Materialwissenschaft und Werkstofftechnik - Was ist das?

Das Fachgebiet der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ist eine Disziplin im Spannungsfeld von Physik, Chemie und Biologie einerseits und den Ingenieur-wissenschaften andererseits.

Die Chemie beschäftigt sich mit der Zusammensetzung von Stoffen und den daraus resultierenden Eigenschaften, die Festkörperphysik mit den physikalischen Eigenschaften (optische, magnetische und elektrische Eigenschaften) und deren Zusammenhang mit der Kristallstruktur und der chemischen Zusammensetzung, die Humanbiologie mit der Funktionsweise des Menschen und seinen Reparaturmöglichkeiten.

Die Materialwissenschaft und Werkstofftechnik greift diese Ansätze mit dem Ziel, die Eigenschaften der Materialien zu verbessern und zu kombinieren, um Werkstoffe zu erhalten, die für bestimmte Anwendungen optimiert sind. Dies gelingt durch die intensive Mischung von Materialien (Phasen) im Größenbereich von Mikro- bis Nanometer. Die neuen Charakteristiken werden dann durch die Eigenschaften dieser Phasen und ihrer Grenzflächen bestimmt (grenzflächenbestimmte Materialien). Ein einfacher Stahl besteht z.B. aus einem feinskaligen Gefüge aus Eisen und Zementit und eine einfache Superlegierung für Flugturbinen aus Nickel und Ni3Al. Das Finden solcher Zusammensetzungen (ein moderner Stahl besteht aus bis zu 24 Legierungselementen) und die Entwicklung von Verfahren zu ihrer großtechnischen Herstellung ist die Aufgabe der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik.

Neue und verbesserte Materialien sind unverzichtbar, um die drängenden gesellschaftlichen Fragen der Zukunft wie wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit, Innovation, Ressourcenknappheit und Klimawandel zu bewältigen. Daher wurde Materialwissenschaft und Werkstofftechnik von der Europäischen Kommission als eine der Schlüsseltechnologien (Key Enabling Technologies - KETs) identifiziert, die zu nachhaltiger Entwicklung und Wachstum beitragen sollen. Laut der Akademie der Wissenschaft – Acatech, sind Werkstoffe Quelle und Basis zahlreicher Innovationen: „Etwa 70 Prozent aller neuen Produkte basieren auf neuen Werkstoffen. Der Materialkostenanteil der deutschen Wirtschaft beträgt ca. 40 Prozent der Bruttoproduktionskosten. Die werkstoffbasierten Branchen (ohne Bausektor) in Deutschland machen insgesamt einen Umsatz von ca. 1 Bio. Euro und beschäftigen 5 Mio. Personen“.

Etwa 70 Prozent aller neuen Produkte, egal ob im Elektroauto, Touchscreen-Handy oder Windkraftwerk, basieren auf solchen Werkstoffen.

Weitere Information über MWWT finden Sie unter de.wikipedia.org/wiki/Materialwissenschaft_und_Werkstofftechnik

Jobprofile

Materialwissenschaftler arbeiten nach dem Abschluss ihres Studiums z. B.

Bei einem Autohersteller in der Entwicklung und Forschung:

  •     Wie vermindert man den Abrieb von Reifen?
  •     Wie verlängert man die Lebensdauer und Effektivität von Bremsscheiben?
  •     Wie baut man ein Auto leichter und schneller?

In der Medizintechnik:

  •     Welche Eigenschaften muss ein Material haben, das die Verbreitung von Bakterien verhindert?
  •     Welche biokompatiblen Materialien kann man für Implantate verwenden?
  •     Wie erhöht man die Haltbarkeit von Prothesen oder künstlichen Hüftgelenken?

Im Umweltschutz:

  •     Wie reinigt man Abgase am umweltfreundlichsten und kostengünstigsten?
  •     Wie verbessert man Filter, um die Abgasemission zu minimieren?

In der Flugzeugtechnik:

  •     Welche Materialien kann ich zu einem Verbundwerkstoff zusammenfügen, um Flugzeuge sicherer und leichter zu bauen?
  •     Welche Materialien eignen sich allgemein für den Leichtbau und sind trotzdem stabil?

In der Metallindustrie:

  •     Welche neuen Möglichkeiten der Legierungen gibt es, wie müssen diese beschaffen sein?
  •     Welche Eigenschaften haben Metalle und wie kann man diese optimal nutzen?

Diese Beispiele stellen selbstverständlich nur einen kleinen Teil der Beschäftigungsmöglichkeiten für Materialwissenschaftler oder Werkstofftechniker dar und dienen lediglich der groben Orientierung.