14. Die Welt der Werkstoffe – der Grundbaukasten des Maschinenbaus

Neue Materialien haben die Kulturgeschichte schon immer nach Vorne gebracht. Mit der Eisen- und Bronzezeit sind ganze Abschnitte der Ur- und Frühgeschichte nach einer bestimmten Werkstoffgruppe benannt. Auch heute sind es Werkstoffe, die für neue Technologien und Entwicklungen entscheidend sind. Silizium ist Grundlage der Halbleitertechnologie, und vor allem Kunststoffe, die erst in der Mitte des 20. Jahrhunderts entdeckt wurden, sind aus sehr vielen technischen Produkten nicht mehr wegzudenken. Heute kennen wir mehr als 100.000 Konstruktions- und Funktionswerkstoffe, und fast täglich werden neue entdeckt oder patentiert. Dazu gehören vor allem die gängigen metallischen Werkstoffe, wie Stahl, Aluminium, Magnesium aber auch die ganze Bandbreite der Polymere und der technischen Keramiken. Andere Werkstoffe, wie Holz, Beton oder Stein sind als Naturmaterialien für den Maschinenbau weniger wichtig – im Bereich des Bauingenieurwesens jedoch nicht wegzudenken. Gleichzeitig basieren auch heute noch viele Innovationen auf neuen Werkstoffen. Trotz dieser Vielfalt ist die Welt der Werkstoffe von einer strengen Systematik geprägt: Es sind zum einen die verschiedenen Bindungsarten, die es ermöglichen die Werkstoffe in verschiedene Gruppen – die Werkstoffhauptgruppen – einzuteilen. Zum anderen ist die innere Struktur, das Gefüge, für die Materialeigenschaften wesentlich verantwortlich. Dieses Gefüge lässt sich durch verschiedene Methoden gezielt beeinflussen, womit die Eigenschaften von Werkstoffen auch an bestimmte Anforderungen angepasst werden können. Umgekehrt sind die Ingenieurswerkstoffe heute wachsenden Ansprüchen ausgesetzt. Geeignete Werkstoffe zu entwickeln, das Verhalten von Werkstoffen zu verstehen und Werkstoffe für bestimmte Anwendungen richtig auszuwählen, gehört zu den Kernkompetenzen von Maschinenbauingenieuren.