Einteilung von Werkstoffen

Eine Anwendung der anorganischen Chemie führt in den Bereich “Werkstoffe” bzw. “Werkstoffkunde”. Versucht man eine Definition von Werkstoffen, so ist das ziemlich schwierig. Bei Wikipedia findet sich als Definition “Werkstoffe sind Materialien, die in Produktionsprozessen verarbeitet werden und in die Endprodukte eingehen”. Es gibt viele Definitionsansätze, aber noch keine generelle Definition.

Versuch einer Definition des Begriffes “Werkstoffe”

Versucht man Werkstoffe zu beschreiben, so sagt man, dass diese in mindestens einem Aggregatzustand (ein Werkstoff muss nicht immer unbedingt “fest” sein) (technisch) verwertbare Eigenschaften besitzt und zusätzlich technologisch und wirtschaftlich herstellbar ist. Zudem sollte der Werkstoff zu keiner Abgabe von Schadstoffen während des Gebrauchs führen.

Einteilung von Werkstoffen

Je nach der Eigenschaft, mit der “Werkstoffe” betrachtet werden, lassen diese sich in mehrere Klassen einteilen. Die betrachteten Eigenschaften können sein:

  • Stofflicher Aufbau des Werkstoffes
  • Anwendungsgebiet des Werkstoffes
  • Eigenschaften der Werkstoffe

Einteilung der Werkstoffe nach dem stofflichen Aufbau

Versucht man einfach eine Einteilung der Werkstoffe, so könnte man diese einfach in Metalle und Nichtmetalle einteilen. Ganz so einfach ist es dann doch nicht. So gibt es zwar die Gruppe der metallischen Werkstoffe. Aufgrund der technischen Bedeutung von metallischen Werkstoffen üblicherweise weiter in die Eisenmetalle und Nichteisenmetalle eingeteilt.

Neben den metallischen Werkstoffen gibt es noch Verbundwerkstoffe, diese entstehen durch eine Kombination von mindestens zwei Werkstoffen aus gleichen oder unterschiedlichen Gruppen.

Die Werkstoffe mit eher Nichtmetalleigenschaften werden eingeteilt in die organisch-nichtmetallischen und die anorganisch- nichtmetallischen Werkstoffe. Die größte Gruppe der organisch-nichtmetallischen Werkstoffe bilden die Kunststoffe und in der Gruppe der anorganisch-nichtmetallischen Werkstoffe die Keramiken (“nichtmetallisch kann hier falsch verstanden werden, denn Keramiken enthalten Metallatome).

Nach dem stofflichen Aufbau unterscheidet man also folgende Hauptgruppen

  • Metallische Werkstoffe
  • Keramische Werkstoffe
  • Kunststoffe
  • Verbundwerkstoffe
  • Natürliche Werkstoffe

Eigenschaften und Aufbau der Werkstoffe

Betrachtet man sich die “Kriterien” für die einzelnen Werkstoffe, so wird eine Einteilung in metallische und keramische Werkstoffe und Kunststoffe deutlicher:

Metallische Werkstoffe:

  • hohe elektrische Leitfähigkeit
  • hohe thermische Leitfähigkeit
  • kristalliner Aufbau (“Metallgitter”), “metallische Bindung” (Verbindung nur aus Metallen)
  • Wechselwirkung mit Licht (-> metallischer Glanz)
  • einige Metalle weisen magnetische Eigenschaften auf.
  • Außer den Edelmetallen sind metallische Werkstoffe (z.B. gegen Säuren oder Sauerstoff) nur mäßig beständig.

Keramische Werkstoffe:

  • geringe elektrische Leitfähigkeit
  • hohe Schmelztemperatur
  • kristalliner oder amorpher Aufbau (Verbindungen aus den Nichtmetallen C, N, O, P, S und Metallen)
  • meist gute chemische Beständigkeit

Kunststoffe:

  • geringe elektrische Leitfähigkeit
  • geringes spezifisches Gewicht
  • teilkristalliner oder amorpher Aufbau (Verbindungen nur aus Nichtmetallen)
  • meist gute chemische Beständigkeit

Anmerkung

Dennoch sollte man nie vergessen, dass Werkstoff nicht nur nach stofflichem Aufbau unterteilt werden können, sondern eben auch nach anderen Kriterien.

  • in Konstruktionswerkstoffe und Funktionswerkstoffe (nach Anwendung)
  • in Isolierstoffe, Halbleiter, ….. (nach Funktion)

Einteilung von Werkstoffen – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter der “Einteilung von Werkstoffen”?

Unter der “Einteilung von Werkstoffen” versteht man die Kategorisierung von Materialien basierend auf ihren physikalischen, chemischen oder mechanischen Eigenschaften.

2. Wie werden Metalle in der Werkstoffkunde eingeteilt?

Metalle werden in der Werkstoffkunde in Eisen- und Nichteisenmetalle unterteilt.

3. Wie können Werkstoffe nach ihrer Herkunft eingeteilt werden?

Werkstoffe können nach ihrer Herkunft in natur- oder synthetischerweise erzeugte Werkstoffe eingeteilt werden.

4. Wo finden Sie Beispiele für natürlich vorkommende Werkstoffe?

Beispiele für natürlich vorkommende Werkstoffe sind Holz, Stein, Leder oder Ton.

5. Nennen sie zwei Beispiele für synthetische Werkstoffe.

Zwei Beispiele für synthetische Werkstoffe sind Plastik und Stahl.

6. Wie werden Polymere in der Werkstoffkunde eingeteilt?

Polymere werden in der Werkstoffkunde in Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere eingeteilt.

7. Wie werden Keramikwerkstoffe in der Werkstoffkunde eingeteilt?

Keramikwerkstoffe werden in der Werkstoffkunde in Silicatkeramik, Oxidkeramik und Nichtoxidkeramik eingeteilt.

8. Was sind Composite Werkstoffe?

Composite Werkstoffe sind Verbundwerkstoffe, die aus zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien bestehen.

9. Geben Sie ein Beispiel für einen Composite Werkstoff

Ein Beispiel für einen Composite Werkstoff ist Faserverbundkunststoff, der aus Fasern und einer Matrix besteht.

10. Wie können Werkstoffe nach ihrer Verwendung eingeteilt werden?

Werkstoffe können nach ihrer Verwendung in Baustoffe, Halbzeuge und Hilfsstoffe eingeteilt werden.