Materialien

Materialien, in der Wissenschaft oft als Werkstoffe bezeichnet, umfassen alle Substanzen oder Gemische, die zur Herstellung von Gegenständen und Systemen verwendet werden. Materialien zeichnen sich durch ihre Eigenschaften und ihr Verhalten unter Einfluss von Kräften, Wärme, Licht und Chemikalien aus.

Klassifikation: Die Hauptgruppen sind Metalle, Polymere, Keramiken und Verbundwerkstoffe. Keramiken sind hart und chemisch beständig, aber oft spröde; Polymere sind leicht formbar und teils chemisch anpassbar; Metalle bieten hohe Festigkeit und Duktilität; Verbundwerkstoffe kombinieren Eigenschaften zweier oder mehrerer Materialien.

Eigenschaften: Wichtige Materialeigenschaften umfassen mechanische Größen (Festigkeit, Härte, Zähigkeit, Steifigkeit), thermische Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, Ausdehnung), elektrische Leitfähigkeit, magnetische Eigenschaften, chemische Beständigkeit, Dichte und Verarbeitungseigenschaften. Die Mikrostruktur (Kristallität, Phasen) beeinflusst das Makroverhalten.

Herstellung und Verarbeitung: Materialien werden durch Gießen, Schmieden, Sintern, Extrudieren, Fügen, Beschichten oder additiv fertigen verarbeitet. Die Wahl des Herstellungsverfahrens hängt von Geometrie, Anforderungen und Kosten ab.

Anwendungen und Nachhaltigkeit: Materialien bestimmen die Leistungsfähigkeit von Bauwerken, Fahrzeugen, Elektronik und Medizintechnik. Umweltaspekte wie Lebenszyklus, Recycling und Ressourcenschonung gewinnen zunehmend Bedeutung.

Forschung: Die Materialwissenschaften erforschen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, Entwicklungs- und Bewertungsverfahren sowie neue Materialien wie Funktionswerkstoffe, Leichtbauwerkstoffe und Grenzflächen.