Eigenschaften und Arten technischer Werkstoffe

Eigenschaften von Stahl und Legierungen

Merkmale: Mechanische Beständigkeit, ein hoher Kohlenstoffgehalt sowie erhöhte Härte und Festigkeit zeichnen diese Werkstoffe aus. Besonders widerstandsfähig sind Balken, Wellen und Antriebssysteme. Weichere Elemente werden vor allem bei Kälte eingesetzt und sollten entsprechend berücksichtigt werden.

In legierten Stählen können verschiedene Faktoren die mechanischen oder chemischen Eigenschaften optimieren. Ein Beispiel ist nichtrostender Stahl (Edelstahl), der Chrom enthält und eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.

Nichteisen-Legierungen (NE-Legierungen)

• Bronze: Eine Legierung aus Kupfer und Zinn. Sie ist resistenter als reines Kupfer, korrodiert nicht und besitzt mechanische Eigenschaften ähnlich wie Stahl.
• Messing (Laton): Eine Mischung aus Kupfer und Zink, die eine höhere Härte und Zähigkeit als reines Kupfer aufweist.
• Duraluminium (Dural): Legierungen aus Aluminium mit anderen Metallen. Die häufigsten Zusätze sind Kupfer, Magnesium, Mangan und Zink.

Keramik und Glas in der Konstruktion

Keramik: Besteht aus nichtmetallischen Mineralien und Ton. Nach dem Trocknen und Brennen erreicht sie eine hohe Steifigkeit. Keramische Werkstoffe sind sehr resistent gegen hohe Temperaturen und chemische Einflüsse (Agens), jedoch spröde. Je nach Tonsorte variieren die Eigenschaften. Anwendungen finden sich in Strukturen, der Fertigung von Objekten und feuerfesten Materialien.

Baustoffe: Zement und Beton

Besonders hervorzuheben sind pastöse Mischungen wie Zement. Nach dem Trocknen verhärtet dieser und behält seine Steifigkeit nach dem vollständigen Abbinden bei. Ein bekanntes Beispiel ist der Portland-Zement, der häufig für Beton verwendet wird.

Glas: Besteht hauptsächlich aus Silizium, das bei hohen Temperaturen schmilzt. Es ist amorph und kann durch Erhitzen verformt werden. Glas ist leicht zu recyceln, meist transparent, aber zerbrechlich. Anwendungen: Behälter, Wärmedämmung, Fenster, Türen und Optik.

Materialien biologischen Ursprungs

Diese Materialien stammen von Pflanzen oder Tieren und sind oft erneuerbar.

Pflanzliche Quellen

• Papier: Besteht aus Zellulosefasern, ist wenig dicht und weich. Es wird für Bücher, Hefte und Recyclingprodukte verwendet.
• Holz und Verbundstoffe: Gewonnen aus Baumstämmen, enthält Lignin. Es ist ein leichtes, starkes Material für Möbel, Türen, leichte Geräte und Wärmedämmung. Es ist prinzipiell erneuerbar.
• Textilfasern:
  • Baumwolle: Filamente aus der Samenkapsel der Pflanze, wird für Stoffe verwendet.
  • Leinen (Lino): Textilfaser aus den Filamenten des Stammes, hohe Resistenz.
  • Jute: Aus tropisch-feuchten Regionen, wird für Säcke und Seile verwendet.
  • Hanf: Fasern aus der Rinde des Stängels, wird für Planen und Schiffssegel genutzt.

Tierische Quellen

Diese wurden früher in großem Stil verwendet:

• Wolle (Lana): Vom Tier (z. B. Schaf) gewonnen, elastisch, leicht und thermisch isolierend.
• Seide: Produziert von der Seidenraupe, glänzend und weich, jedoch empfindlich und teuer.
• Leder: Besteht aus Kollagenfasern der Tierhaut, ist sehr hart und robust. Verwendung: Handschuhe, Geldbörsen, Gepäck, Kleidung.