Materialkunde

Materialkunde, auch als Materials Science oder Werkstoffkunde bezeichnet, ist eine interdisziplinäre Fachrichtung, die sich mit den Eigenschaften, der Struktur, der Verarbeitung und dem Verhalten von Materialien befasst. Ziel ist es zu verstehen, wie Mikrostruktur und Zusammensetzung das Materialverhalten bestimmen und wie Verarbeitungsverfahren Eigenschaften gezielt verändern können. Die Disziplin verknüpft Physik, Chemie, Metallurgie und Ingenieurwissenschaften.

Der Bereich umfasst Metalle, Keramiken, Polymere, Verbundwerkstoffe sowie neue Materialien wie Biomaterialien und nanostrukturierte Stoffe. Zentrale Aspekte sind Eigenschaften wie mechanische, thermische, elektrische, magnetische und optische Eigenschaften sowie chemische Stabilität. Die Mikrostruktur umfasst Phasenanteile, Körner, Defekte und deren Einfluss auf Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Korrosionsverhalten. Verarbeitungsschritte wie Gießen, Umformen, Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung und Additive Fertigung beeinflussen die Leistung der Materialien.

Zu den Methoden zählen Charakterisierungstechniken wie Mikroskopie, Spektroskopie und Röntgendiffraktion, sowie mechanische Prüfungen (Zug, Härte, Ermüdung) und thermische Analysen. Modellierung, Simulation und Materials-Data-Management unterstützen die Vorhersage von Eigenschaften und das Design. Normen und Prüfverfahren sichern Vergleichbarkeit und Zuverlässigkeit in Industrie und Forschung.

Anwendungen und Lehre konzentrieren sich auf Produktentwicklung, Zuverlässigkeits- und Lebenszyklussicherung, Korrosions- und Verschleißschutz sowie Energie- und Nachhaltigkeitsmaterialien. Materialkunde dient der Materialauswahl und dem Design durch Werkzeuge wie Material-Auswahldiagramme (z. B. Ashby-Diagramme) und Lebenszyklusanalysen. Die Ausbildung erfolgt in Ingenieur- und Naturwissenschaften und treibt Forschung sowie industrielle Innovation voran.