Überblick über die Vielfalt und die Eigenschaften heutiger Werkstoffe in den Bereichen Energie, Information/Kommunikation und Mobilität.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Was sind Werkstoffe? 4
1.2 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik 4
Literatur 7
2 Strukturen und Eigenschaften 9
2.1 Vom Atom zum Werkstoff 9
2.1.1 Die atomaren Bausteine der Materialien und ihre Bindungen 9
2.1.2 Struktur über viele Größenordnungen 16
2.1.3 Die Oberfläche 28
2.2 Stoffklassen 29
2.2.1 Metalle 30
2.2.2 Keramik und Glas 34
2.2.3 Kunststoffe 38
2.2.4 Werkstoffe der belebten Natur 44
2.3 Eigenschaften 50
2.3.1 Mechanische Eigenschaften 50
2.3.2 Wie Bauteile anhand von Werkstoffeigenschaften ausgelegt werden . 55
2.3.3 Beständigkeit gegen Korrosion und Verschleiß . 57
2.3.4 Thermische Eigenschaften 60
2.3.5 Elektrische, magnetische und optische Eigenschaften 61
2.3.6 Verarbeitungseigenschaften 63
2.3.7 Wie Kombinationen von Eigenschaften ausgewählt werden 64
Literatur 65
3 Werkstoffe für Energie 67
3.1 Energie umwandeln 68
3.1.1 Hochtemperatur-Werkstoffe 68
3.1.2 Brennstoffzellen 73
3.1.3 Windenergie 73
3.1.4 Photovoltaik 77
3.2 Energie sparen 80
3.2.1 Dämmstoffe 80
3.2.2 Transport: Stromleitungen 82
3.2.3 Lampen 85
3.2.4 Katalysatoren 86
3.3 Energie speichern 86
3.3.1 Batterien 86
3.3.2 Wasserstoff-Speicher 91
3.3.3 Latentwärmespeicher 93
Literatur 94
4 Werkstoffe für Information und Kommunikation 95
4.1 Elektronik 95
4.1.1 Silizium-Halbleiter 96
4.1.2 Jenseits Silizium 99
4.1.3 Organische Elektronik 100
4.1.4 Nanoelektronik 103
4.1.5 Metalle: Kupfer vs. Aluminium 104
4.1.6 Lichtleiter 106
4.2 Speicher 109
4.2.1 Papier 109
4.2.2 Magnetspeicher: Bänder und Festplatten 109
4.2.3 CD und DVD 112
4.3 Displays 114
4.3.1 Flüssigkristall-Anzeigen
(Liquid Crystal Display, LCD) 114
Inhaltsverzeichnis IX
4.3.2 Leuchtdioden (Light Emitting Diode, LED)... 115
4.3.3 Elektrochrome Displays 117
Literatur 118
5 Werkstoffe für Mobilität 119
5.1 Schuhe 119
5.2 Automobil 120
5.2.1 Stahl im Auto: immer fester, immer leichter.. . 121
5.2.2 Kunststoffe im Auto 124
5.2.3 Weitere Werkstoffe 127
5.3 Flugzeug 130
5.3.1 Metall-Leichtbau 130
5.3.2 Carbon-faserverstärkten Kunststoff (CFK) . . . 132
5.3.3 Kleben statt Schweißen 133
Literatur 135
6 Qualitätssicherung - und was trotzdem passieren kann . 137
6.1 Wie Qualität entsteht 137
6.1.1 Qualitätssicherung und Akkreditierung 138
6.1.2 Qualitätsprüfung bei der Fertigung 139
6.1.3 Wie Qualität geprüft wird: Das Beispiel zerstörungsfreie Prüfung 140
6.2 Aus Schaden wird man klug 143
6.2.1 Wodurch werden Schäden verursacht? 144
6.2.2 Beispiele zur Schadensanalyse 145
6.2.3 Wie kann man Schäden vermeiden? 156
6.3 Betriebsbeanspruchungen können Eigenschaften ändern 157
6.3.1 Altern, Kriechen, Ermüdung 157
6.3.2 Verschleiß an Oberflächen 160
6.3.3 Einfluss der Umgebung 162
6.3.4 Erhalt der Funktionsfähigkeit 169
Literatur 170
7 Werkstoffe in der Gesellschaft 171
7.1 Chancen und Herausforderungen 171
7.1.1 Werkstoffe sind keine Wunderstoffe 172
X Inhaltsverzeichnis
7.1.2 Entsorgung 173
7.2 Informationsquellen 175
7.2.1 Weiterführende Literatur 178
Literatur 180
Sachverzeichnis 183