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Physikalische und Chemie Eigenschaften von Werkstoffen

Die wichtigen physikalischen und chemischen Eigenschaften von Werkstoffen

Dichte: Jeder Werkstoff hat eine (für den Stoff) spezifische chemische Zusammensetzung. Die Bindung der Teilchen (Atome, Ionen) miteinander und das  Atomgewicht der enthaltenen Elemente entscheidet über die Dichte bzw. Gewicht des Werkstoffes. Die räumliche, regelmäßige Anordnung von Metallatomen in Metallgittern (metallische Werkstoffe) oder unregelmäßige Anordnung in "organischen" Werkstoffen hat ebenfalls einen Einfluss auf die Dichte (ein poröser Werkstoff hat eine niedrigere Dichte). Die Dichte des Werkstoffes bestimmt (bei einem bestimmten Volumen) das Gewicht und ist daher entscheidend für viele physikalische und chemische Eigenschaften des Werkstoffes. In der Regel sollte ein Werkstoff eine niedrige Dichte ausweisen, aber dennoch eine hohe Festigkeit aufweisen. 

Die wichtigste Eigenschaft eines Werkstoffes ist die Dichte (und damit die chemische Zusammensetzung)


Wärmeausdehnung
: Durch die Dichte bzw. dem atomaren Aufbau werden auch andere physikalische Eigenschaften beeinflusst, wie beispielsweise die Wärmeausdehnung. In der Regel betrachtet man bei Werkstoffen den Längen- bzw. Wärmeausdehnungskoeffizienten: Die Längenausdehnung eines Werkstoffes lässt sich berechnen mit folgender Formel: Δl = α · ΔT · l  (mit α = Wärmeausdehnungskoeffizient). In einzelnen Fällen wird auch die Volumenänderung betrachtet. Grundsätzlich gilt hierbei, dass das Volumen eines Werkstoffes mit steigender Temperatur zunimmt (stärke Schwingung der Atome bzw. Ionen beansprucht mehr "Platz").


Festigkeit eines Werkstoffes (siehe auch Kapitel "Verformbarkeit): Die Festigkeit eines Werkstoffes entspricht der maximalen Krafteinwirkung bzw. (Zug)Spannung. Die Festigkeit wird mit Hilfe eines Spannungs-Dehnungsdiagramm bestimmt und berechnet sich aus dem Quotienten aus größter aufnehmbarer Kraft und dem Querschnitt des Werkstoffes (der in den Prüfverfahren meist stabförmig vorliegt). Bei Werkstoffen unterscheidet man weiterhin die Druckfestigkeit, Zugfestigkeit, Biegefestigkeit und Scherfestigkeit.


Korrosionsbeständigkeit
: Eine wichtige Eigenschaft eines Werkstoffes ist seine "Korrosionsbeständigkeit", dass "chemische" Einflüsse aus der Umgebung (Feuchtigkeit, Säuren). Durch die Bildung eines elektrochemischen Potentials können Metalle oxidiert bzw. korrodiert werden. Daher spricht man bei Metallen auch von einer elektrolytischen Korrosion. Aber nicht nur bei Metallen, sodern auch bei andern Werk- und Baustoffen kann eine Zerstörung durch chemische Reaktionen (=> Korrosion) eintreten. So kann beispielsweise Beton durch Eindringen von Schwefelsäure bzw. Sulfaten chemisch angegriffen werden, wodruch es auch zu einer Korrosion kommt. Aber auch einige Kunststoffe sind nicht beständig gegen Säuren und Basen, auch hier kann eine Korrosion stattfinden (Hinweis: bei Kunststoffen kann auch der Prozess des "Alterns" stattfinden, der beispielsweise durch UV-Bestrahlung ausgelöst wird)


Dichtigkeit
: Werkstoffe sollen gegen eintretende Flüssigkeiten bzw. Gase geschützt sein. Daher spielt auch hier die Dichte des Stoffes eine wesentliche Rolle. Ein poröser Werkstoff wird kaum das Eindringen von Flüssigkeiten "eindämmen" können.