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Materialwissenschaft - ein interdisziplinärer Forschungszweig

Die Materialwissenschaft beschäftigt sich mit Erforschung, Entwicklung, Charakterisierung, Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffe.

Materialwissenschaft - die Basis

Es ist eine interdisziplinäre Wissenschaft und umfasst Chemie, Physik, Mineralogie und viele anderen Wissenschaften und beschäftigt sich damit verbunden auch mit Kupfer, Eisen und Stahl. Der Übergang von den natürlichen Werkstoffen, wie Stein, Holz, Elfenbein oder Leder zu den gezielt gewonnenen Werkstoffen wie Kupfer, Stahl oder Eisen. Schon in der Jungsteinzeit, so um 4300 v. Chr., wurden Kupfer, Stahl und Eisen gewonnen. Im Anschluss daran ist der Übergang in die Bronzezeit erfolgt und erst in der Eisenzeit konnte neben Eisen, Stahl und Kupfer auch Aluminium hergestellt werden - mit dem Hall-Héroult-Prozess. Lange haben sich die Materialwissenschaften fast nur für die metallischen Werkstoffe, wie Eisen, Kupfer oder Stahl interessiert, doch seit der Beton wiederentdeckt worden ist, hat sich dies geändert. Obwohl dann später auch die ersten produzierten Kunststoffe für ein breites Publikum interessant wurden, die in Massenfertigung produziert worden sind, blieben Eisen, Kupfer und Stahl weiterhin von den Materialwissenschaften erforscht.

Die ersten Metalle und die alten Zeiten

Kupfer, Stahl und Eisen waren einige der ersten Metalle, die von der Menschheit in der Entwicklung kennen gelernt worden sind. Kupfer lässt sich sehr unkompliziert verarbeiten. Deswegen war Kupfer schon vor 10.000 Jahren bei den ältesten Kulturen, die man kennt, gerne verwendet. Die Epoche des weiträumigen Gebrauchs vom Kupfer (5. bis 3. Jahrtausend vor Christus) nennt sich Kupferzeit. In der Alchemie assoziieren die Anhänger das Kupfer mit Venus, als Symbol der Weiblichkeit. Sogar die ersten Spiegel wurden aus Kupfer hergestellt. Der größte Hersteller vom Kupfer vor der Industrie war das Römische Reich. Kupfer ist noch heute ein sehr beliebtes Material.

Stahl - stabil und zuverlässig

Mit Stahl sammelt die Menschheit schon lange praktische Erfahrung, denn Stahl wird mit seinen stabilen Eigenschaften, wie Festigkeit, Korrosionsverhalten und die gute Schweißeignung sehr gerne in der Technik verwendet. Es ist viel stabiler als Kupfer. Im europäischen Register vom Stahl findet man mehr als 2.300 Sorten vom Stahl. Kohle und Stahl haben über einen sehr langen Zeitraum die Hauptsäulen der Schwerindustrie gebildet und waren so die Grundlage für die politische Macht der Staaten. Stahl wird als die Eisen Kohlenstoff-Legierung definiert, mit weniger als 2,06 % Kohlenstoff. Stahl bzw. Eisen ist 7,85-7,87 g/cm3 dicht. Stahl schmilzt bei einer Temperatur, die bis zu 1.536°C hoch sein kann und hält dadurch viel höhere Temperaturen aus als Kupfer. Die erste Herstellung von Stahl wurde im 1. Jahrtausend v. Chr. datiert - viel später, als Kupfer. Stahl ist auch im Sinne der Ökologie ein schonendes Material, weil man Stahl fast ohne Qualitätsverlust unbegrenzt wieder nutzen kann.

Eisen - von Dekoration zur allgemeinen Nützlichkeit

Die erste Nutzung von Eisen wurde mit etwa 4000 v. Chr. in Ägypten dokumentiert. Es war ein gediegenes Eisen und es diente zur Dekoration und Anfertigung von Speerspitzen. Es ist für solche Zwecke besser geeignet gewesen als Stahl oder Kupfer. Später findet man verhüttetes Eisen in Mesopotamien, und Ägypten, welches aber nur zur zeremoniellen Nutzung gedacht war. Vielleicht entstand Eisen als Nebenprodukt der Bronzeherstellung. In den Jahren 1600 bis 1200 v. Chr. hat man immer mehr auf Eisen gezählt, eril die Hethiter eine Methode zur Herstellung von Eisen entwickelt haben. Eisen ist vermutlich neben Nickel ein Hauptbestandteil des Erdkerns. Eisen gewinnt man durch die chemische Reduktion der Eisenerze mit Kohlenstoff. Das Eisen wird, im Gegensatz zu Stahl oder Kupfer, im Hochofen gewonnen.

Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung - d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung - von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

News zu Materialwissenschaften:

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Rutschfeste polierte Natursteinplatten

Glänzende Fußböden aus Natursteinen sind repräsentativ. Doch bei Nässe können Besucher von Flughäfen, Banken oder Hotels schon mal ins Rutschen kommen. Fraunhofer-Forscher entwickelten ein Laserverfahren, mit dem die Steinoberflächen rutschfest gemacht werden. Hotels, Banken, Bahnhöfe oder Flughäfen empfangen ihre Besucher oft mit repräsentativen, glänzenden Fußböden aus Natursteinen wie Granit. Die glatten polierten Oberflächen sind zwar schön a 11.10.2000 | nachricht Nachricht

Nanoskalige Keramikpulver zum Fügen geeignet

Mittels PVS-Verfahren (physical vapor synthesis)oder Laserablation synthetisierte Aluminiumoxid-Nanopulver weisen eine beim Konsolidieren hinderliche Restagglomeration auf. Dr.-Ing. Ralph Hellmig konnte in seiner Dissertation Wege aufzeigen, solche starken Aggglomerate zu beseitigen und benutzte diese Nanopulver, um keramische Bauteile zu fügen. Mittels PVS-Verfahren (physical vapor synthesis) [1] oder Laserablation [2] synthetisierte Aluminiumoxid-Nanop 06.10.2000 | nachricht Nachricht

Lack Schicht für Schicht bestimmt

Mit dem »TRIBO-TESTER« werden Verschleißeigenschaften von Hartstoffschichten beurteilt. Wissenschaftler des Fraunhofer IPA haben ihn weiterentwickelt und können nun an organischen Beschichtungen Lackhaftungseigenschaften detailliert untersuchen und Aussagen über die Härte der einzelnen Lackschichten treffen. Die Anforderungen an lackierte Werkstückoberflächen sind in den letzten Jahren erheblich gestiegen. Sowohl an optische als auch an funktionelle Eigenscha 06.10.2000 | nachricht Nachricht

Skalpelle aus GFD-Diamant

Beliebige Klingengeometrien mit GFD-Diamant Leonhard-Klein-Preis für Mikroskalpelle Die Leonhard-Klein-Stiftung verleiht jährlich einen mit 30.000 DM dotierten Preis (Leonhard-Klein-Preis) zur Förderung der Augenheilkunde. Er wird für die innovative Entwicklung von chirurgischen Instrumenten und neuen Operationstechniken vergeben. Preisträger 2000 ist eine Ulmer Arbeitsgruppe, bestehend aus der GFD Gesellschaft für Diamantprodukte mbH (Dr. Peter Gluche und Dr. And 20.09.2000 | nachricht Nachricht

Kleinste Diamantklinge

Optimales Handwerkszeug für die Mikrochirurgie Die kleinste Diamantklinge der Welt kommt aus Ulm Einer interdisziplinären Arbeitsgruppe, bestehend aus der GFD Gesellschaft für Diamantprodukte mbH, Ulm, der Universitäts-Augenklinik Ulm (Ärztlicher Direktor Prof. Dr. Gerhard Lang), und der Abteilung Elektronische Bauelemente und Schaltungen (Leitung Prof. Dr.-Ing. Erhard Kohn) der Universität Ulm ist es gelungen, die kleinste Diamantklinge der Welt zu fertigen. Sie ist 0,12 mm breit. D 15.09.2000 | nachricht Nachricht

Heiße Projektionsscheiben

Leuchtende Logos und Werbetexte wandern über Bürgersteige und Fußgängerzonen. Projiziert werden sie durch Gobos - beschichtete Glasschablonen. Auch für eine Installation im Schweizer Pavillon auf der EXPO werden die Projektionsscheiben genutzt. Im Schweizer Pavillon auf der EXPO 2000 werden alle Sinne angesprochen. Duftende Lärchen- und Föhrenholzbalken stapeln sich zu Wänden, auf die in Leuchtschrift eine literarische Collage projiziert wird. Sc 13.09.2000 | nachricht Nachricht

Rostschutz aus dem Vakuum

Schichten schützen Dosen oder Karosserieteile vor Rost und verbessern die Haftung von Lacken und Farben. Mit einer In-line-Beschichtungsanlage lassen sich im Vakuum hauchdünne Schutz- oder Funktionsschichten auf metallische Bänder und Platten aufbringen. Damit Cola nach Cola, Wasser nach Wasser oder Bier nach Bier und nicht nach »Dose« schmeckt, wird das Blech mit einer hauchdünnen Schutzschicht überzogen. Das schützt die Dosen gleichzeitig vor Rost. 13.09.2000 | nachricht Nachricht

Gebündelte Kompetenz im neu gegründeten Fraunhofer-Themenverbund Polymere Oberflächen (POLO)

Mit dem am 12. Juli 2000 offiziell vollzogenen Zusammenschluss von sieben Fraunhofer-Instituten wurde ein neuer Weg beschritten, die Entwicklung von Polymerprodukten zu forcieren. Der Themenverbund für funktionalisierte Polymeroberflächen, Grenzflächen und dünne Schichten, kurz POLO genannt, wurde auf Initiative von Dr.-Ing. Wolfgang Holley, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV in Freising, gegründet. Die Forschung und Entwicklun 04.09.2000 | nachricht Nachricht

Excimerlaser-Bearbeitung: Klare Strukturen unter dem Flüssigkeitsfilm

Ein Flüssigkeitsfilm auf Metall oder Keramik sorgt dafür, dass die Ergebnisse sehr viel exakter ausfallen, wenn diese Werkstoffe mit Laserstrahlen bearbeitet werden. Die Qualität kleinster Bauteile, die mit hoher Präzision gefertigt werden müssen, ist dadurch deutlich zu steigern. An der Universität Erlangen-Nürnberg erprobt Dipl.-Ing. Stephan Roth am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie von Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger die Möglichkeiten des dort entwickelten neuen Verfahrens, 30.08.2000 | nachricht Nachricht

Keramik aus Holz

Interdisziplinäres Projekt im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes "Analysis, Modellierung und Simulation von Mehrskalenproblemen" Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gehen Wissenschaftler an den Universitäten Augsburg und Erlangen-Nürnberg der Frage nach, wie sich die mechanischen Eigenschaften von aus Holz gewonnenen Keramiken optimieren lassen. Dieses interdisziplinäre Projekt "Structural Optimization of Biomorphic Cellular Silicon Carbide Ceram 25.08.2000 | nachricht Nachricht
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Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

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Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

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