Metalle und Kunststoffe: Eigenschaften, Gewinnung und Verarbeitung

Metalle

Metalle sind Ausgangserzeugnisse mineralischen Ursprungs, die durch die Umwandlung eines Erzes gewonnen werden.

Gewinnung

Extraktion: Metalle kommen in der Natur meist mit anderen Stoffen verbunden vor, aus denen sie getrennt werden müssen. Das Erz ist meist nutzbar, teilweise aber kein Schnäppchen.

• Vorbereitung: Reinigen, Zerkleinern und Trocknen des Erzes.
• Mineralkonzentration: Mechanische Trennung.
• Reduktion im Ofen: Schmelzen, wobei sich die Bestandteile nach Dichte trennen, sodass das gewünschte Metall gewonnen wird.
• Raffination: Entfernen von Verunreinigungen.

Umformung: Umwandlung von Metallen in Objekte für verschiedene Industriezweige.

Arten von Metallen

Reine Metalle: Bestehen aus einem einzigen chemischen Element.

Legierungen: Mischungen aus einem Metall mit anderen Metallen oder Nichtmetallen als Grundbestandteil.

Eisenmetalle

Eisen und Legierungen: Stahl.

Nichteisenmetalle: Metallurgie-Bereiche ohne Eisen als Hauptbestandteil.

Eigenschaften: Widerstandsfähigkeit, Härte, Plastizität und Zähigkeit.

Gewinnung von Eisen

• Reduktion: Eisen wird geschmolzen, Gestein und Schlacke sowie Kalk werden entfernt, und Kohle wird eingesetzt.
• Raffination: Entfernen der Kohlenstoffanteile.

Gusseisen: Magnetisches, hartes, zerbrechliches Material mit hoher Druckfestigkeit, nicht plastisch, geeignet für Kanalisation und Abdeckungen.

Stahl: Magnetisch, hart, zäh, widerstandsfähig, rostanfällig, sofern nicht durch Lackierung oder Beschichtung geschützt, oder durch korrosionsbeständige Elemente legiert. Es gibt Kohlenstoffstahl und legierte Stähle (mit Eisen, Kohlenstoff und weiteren Elementen wie Chrom und Nickel), z. B. nichtrostender Stahl (Chrom + Nickel).

Nichteisenmetalle

Kupfer, Aluminium, Zink, Chrom und Titan.

Kupfer: Rötlich, gut leitfähig, weich, formbar und korrosionsbeständig. Messing: gelb glänzend (Kupfer + Zink). Bronze: orange-glänzend (Kupfer + Zinn).

Aluminium: Leicht, aber schwer von anderen Komponenten zu trennen, silbrig glänzend, elektrisch und wärmeleitend, dehnbar, formbar und korrosionsbeständig (außer gegenüber Salzwasser).

Verfahren

• Gießen: Schmelzen und Eingießen des Materials in eine Form.
• Verformen durch Kraft: Verformung durch Krafteinwirkung.
  • Schmieden: Erhitztes Metall wird mit dem Hammer bearbeitet.
  • Pressen: Formgebung innerhalb einer Form durch Kraft.
• Spanende Bearbeitung: Bearbeitung von Metall durch Abtragen (Bohren, Fräsen usw.).

Metallabfälle

• Natürliche Ressourcen: Energie- und Wasserverbrauch.
• Kontamination
• Abfälle

Kunststoffe

Kunststoffe gehören zu den modernen Materialien. Polymere sind Makromoleküle, also riesige Moleküle.

Gewinnung: Durch Synthese, hauptsächlich aus Erdöl.

• Thermoplaste: Verändern beim Erwärmen ihre Form und ihre Eigenschaften nicht dauerhaft.
• Duroplaste: Lassen sich nach dem Aushärten nicht mehr umformen.
• Elastomere: Elastisch.

Eigenschaften: Plastizität, Leichtigkeit, Flexibilität, geringe Leitfähigkeit und Widerstand gegen chemische und atmosphärische Einflüsse.

Verfahren

• Biegen: Erwärmen des Kunststoffbereichs zum Biegen.
• Hohlformen: Blasformen des Kunststoffs in einer Form.
• Extrusion: Ein Schneckenmechanismus fördert das Granulat durch Erwärmung, Druck und Pressung durch eine Düse.
• Hohlkörperformen mit Luft: Behälter, Extruder und Düse, unter Einsatz von Druckluft.
• Spritzgießen: Der Kunststoff wird unter Druck in eine geschlossene Form eingespritzt.

Recycling

Erneutes Einschmelzen, Verbrennung und Pyrolyse (Zersetzung ohne Sauerstoff) zur Gewinnung neuer Stoffe und Kunststoffe.