Materialkunde: Klassifizierung, Eigenschaften und Metalle

Material und Klassifizierung

Ein Material ist jede Art von Substanz oder Objekt, das für den Bau von Gegenständen verwendet wird.

Rohstoffe

Ressourcen, die aus der Natur gewonnen und in der Produktion weiterverarbeitet werden. Ein Rohstoff muss nicht zwingend ein fertiges Material sein (z. B. Erdöl).

Historische Bedeutung

Jede neue Stufe der technologischen Entwicklung führte zur Aufnahme neuer Materialien, die so wichtig waren, dass sie ganze Epochen prägten, wie die Steinzeit, die Bronzezeit und die Eisenzeit. In der heutigen Zeit nutzt der Mensch zudem synthetische Stoffe, die in der Natur nicht vorkommen, wie etwa Kunststoffe.

Eigenschaften von Materialien

Materialien werden nach verschiedenen Kriterien klassifiziert:

• Elektromagnetisch: Leitfähigkeit in Bezug auf elektrische und magnetische Felder.
• Thermisch: Verhalten gegenüber Hitze und Kälte.
• Chemisch: Beständigkeit gegenüber Säuren und Reaktion mit anderen Stoffen.
• Optisch: Interaktion mit Licht (z. B. Transparenz).

Mechanische Eigenschaften

Bei der Herstellung von Gegenständen sind mechanische Eigenschaften von besonderer Bedeutung:

• Härte: Widerstand eines Materials gegen Kratzen oder Bohren.
• Zähigkeit: Fähigkeit eines Materials, sich nicht zu verformen oder zu brechen, wenn eine Kraft einwirkt.
• Plastizität: Fähigkeit, nach einer Verformung durch Krafteinwirkung die neue Form beizubehalten.
• Elastizität: Fähigkeit, nach Wegfall der verformenden Kraft in die ursprüngliche Form zurückzukehren.
• Duktilität: Fähigkeit, bei Kälte große Verformungen zu erfahren, ohne zu brechen.
• Formbarkeit: Fähigkeit, plastische Verformungen ohne Bruch zu erleiden.

Metalle und Legierungen

Metalle und Legierungen sind mineralischen Ursprungs und bestehen aus einem oder mehreren metallischen Elementen.

• Reines Metall: Besteht aus nur einem chemischen Element.
• Legierung: Besteht aus mehr als einem chemischen Element.

Eigenschaften reiner Metalle

• Sie kommen in der Natur selten in reiner Form vor, sondern meist als Bestandteil von Mineralien.
• Sie sind sehr hart und können durch Schmelzprozesse in verschiedene Formen gebracht werden (Stangen, Bleche, Rohre).
• Sie sind gute Leiter für Wärme und Strom.
• Sie besitzen eine hohe mechanische Festigkeit und sind leicht recycelbar.
• Nachteil: Sie können bei Kontakt mit Sauerstoff oxidieren und ihre metallischen Eigenschaften verlieren.

Kupfer

• Vermutlich das erste vom Menschen genutzte Metall.
• Reichlich vorhanden, leicht zu gewinnen und zu verarbeiten.
• Sehr guter elektrischer Leiter, flexibel und verformbar.

Eisen

• Das derzeit am häufigsten verwendete Metall.
• Hohe Verfügbarkeit, großer Widerstand und gute Formbarkeit.
• Besitzt magnetische Eigenschaften.
• Lässt sich leicht gießen und schweißen.
• Nachteil: Korrosionsanfällig bei Kontakt mit Sauerstoff, Feuchtigkeit und Salzgehalt. Schutz durch Antioxidantien oder Lacke erforderlich.
• In den meisten Fällen werden Legierungen wie Stahl bevorzugt eingesetzt.