Verbundwerkstoffe

Die Kombination von zwei verschiedenen Phasen oder Werkstoffen mit dem Ziel, einen Werkstoff mit neuen, besseren Eigenschaften zu erhalten, ist nicht neu. So besteht der Damaszenerstahl aus dünnen Schichten von härtbarem Stahl, eingebettet in weichem, kohlenstoffarmen Eisen (Abschn. 8.5). Auf diese Weise entsteht ein Werkstoff, der hohe Festigkeit der Schneide mit geringer Neigung zu Bruchbildung verbindet. Die Bereiche des weichen Stahls hindern die in den harten Zonen entstehenden Risse durch plastische Verformung am Weiterwachsen (Abschn. 4.4). Noch weiter zurück liegt die »Erfindung« der organischen Verbundwerkstoffe. Das Holz besteht im wesentlichen aus festen Zellulosefasern, die durch Lignin verbunden werden. Es entsteht ein Werkstoff mit einem ausgezeichneten Verhältnis von Zugfestigkeit (in der Faserrichtung) zur Dichte, der auch durch die neuesten Entwicklungen künstlich hergestellter Verbundstoffe kaum übertroffen wird. Die geringe Zugfestigkeit keramischer Stoffe wie Beton und Fensterglas kann verbessert werden, wenn sie mit Metallen kombiniert werden. Das führt mit dem Stahlbeton und dem metalldrahtverstärkten Glas zu Verbundwerkstoffen, die auch Zugspannungen ausgesetzt werden können. Die Bimetalle sind Verbundwerkstoffe mit Eigenschaften, die ihre Komponenten nicht zeigen. Zwei Metalle mit möglichst unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten α (Abschn. 5.6) werden als Bänder miteinander verschweißt. Bei Temperaturänderungen biegen sie sich. Für temperaturabhängige Regelungsprozesse sind sie deshalb sehr nützlich (Funktionswerkstoffe, Sensor + Stellglied).