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Materialwissenschaft

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Unter Materialwissenschaft versteht man eine interdisziplinäre Wissenschaft, die sich auf die Disziplinen Physik, Chemie, Ingenieurwesen, Biologie, Mineralogie, Kristallographie und Petrologie stützt und sich mit der Erforschung, d. h. Entwurf, Herstellung, Charakterisierung und Verarbeitung von Materialien beschäftigt.

Lange Zeit beschränkte sich das Interesse der Materialwissenschaften fast ausschließlich auf die metallischen Werkstoffe, insbesondere Stahl und Buntmetalle (=Kupferlegierungen), ab Ende des 19. Jahrhunderts auch Aluminium. Erst wesentlich später entwickelte sich ein Interesse an Polymerwerkstoffen (=Kunststoffen) und anderen Metallen (z.B. Titan), heute werden die Eigenschaften von allen Feststoffen, die technische Bedeutung haben, einbezogen.

In jüngster Zeit spielen auch biologische und medizinische Aspekte eine wichtige Rolle in der Materialwissenschaft. 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.

Der Begriff "Werkstoffwissenschaft" (auch "Werkstoffkunde") betont die anwendungsorientierten Aspekte von Materialien, ist jedoch letztlich gleichbedeutend mit Materialwissenschaft. Die Werkstoffkunde im engeren Sinn ist eine Ingenieurwissenschaft. Sie befasst sich mit Werkstoffen, die in Maschinen, Anlagen und Apparaten verwendet werden. Die 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.

Inhaltsverzeichnis

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. Um 1930 wurden die ersten Polymerwerkstoffe (Kunststoffe) in Massenfertigung produziert.

Forschungsthemen in der Materialwissenschaft

Fachgebiete

Wichtige Personen

Forschungseinrichtungen

Namhafte Forschungsinstitute, die sich mit Materialwissenschaft beschäftigen:

In Deutschland
In Österreich
In der Schweiz

Siehe auch

Literatur