Strukturformung

Strukturformung bezeichnet in der Materialwissenschaft den Prozess, durch den die innere Struktur eines Werkstoffs entsteht. Dazu gehören die Anordnung der Atome, die Bildung von Kristallen, die Größe und Form der Körner sowie die Verteilung von Phasen. Die Struktur bestimmt maßgeblich mechanische, elektrische und optische Eigenschaften eines Materials und wird durch Herstellungs- und Wärmebehandlungen gesteuert.

Wesentliche Mechanismen umfassen Kristallisation aus Schmelze oder Lösung, bei der sich Kristallkeime bilden (Nukleation) und zu Kristallen wachsen; Phasenbildung und Phasenverteilung in Legierungen; spinodale Aufspaltung sowie Selbstorganisation in Polymeren, Kolloiden und Nanostrukturen. Je nach System können unterschiedliche morphologische Formen entstehen, wie körnige Strukturen, Texturen oder mikroskopische Muster.

Der Verlauf der Strukturbildung wird von Temperatur- und Druckverläufen, Zusammensetzung, Verunreinigungen, mechanischer Belastung und externen Feldern beeinflusst. Abkühlraten, Legierungszusätze, Werkstoffzusammenstellung und Behandlungsfolgen wie Glühen, Härten oder sintern steuern Korngröße, Phasenanteile, Textur und Porenbildungen. Verschiedene Fertigungsverfahren wie Gießen, Walzen, Extrudieren, Sinterprozesse oder additiv gefertigte Bauteile bestimmen die resultierende Struktur stark mit.

Die Struktur wird mithilfe von Mikroskopie, Röntgenbeugung, Elektronenbeugung, Spektroskopie und anderen Verfahren charakterisiert. Anwendungsbereiche reichen von Stahl- und Leichtmetalllegierungen über Keramiken und Polymere bis hin zu Halbleitern, Dünnfilmen und additiv gefertigten Bauteilen. Das Verständnis der Strukturformung ist zentral für die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, da Mikrostrukturoberflächen das Verhalten von Materialien unter mechanischer, thermischer oder chemischer Belastung maßgeblich beeinflussen.