Grundlagen der Werkstoffkunde: Elemente und Geschichte

1. Die vier Entstehungsorte der Elemente

Die Elemente entstehen in den ersten Augenblicken des Universums, im Inneren von Sternen, bei Supernova-Explosionen sowie im Labor.

2. Organisation von Verbundwerkstoffen nach Komplexität

Die Hierarchie der Materialkomplexität gliedert sich wie folgt:

• Chemische Elemente
• Chemische Verbindungen
• Mischungen aus Materialien (Legierungen)
• Verbundstoffe

Verbundwerkstoffe bestehen aus zwei oder mehr Materialien mit sehr unterschiedlichen chemischen oder physikalischen Eigenschaften. Zusammen bilden sie eine Substanz, deren Eigenschaften sich von denen der einzelnen Bestandteile unterscheiden. Beispiele: Sperrholz oder Polyamid.

3. Die Vulkanisation von Reifen

Die Hauptkomponente von Reifen ist Latex. Ursprünglich bilden die Komponenten eine Art Fadenstruktur ohne atomare Bindungen, was das Material sehr klebrig, aber instabil macht. Die Entdeckung der Vulkanisation durch Goodyear bestand darin, dem Latex-Gummi Schwefel beizumischen. Der Schwefel erzeugt chemische Bindungen zwischen den Gummisträngen und verleiht dem Material die typische Konsistenz und Flexibilität.

4. Materialeigenschaften im Überblick

• Mechanische Eigenschaften: Dichte, Härte, Zähigkeit, Duktilität und Sprödigkeit.
• Thermische Eigenschaften: Schmelztemperatur, Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnung.
• Elektromagnetische Eigenschaften: Elektrische Leitfähigkeit.
• Chemische Eigenschaften: Korrosionsbeständigkeit.
• Akustische Eigenschaften: Schallleitfähigkeit.
• Optische Eigenschaften: Farbe, Transparenz, Reflexion und Brechungsindex.

5. Definition von Mineralien und Erzen

Ein Mineral ist eine feste Verbindung, die natürlicherweise in der Erdkruste vorkommt. Die Zusammensetzung besteht immer aus mindestens einem Metall und einem Nichtmetall. Ein Erz ist ein Mineral, das Metalle in ausreichenden Mengen enthält, um einen wirtschaftlichen Abbau zu ermöglichen.

6. Meilensteine der Technikgeschichte

• 1769: Entdeckung der Dampfmaschine (Watt).
• 1831: Entdeckung des Dynamos (Faraday).
• 1913: Popularisierung von Edelstahl.
• 1950: Entdeckung der Silikone und erster Einsatz in Flugzeugen.
• 1960: Vollendung der Silizium-Kristalle (nahezu perfekte Reinheit).
• 1962: Entdeckung von Nickel- und Titanlegierungen.
• 1971: Präsentation weicher Kontaktlinsen (Bausch & Lomb).
• 1983: Erstes Mobiltelefon.
• 1991: Erste Webseite.