Werkstoff

In der heutigen Werkstoffkunde unterscheidet man im Allgemeinen fünf Werkstoffgruppen:

  • Metalle (zum Beispiel Eisen, Stahl, Kupfer, Aluminium)

  • Nichtmetalle (zum Beispiel Graphit, Kohlenstoff)

  • organische Werkstoffe (zum Beispiel Holz, Kunststoff)

  • anorganische nichtmetallische Werkstoffe (zum Beispiel Keramik, Glas)

  • Halbleiter (zum Beispiel Silicium)


Der Einsatz von Werkstoffen zieht sich bereits durch die gesamte Vorgeschichte der Menschheit. Das Material für einen Faustkeil (Stein) ist ein Werkstoff und ein Charakteristikum der Steinzeit. Es gehört mit Holz zu den ältesten Naturwerkstoffen, die es gibt. Um 10.000 v.Chr. wurde zum ersten mal Keramik hergestellt. Es ist der älteste künstliche Werkstoff.

Im 8. Jahrtausend v. Chr. begann die technische Nutzung von Metallen. Zunächst wurde mit gediegenen (elementar vorkommenden) Metallen wie Gold, Silber und Kupfer gearbeitet. Der Gebrauchswert dieser Werkstoffe war jedoch noch zu gering, was zur Entdeckung und Herstellung der ersten Legierung, nämlich der Bronze, führte. Die Herstellung von Bronze setzt bereits einen fortschrittlichen Bergbau zur Bereitstellung von Kupfer- und Zinnerzen voraus. Außerdem waren Verhüttungs­techniken nötig. Die immer bessere Beherrschung dieser Technologien führte schließlich dazu, dass auch Eisen verhüttet werden konnte. Nach dem Dreiperiodensystem werden die jeweiligen Perioden nach den fortschrittlichsten eingesetzten Werkstoffen bezeichnet (siehe auch Hauptartikel Archäometallurgie). Parallel dazu wuchs mit der Entstehung von Siedlungen und Städten der Bedarf nach Werkstoffen für das Bauwesen (Stein, Holz), Hieb- und Stichwaffen, Münzen (Metalle) und Haushaltsgegenständen (zum Beispiel Keramikgefäße, Glas­kunst).

Typische Themen der Werkstofftechnik grenzen sich von verfahrens- oder fertigungstechnischen Aspekten ab, indem sie deutlich auf die eigentliche Entwicklung von verbesserten oder neuartigen Werkstoffen fokussieren. Darunter fallen mit der metallurgischen, thermischen und thermomechanischen Behandlung von Werkstoffen sämtliche Aspekte der Wärmebehandlung in der Werkstofftechnik im schmelzflüssigen oder erstarrten Zustand, aber auch die klassische Legierungsforschung und verschiedenste Aspekte des Recyclings mit Bezug auf werkstofftechnisch-metallurgische Fragestellungen. Auf dem Gebiet des Sinterns als Herstellungsroute von Werkstoffen werden vielfältige Forschungs- und Entwicklungsthemen zu den beiden dominanten Werkstoffklassen der keramischen und metallischen Werkstoffe betrachtet. In dem weiten Feld der Verbundwerkstoffe reicht das Themenspektrum von Werkstoffen mit metallischer, keramischer und polymerer Matrix bis hin zur Verstärkung durch Teilchen, Kurzfasern oder Langfasern einschließlich Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe.

Die mechanischen Eigenschaften spielen bei Konstruktionswerkstoffen eine dominante Rolle und stellen ein weiteres Themengebiet dar. Darunter fallen werkstoffmechanische Fragestellungen auf der Makroskala einschließlich thermomechanischer Beanspruchung sowie das Themenfeld der Tribologie. Schließlich werden die werkstofftechnischen Aspekte der Beschichtung oder Modifizierung von Oberflächen einschließlich werkstofftechnischer Korrosionsforschung unter dem Begriff Beschichtungs- und Oberflächentechnik zusammengefasst.

Durch das breite Spektrum seiner Thematiken und die vielseitigen Anknüpfungsmöglichkeiten zu anderen Disziplinen bietet das Fachgebiet der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik viele Berufsaussichten in der freien Wirtschaft, in Forschungsinstituten, an Hochschulen, technischen Überwachungsanstalten sowie im öffentlichen Dienst, beispielsweise in Materialprüfämtern. Die Tätigkeitsfelder in der Industrie umfassen sämtliche Bereiche von der Gewinnung und Veredelung über die Herstellung und Verarbeitung bis hin zum Recycling von Werkstoffen. Dazu zählen zahlreiche Tätigkeiten in der Forschung und Entwicklung, Simulation und Modellierung, Konstruktion und Berechnung, Herstellung und Verarbeitung sowie in der Qualitätssicherung, Schadensanalyse und betrieblichen Überwachung.

Zu den beteiligten Branchen gehören unter anderem werkstoffherstellende und -verarbeitende Industrie, Maschinenbau, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Kunststoffindustrie, chemische Industrie, Elektroindustrie, Energietechnik, Mikroelektronik, Medizintechnik oder Umweltschutz.
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