het Valkhof Museum, en daar een kijkje achter de schermen te nemen. Er zit een hele wereld achter de organisatie, het behouden, de verzorging en het onderzoek naar cultureel erfgoed. Ik heb ervaren hoe ingewikkeld het is om daadwerkelijk een klein monster van een archeologisch object te onderzoeken. Natuurlijk kun je geen museumstuk zomaar gebruiken om een dwarsdoorsnede te maken, daar had ik gelukkig de replica voor. Het was ook erg leuk om bij het laboratorium van de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed te werken en te zien hoeveel en wat voor technisch onderzoek er allemaal wordt gedaan naar verschillend cultureel erfgoed. Daarnaast was het ook erg leuk om experts aan het werk te zien.
Wat is de volgende stap? Komt er een vervolg op dit onderzoek of gebeurt er iets met de resultaten?
Mijn onderzoek is nog niet af, maar samen met de Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed, ga ik mijn onderzoek voortzetten na het inleveren van mijn thesis. Een publicatie zou geweldig zijn en waardevolle informatie opleveren voor musea.
Welke kennis vanuit je master kon je toepassen bij je afstudeeronderzoek?
Verbazingwekkend veel! Ik heb kennis toegepast uit vakken als metal science, corrosion science, determination of microstructures, characterisation of materials, thermodynamics and kinetics of materials, structure and properties of materials. Dit onderzoek betrof een verrassend groot gebied van materiaalkunde.
Studiekeuze
Dorien Westert, masterstudent Materials Science & Engineering
Waarom heb je gekozen voor de master Materials Science & Engineering?
Ik heb deze master gekozen om materiaal binnen cultureel erfgoed te onderzoeken. Het fascineert mij hoeveel informatie er verborgen blijft in de materialen van kunst en geschiedenis. Persoonlijk ben ik heel geïnteresseerd in de technische kant van het verhaal, vandaar de keuze voor deze master. Hoe verkleurt een materiaal? Hoe gaat het kapot? Hoe veroudert het en wat verandert er dan? Waar bestaat het uit en hoe beïnvloedt dat het materiaal? Maar ook: wat is er belangrijk voor volgende generaties?
Dorien werd begeleid door prof. dr. Maria J. Santofimia Navarro, dr. Matthias Alfeld en dr. Ineke Joosten.