Werkstoffe sind grundsätzlich…
synthetisch hergestellte Materialien mit Ausnahmen wie Holz oder Naturkautschuk.
Einteilung der Werkstoffe
Halbleiter
temperaturabhängige Leiteigenschaft
Verbundwerkstoffe…
bestehen aus zwei unterschiedlichen Materialien mit dem Ziel, die vorteilhaften Eigenschaften beider Materialien zu vereinen.
Beispiel: kohlenstoffverstärkte Kunststoffe
Metalle - Eigenschaften
Eigenschaften:
- plastisch verformbar (duktil)
- hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit
- geringe chemische Resistenz in vielen Medien (z.B. Rostbildung bei Eisenwerkstoffen)
- lichtundurchlässig (Licht wird reflektiert)
Metalle - Beispiele
- Eisen + Legierungen: Stahl, Gusseisen
- Aluminium-, Titan-, Magnesium-, Zink- und Kupferlegierungen (da insb. Messing und Bronzen)
- Gasturbine: hochtemperaturbeständige Ni-Basislegierungen
Organische Werkstoffe - aus folgenden Elementen aufgebaut
- Kohlenstoff
- Wasserstoff
- Sauerstoff
- Fluor
- Silizium
Organische Werkstoffe - Beispiele
- Holz
- polymere Werkstoffe (Kunststoffe)
Polymere Werkstoffe (Kunststoffe) - Allgemeines
- relativ geringe Kosten
- Wiederverwerten (Recycling) schwer, i.d.R. werden Kunststoffe verbrannt
- Rohstoff zur Herstellung: Erdöl
- Degradation (=Veringerung, Verlust, Zerlegung) der Eigenschaften durch Alterung
Polymere Werkstoffe - Eigenschaften
- geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit -> gute Isolatoren
- geringe Dichte
- gute chemische Resistenz
- gute Verformbarkeit wie Metalle, aber deutlich geringere Festigkeiten und Steifigkeiten als diese
Polymere Werkstoffe - Eigenschaften - materialabhängig
- Eigenschaften differieren von Material zu Material
- struktureller Aufbau als Grund
- Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere
Duroplast
Kunststoff, der nach Aushärtung nicht mehr verformbar ist
Thermoplast / Plastomer
- Kunststoff, der in best. Temperaturbereich verformbar ist.
- Reversibel, d.h. beliebig oft wiederholbar durch Abkühlung und Wiedererwärmung, solange
- thermische Zersetzung durch Überhitzung beachtet wird
Elastomer
- Kunststoff
- elastisch verformbar durch Belastung
- danach in ursprüngliche, unverformte Gestalt zurück
Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe - Aufbau
aufgebaut aus:
- einem positiv geladenen Metall-Kation (Aluminium, Silizium, Kalzium oder Natrium) und
- einem negativ geladenem Nichtmetall-Ion (Stickstoff, Kohlenstoff oder Sauerstoff)
Kation
positiv geladenes Ion, da es bei Elektrolyse zur Kathode (- Pol) wandert
Anion
negativ geladenes Ion, da es bei Elektrolyse zur Anode (+ Pol) wandert
Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe - Beispiele
- Gläser
- Silikatkeramiken für Fliesen und Geschirr und
- Hochleistungskeramiken (Aluminiumokid oder Zirkoniumoxid)
Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe - Benennung
- Sauerstoff -> Oxide
- Stickstoff -> Nitride
- Kohlenstoff -> Karbide
Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe - Eigenschaften
- chemisch und thermisch sehr resistent (Schmelztemperatur von Al2O3: 2050°C)
- plastisch nicht verformbar (spröde)
- in der Regel geringe elektrische und thermische Leitfähigkeit
makroskopische Eigenschaft
- ist das Gefüge bzw. die Mikrostruktur des eigesetzten Materials maßgeblich
- Anordnug der Atome (kristalin=regelmäßig oder amorph=ungeordnet)
- Art der Bindung (Atom- oder Ionenbindung)
- Gefüge im Mikrometerbereich (z.B. Größe der Kristallkörner)
Struktur in versch. Bereichen
Dimensionen in der Materialwissenschaft
