Werkstoffkunde
Unter Materialwissenschaft versteht man eine interdisziplinäre Wissenschaft, die sich auf die Disziplinen Chemie, Physik, Ingenieurwesen, Mineralogie, Kristallographie und Petrologie stützt und sich mit der Erforschung, das heißt Entwurf, Herstellung, Charakterisierung und Verarbeitung von Materialien beschäftigt.
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Abgrenzung der Werkstoffwissenschaft zur Materialwissenschaft
Der Begriff “Werkstoffwissenschaft” (auch “Werkstoffkunde”) betont die anwendungsorientierten Aspekte von Materialien und ist Teil der Materialwissenschaften. Die Werkstoffkunde im engeren Sinn ist eine Ingenieurwissenschaft. Sie befasst sich mit Werkstoffen, die in Maschinen, Anlagen und Apparaten verwendet werden. Die früher vorwiegend empirisch gewonnenen Erkenntnisse der Werkstoffkunde ermöglichen die Entwicklungen von Werkstoffen entsprechend den von der Industrie geforderten chemischen und physikalischen Eigenschaften, zum Beispiel Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Härte oder Duktilität bzw. Sprödigkeit von Stählen, anderen Metallen, ihren Legierungen, Keramiken und Polymeren sowie Verbundwerkstoffen.
Ein wesentlicher Teilbereich der Werkstoffkunde ist die Werkstoffprüfung. Für die praktische Durchführung von Werkstoffprüfungen werden Werkstoffprüfer ausgebildet. Analog dazu existiert der Beruf des Baustoffprüfers in der Baustoffkunde. Es handelt sich dabei jeweils um staatlich anerkannte Ausbildungsberufe mit einer regulären Ausbildungsdauer von 3 1/2 Jahren.
Geschichtliche Entwicklung
Der Übergang von natürlichen Werkstoffen wie Knochen, Stein, Ton, Holz, Rinde, Elfenbein, Hanf oder Leder zu gezielt gewonnenen Werkstoffen erfolgte zum Ende der Jungsteinzeit mit dem Beginn der Kupferzeit um 4300 v. Chr., in der Kupfer, Gold und Silber, später auch Blei und Zinn gewonnen und bearbeitet wurden. Im Anschluss daran erfolgte der Übergang in die Bronzezeit ca. 2000 v. Chr., die von der Eisenzeit abgelöst wurde. Werkstofftechnisch gesehen wurde diese erst 1886 mit dem Hall-Héroult-Prozess beendet, der die großtechnische Herstellung von Aluminium möglich machte. Lange Zeit beschränkte sich das Interesse der Materialwissenschaften fast ausschließlich auf die metallischen Werkstoffe. Seit der Wiederentdeckung des Beton in den 1850 er Jahren ist, ebenso wie beispielsweise die ab 1930 in Massenfertigung produzierten ersten Polymerwerkstoffe (Kunststoffe) die Erforschung der Eigenschaften dieser Werkstoffe ein wesentliches Element der Materialwissenschaften.
Ein wesentliches Ziel der Materialwissenschaft ist die Aufklärung der Beziehungen zwischen der Struktur (Kristallstruktur und Gefüge) und den Eigenschaften der Werkstoffe herzustellen. Darauf aufbauend werden durch gezielte Strukturveränderungen gewünschte Eigenschaftsprofile eingestellt.
Forschungsthemen in der Materialwissenschaft
- Klassifikation von Materialien
- Synthese und Herstellung von Materialien
- physikalische, chemische und biologische Eigenschaften von Materialien
- Entwicklung neuer Materialien sowie deren Anwendungen
Fachgebiete
- Allgemeine Grundlagen der Materialwissenschaft
- Metallische Werkstoffe: Eisen, Stahl, Nichteisenmetalle, Metallurgie
- Nichtmetallisch anorganische Werkstoffe (NA): Keramik, Glas, anorg. Bindemittel, anorg. Naturstoffe, Baustofftechnik
- Organische Werkstoffe, Hochpolymere: Holz (Holztechnik), Kunststoffe (Kunststofftechnik)
- Halbleiter
- Verbundwerkstoffe
- Nanowerkstoffe
- Wärmebehandlungstechnik
- Biomaterialien
Wichtige Personen
Forschungseinrichtungen
Namhafte Forschungsinstitute, die sich mit Materialwissenschaft beschäftigen:
- In Deutschland
- Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung
- Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung des Forschungszentrum Dresden-Rossendorf
- Forschungsbereich “Struktur der Materie” des Forschungszentrum Karlsruhe
- Liste der Fraunhofer-Institute und Einrichtungen: Einige Institute der Fraunhofer-Gesellschaft beschäftigen sich mit der Materialwissenschaft
- Institut für Polymerforschung und Institut für Werkstoffforschung des GKSS-Forschungszentrum
- Chemisch-Physikalisch-Technische Sektion der Max-Planck-Gesellschaft
- In der Schweiz
Siehe auch
- Portal: Werkstoffe – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Werkstoffe
Literatur
- Werner Schatt, Hartmut Worch: “Werkstoffwissenschaft” Verlag: Wiley-VCH; Auflage: 9. A. (Juli 2003) Gebundene Ausgabe: 500 Seiten
- Hornbogen, Erhard, Eggeler, Gunther, Werner, Ewald: Werkstoffe Aufbau und Eigenschaften von Keramik-, Metall-, Polymer- und Verbundwerkstoffen Reihe: Springer-Lehrbuch Bandwerk Werkstoffe 9., vollst. neu bearb. Aufl., 2008, XIV, 594 S. 357 Abb., Softcover ISBN 978-3-540-71857-4
- Wolfgang Bergmann: Werkstofftechnik 1 Grundlagen Sprache: Deutsch, 6., aktualis. Aufl. (REV)Hanser Fachbuchverlag Februar 2008 - kartoniert / broschiert - 474 Seiten EAN: 9783446413382 ISBN 3-446-41338-3
- O. Jacobs, Werkstoffkunde, Vogel Buchverlag, Würzburg, 2005
- Markus J. Buehler, Huajan Gao: Computersimulationen in der Materialforschung. Naturwissenschaftliche Rundschau 57(11), S. 593 - 601 (2004), ISSN 0028-1050
- James F. Shackelford: Werkstofftechnologie für Ingenieure, Grundlagen - Prozesse - Anwendungen, Pearson Studium, ISBN 3-8273-7159-7
Weblinks zu zu