Werkstoffe in Steinzeit und Metallzeitalter

Steinzeit

Paläolithikum (Altsteinzeit)

Im Paläolithikum verwendeten die Bewohner Materialien für ihre ersten Werkzeuge. Diese gehörten zu einer Gruppe von Gesteinen und Mineralien mit geringer Vielfalt, aber gemeinsamen Eigenschaften: hart, zäh, spröde und mit muscheligem Bruch. Die Vielfalt der Zusammensetzung führte dazu, dass in einigen Gebieten Siliziumverbindungen (kieselhaltige Gesteine) zugänglich waren. Wo diese nicht verfügbar waren, nutzte man Kalkstein. Die ersten Werkzeuge waren grob, aber später wurde die Technik perfektioniert, um komplexere und nützlichere Werkzeuge herzustellen.

Im Altsteinzeit wurde das Feuer entdeckt. Dies ermöglichte es dem Menschen, von einer einfachen Ausbeutung der Natur zu einer aktiven Umgestaltung überzugehen. Der Homo sapiens entwickelte auf dem Höhepunkt der altsteinzeitlichen Technologie Schnitztechniken und verwendete andere Materialien wie Knochen, Holz und Elfenbein zur Herstellung verschiedener Instrumente.

Neolithikum (Jungsteinzeit)

Im Neolithikum wurde Stein weiterhin für immer raffiniertere Instrumente verwendet. Man erfand die Keramik, indem Ton über 400 Grad Celsius gebrannt wurde. Man nutzte Bitumen als Dichtungs- und Klebemittel. Ein weiteres Klebemittel war Kollagen, das aus Tierknochen gewonnen wurde. Auch Pflanzenfasern wurden für verschiedene Zwecke verwendet.

Metallzeitalter

Die Steinzeit endet mit dem Beginn der Metallurgie im Neolithikum, einem technologischen Fortschritt, der die neue kulturelle Ära definierte. Man unterscheidet folgende Phasen:

• Kupfersteinzeit: Kupfer wird entdeckt und bearbeitet.
• Bronzezeit: Legierungen aus Kupfer und Zinn werden hergestellt.
• Eisenzeit: Eisen wird zum dominierenden Werkstoff.

Erste Metalle (Kupfer, Gold, Silber)

Die erste Metallurgie betraf Kupfer. Die Reduktion von Kupfermineralien erfolgte in geschlossenen Öfen unter Verwendung von Holzkohle, z.B. in Mesopotamien. Gold, seit der Antike bekannt, wurde ebenfalls in dieser Zeit bearbeitet. Aufgrund seiner Formbarkeit konnten Ringe und Halsketten ohne tatsächliches Schmelzen hergestellt werden. Silber wurde in der Antike ebenfalls verwendet, war aber z.B. in Ägypten viel seltener als Gold.

Bronzezeit

Bronze ist das Ergebnis der Legierung aus Kupfer und Zinn. Sie verbessert die Eigenschaften des Kupfers, da sie eine höhere Härte und einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist. Aufgrund dieser Eigenschaften wurde sie über 2000 Jahre lang zur Herstellung von Waffen und anderen Utensilien verwendet. Die Ägypter entdeckten dies durch Beobachtung, was zu besseren Ergebnissen führte.

In dieser Zeit entdeckte man durch das Hämmern von Metall (möglicherweise Meteoreisen), dass man härtere und stärkere Waffen als aus Bronze herstellen konnte, die zudem ihre Schärfe länger behielten. Das erste Eisen, das unsere Vorfahren nutzten, stammte aus Meteoriten. Es war mit Nickel und Kobalt legiert und dadurch viel härter als Bronze.

Eisenzeit

Obwohl Eisen in der Natur sehr häufig vorkommt, ist seine Gewinnung komplizierter als die von Kupfer. Es erfordert Temperaturen von 1536 Grad Celsius. Reines Eisen enthält weniger als 0,008 % Kohlenstoff und ist ein weiches, schmiedbares Metall. Nützlich wird Eisen erst, wenn es mit Kohlenstoff legiert wird, d.h. zu Stahl wird. Stahl schmilzt bei einer niedrigeren Temperatur (ca. 1145 Grad Celsius).

Die Entdeckung der Eisentechnologie wird auf etwa 1500 v. Chr. datiert und einem Volk in Anatolien (oft mit den Hethitern in Verbindung gebracht) zugeschrieben.

Neue Bedürfnisse, Neue Werkstoffe

Holzbearbeitung

Die Fortschritte in der Metallverarbeitung führten zur Entwicklung von Werkzeugen zum Schneiden und Sägen von Bäumen, was die Nutzung von Holz revolutionierte.

Glasherstellung

Im Zeitalter der Metalle wurde ein weiterer wichtiger Werkstoff entdeckt: Glas. Es wird angenommen, dass die Kunst der Glasherstellung aus Syrien und Ägypten stammt. In Ägypten wurde Glas aus einer Mischung von Quarzsand, Kalk und Soda hergestellt. Die Verwendung von Eisen ermöglichte die Entwicklung anderer Formen der Glasbearbeitung. Zum Beispiel wurden Eisenrohre für mundgeblasenes Glas verwendet. Mit Kupfer wäre dies nicht möglich gewesen. Die niedrige Wärmeleitfähigkeit und der hohe Schmelzpunkt des Eisens erlaubten es dem Handwerker, das Glas zu bearbeiten, ohne sich zu verbrennen (z.B. Herstellung von Flaschen, Bechern).

Beton

Um 20 v. Chr. beschrieb ein römischer Architekt die Methode zur Herstellung von Beton.

Polymere

Der Mensch experimentierte auch bereits früh mit natürlichen Polymeren.