Werkstoffe: Rohstoffe, Arten und ihre Eigenschaften

Was sind Rohstoffe?

Rohstoffe sind Materialien, die direkt aus der Natur gewonnen werden.

Klassifizierung von Rohstoffen

• Tierische Rohstoffe: z. B. Leder, Wolle, Seide.
• Pflanzliche Rohstoffe: z. B. Flachs, Espartogras, Holz.
• Mineralische Rohstoffe: z. B. Eisenerz, Hämatit, Ton.

Von Rohstoffen zu technischen Produkten

Alle Werkstoffe werden durch die Transformation von Rohstoffen mittels physikalischer und chemischer Prozesse gewonnen (z. B. wird aus Holz Papier und Pappe hergestellt).

Ein technisches Produkt ist ein vom Menschen geschaffenes Objekt, das dazu dient, Bedürfnisse zu befriedigen und die Lebensqualität zu verbessern. Diese Objekte werden aus Werkstoffen hergestellt (z. B. ein Buch, ein Tisch).

Herstellungsprozess

Der grundlegende Prozess lautet: Rohstoffe → Werkstoffe → Technische Produkte.

Häufig genutzte Werkstoffe

Die folgenden Werkstoffe werden häufig zur Herstellung technischer Produkte verwendet:

• Holz: Wird aus dem nutzbaren, holzigen Teil von Bäumen gewonnen (z. B. Fichte, Kiefer). Verwendung: Brennstoff, Papierindustrie.
• Kunststoffe: Werden aus Erdöl, Kohle, Erdgas, pflanzlichen Materialien (Zellulose) und tierischen Proteinen hergestellt (z. B. Zellophan, Gummi). Verwendung: Rohre, Verpackungen.
• Metalle: Werden aus Mineralien extrahiert, die Bestandteile von Gesteinen sind (z. B. Eisen, Stahl). Verwendung: Strukturen, Maschinen.
• Gesteinsmaterialien: Werden in verschiedenen Formen aus Felsen gewonnen, von großen Blöcken bis hin zu Sand (z. B. Marmor, Schiefer). Verwendung: Bau, Dekoration.
• Keramik: Wird durch das Formen von Ton und einen anschließenden Brennprozess bei hohen Temperaturen im Ofen hergestellt (z. B. Porzellan, Steingut). Verwendung: Geschirr, Ziegel.
• Textile Materialien: Werden direkt aus Rohstoffen (natürlich) oder synthetisch hergestellt (z. B. Garn). Verwendung: Herstellung von Kleidung.

Eigenschaften von Werkstoffen

Alle Werkstoffe besitzen eine Reihe von Eigenschaften, die sie voneinander unterscheiden und für ihre Nützlichkeit entscheidend sind.

Arten von Eigenschaften

• Physikalische Eigenschaften: Werden durch die Reaktion eines Materials auf äußere Reize wie Strom (elektrische Eigenschaften), Licht (optische Eigenschaften), Wärme (thermische Eigenschaften), Krafteinwirkung (mechanische Eigenschaften) oder Schall (akustische Eigenschaften) bestimmt.
• Chemische Eigenschaften: Werden durch die Reaktion des Materials mit anderen Substanzen bestimmt.
• Ökologische Eigenschaften: Werden bestimmt, indem man ein Material mit der Umwelt in Kontakt bringt und seine Auswirkungen beobachtet.

Mechanische Eigenschaften

Mechanische Festigkeit

Gibt an, wie gut ein Material äußeren Kräften widerstehen kann, ohne zu brechen. Einige Materialien halten Belastungen besser stand als andere.

Zähigkeit und Sprödigkeit

Diese Eigenschaften beschreiben, ob ein Material Schlägen widersteht, ohne zu brechen (Zähigkeit), oder ob es leicht bricht (Sprödigkeit).

Elastizität und Plastizität

Gibt an, ob ein Material nach Wegfall einer Krafteinwirkung seine ursprüngliche Form wiedererlangt (Elastizität) oder ob es dauerhaft verformt bleibt (Plastizität).

Verformbarkeit

Beschreibt die Fähigkeit eines Materials, sich zu Platten oder Blechen formen zu lassen (z. B. Metalle, Kunststoffe).

Härte

Gibt den Widerstand eines Materials gegen das Zerkratzen an. Das härteste Mineral ist der Diamant, das weichste ist Talk. Ein Diamant kann jedes andere Mineral zerkratzen.

Weitere physikalische Eigenschaften

Magnetismus

Gibt an, ob ein Material andere metallische Werkstoffe anzieht (z. B. kann Eisen magnetisch werden).

Elektrische Leitfähigkeit

Beschreibt die Fähigkeit eines Materials, elektrischen Strom zu leiten. Materialien sind elektrische Leiter, wenn sie den Stromfluss ermöglichen (z. B. Metalle), oder elektrische Isolatoren, wenn sie ihn unterbinden (z. B. Holz, Kunststoff).

Akustische Leitfähigkeit

Gibt an, ob ein Material Schall überträgt. Materialien sind Schallleiter, wenn sie die Schallausbreitung ermöglichen (z. B. Metalle), oder Schalldämmer, wenn sie diese verhindern (z. B. Kunststoff, Kork).

Wärmeleitfähigkeit

Gibt an, ob ein Material Wärme überträgt. Materialien sind Wärmeleiter, wenn sie den Übergang von Wärme ermöglichen, oder Wärmeisolatoren, wenn sie ihn verhindern.

Thermische Ausdehnung und Kontraktion

Beschreibt, ob ein Material sein Volumen bei Temperaturerhöhung vergrößert (Ausdehnung) oder bei Temperaturabsenkung verringert (Kontraktion). Alle Materialien zeigen dieses Verhalten, aber Metalle reagieren besonders empfindlich darauf.

Schmelzbarkeit

Gibt an, ob ein Stoff bei steigender Temperatur vom festen in den flüssigen Zustand übergeht (z. B. Metalle, Glas).

Schweißbarkeit

Beschreibt die Fähigkeit eines Materials, sich durch Schmelzen an den Verbindungsstellen mit einem anderen Material oder mit sich selbst zu verbinden (z. B. Metalle, Glas, Kunststoffe).

Optische Eigenschaften

Transparenz

Gibt an, wie ein Material mit Licht interagiert und ob man durch es hindurchsehen kann.

• Undurchsichtige (opake) Materialien lassen kein Licht durch (z. B. Holz).
• Transparente (durchsichtige) Materialien lassen Licht vollständig durch, sodass man klar hindurchsehen kann (z. B. Glas).
• Transluzente (durchscheinende) Materialien lassen Licht teilweise durch, aber man kann nicht klar hindurchsehen (z. B. dünner Stoff).