Werkstoff & Material

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Werkstoff & Material

Begriffsbildung

Die gezielte Nutzung von Werkstoffen wie Holz und Knochen, Stein, Glas/Keramik und Metalle sowie Polymerwerkstoffe, Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde hat sich seit tausenden Jahren vollzogen. Werkstoffe haben in der Entwicklung der Menschheit ganze Epochen geprägt, so dass nicht von ungefähr die Bezeichnungen Steinzeit, Bronzezeit oder Eisenzeit gewählt wurden.

Der Begriff „Werkstoff“ ist erst im 19. Jahrhundert entstanden und wird z. T. synonym zu dem Begriff „Material“ verwendet. Nach [1] sind Werkstoffe Arbeitsmittel rein stofflicher Natur, die in Produktionsprozessen als Arbeitsgegenstände weiterverarbeitet werden und in die jeweiligen Endprodukte eingehen. In der Regel handelt es sich dabei um Festkörper. Die Qualität und die Eigenschaften der Endprodukte oder auch von Halbzeugen werden durch die Wahl mehr oder weniger geeigneter Werkstoffe entscheidend beeinflusst.

Begriffsdefinitionen

In der Literatur findet man sehr unterschiedliche Definitionen, die von unterschiedlichen Gesichtspunkten ausgehen [2–11]. Von Czichos [2] stammt die Definition: „Werkstoffe im engeren Sinne nennt man Materialien im festen Aggregatzustand, aus denen Bauteile und Konstruktionen hergestellt werden können. Derartige Materialien besitzen die besondere Eigenschaft formgeberischer „Bildsamkeit“ in einem weitgefassten Sinne. Erst durch diese können Bauteile eine im Konstruktionsprozess entwickelte Gestalt später in der Fertigung tatsächlich annehmen. Die Qualität und die Eigenschaften der Fertigprodukte werden durch die Wahl geeigneter Werkstoffe und der Fertigungsverfahren (Urformen, Umformen, Wärmebehandlung etc.) entscheidend beeinflusst. Zur Charakterisierung und Sicherstellung der Qualität dient die Werkstoffprüfung. Fachgebiete, die sich mit der Erforschung und Entwicklung von Werkstoffen beschäftigen, sind die Werkstoffkunde sowie Materialwissenschaft und Werkstofftechnik.“

Schmitt-Thomas [3] formuliert, dass die Fähigkeit, mit Hilfe der zur Verfügung stehenden Ressourcen geeignete Werkstoffe bereitstellen zu können, Voraussetzung ist, um naturwissenschaftliche Erkenntnisse in eine anwendbare, nutzbringende und zivilisatorisch umsetzbare Technik zu transferieren. Die Gewinnung und die Beherrschung des Werkstoffs, im Sinne der Fähigkeit seine Eigenschaften zu steuern und den Beanspruchungen optimal anzupassen, wird auf diese Weise zum Schlüssel, mit dem es unter der Verantwortlichkeit des Ingenieurs ermöglicht wird, wissenschaftliche Erkenntnisse in Lebensqualität zu überführen [3].

Das Springer-Gabler Wirtschaftslexikon [4] definiert den Begriff „Werkstoff“ als: „Material, zusammenfassende Bezeichnung für diejenigen Rohstoffe, Hilfs- und Betriebsstoffe, Halbfertig- und Fertigfabrikate, die als Ausgangs- und Grundstoffe in die Erzeugnisse eines Betriebes einzugehen bestimmt sind. Werkstoffe zählen zu den elementaren Produktionsfaktoren. Sie werden nach der im Betrieb erfolgten Veränderung der Form oder Substanz oder durch den Einbau in andere Fertigerzeugnisse Bestandteil neuer Produkte.“

Aktuell werden im Allgemeinen die Werkstoffe in Metalle (z. B. Eisen, Aluminium), Nichtmetalle (z. B. Graphit), organische Werkstoffe (z. B. Holz, Polymerwerkstoffe), anorganische nichtmetallische Werkstoffe (z. B. Keramik, Glas) und Halbleiterwerkstoffe (z. B. Silicium) unterschieden. Von Schatt [5] wird ab der 5. Auflage des seit 1975 herausgegeben Fachbuches „Werkstoffe des Maschinen-, Anlagen- und Apparatebaues“ der Begriff Konstruktionswerkstoff gebraucht. Dabei geht die Stoffgliederung von den Anforderungen in verschiedenen technischen Einsatzgebieten, wie z. B. Werkstoffe für Werkzeuge, tiefe Temperaturen, hohe Temperaturen, korrosive Beanspruchung, Verschleiß, Verbindungen usw. aus. Im Englischen wird dafür der Begriff „Construction Material“ oder „Engineering Material“ verwendet.

Zum Begriff Material findet sich im Wikipedia [6] die folgende Definition: „Ein Material ist eine Substanz oder eine Substanzmischung, die einen Gegenstand bildet. Materialien können rein oder unrein, belebte oder unbelebte Materie sein. Materialien können auf der Grundlage ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften oder ihres geologischen Ursprungs oder ihrer biologischen Funktion klassifiziert werden. Die Materialwissenschaft befasst sich mit Materialien, ihren Eigenschaften und ihren Anwendungen.“

Der Begriff Werkstoff impliziert im Gegensatz zum Begriff Material eine Zweckbestimmung, indem ein Bauteil oder eine Konstruktion hergestellt werden soll. Die Unterscheidung der Begriffe Werkstoff und Material im deutschsprachigen Raum erfolgt im englischen Sprachgebrauch nicht. Hier wird generell der Begriff Material verwendet.

Die systematische Erforschung der Eigenschaften von Stahl, Eisen oder Leichtmetallen wie Aluminium begann Mitte des 19. Jahrhunderts sowie etwas später von keramischen Werkstoffen, woraus sich das Wissensgebiet der Werkstoffkunde entwickelte. Die Bezeichnung dieser jungen Wissenschaftsdisziplin erfolgte zunächst als „Werkstoffkunde“, wobei sich mit dem Wortteil der „-kunde“ ausdrücken sollte, dass sich dahinter die Gesamtheit aller empirisch erfassten Fakten über die Werkstoffe, überwiegend der metallischen Werkstoffe verbirgt [7]. Im englischsprachigen Raum wurde für „Werkstoffkunde“ unmittelbar der Begriff „Materials Science“ verwendet. [8, 9]. Hauptsächlich war es die Metallurgie, aus der die Werkstoffkunde als wissenschaftliche Disziplin ersprang [10].

Im Rahmen der immer weiter fortschreitenden Industrialisierung entwickelte sich mit Beginn des 20. Jahrhunderts eine differenziertere Betrachtung der Werkstoffe. Die nichtmetallisch-organischen und nichtmetallisch-anorganischen Werkstoffe erlangten eine zunehmende wirtschaftliche Bedeutung.

Von Prof. Dr. Werner Schatt, TU Dresden wurde 1972 erstmals das Lehrbuch „Einführung in die Werkstoffwissenschaft“ [11] herausgegeben, der von einer einheitlichen Betrachtungsweise der Struktur, der Art der Anordnung der Bausteine und dem Grad der Ordnung ausgeht und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen begründete, mit dem Ziel der Verbesserung bestimmter makroskopischen Eigenschaften und damit der Verbesserung der Anwendungsmöglichkeiten [11].

In dem Maße, wie es gelang die werkstoffwissenschaftlichen Erkenntnisse zu verallgemeinern, etablierte sich auch der Begriff der „Werkstoffwissenschaft“ in der Wissenschaftslandschaft. Die moderne Werkstoffforschung beeinflusst die Entwicklung der Menschheit nachhaltig und der Umgang des Menschen mit den Werkstoffen vom Handwerk zur Industrie schließlich zu einer eigenständigen Wissenschaft geführt [12].

Siehe auch

• Werkstoffkunde & Werkstoffwissenschaft
• Werkstoffwissenschaft & Kunststoffe
• Verbundwerkstoffe
• Kunststoffe
• Smart Materials
• Barriere-Kunststoffe
• Bio-Kunststoffe

Literaturhinweise

[1]	https://de.wikipedia.org/wiki/Portal:Werkstoffe
[2]	Czichos, H.; Hennecke, M. (Hrsg.): HÜTTE – Das Ingenieurwissen. 33., aktualisierte Auflage, Springer Berlin Heidelberg (2008); ISBN 978-3-540-71851-2 bzw. https://de.wikipedia.org/wiki/Werkstoff
[3]	Schmitt-Thomas, K. G.: Werkstoff in Geschichte und technischer Entwicklung. In: Metallkunde für das Maschinenwesen. Springer Berlin Heidelberg (1990); DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-93451-3_2
[4]	https://wirtschaftslexikon.gabler.de/definition/werkstoffe-49420
[5]	Schatt, W., Simmchen, E., Zouhar,G. (Hrsg.): Konstruktionswerkstoffe des Maschinen- und Anlagenbaues. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Stuttgart(1998); ISBN 3-342-00677-3; siehe AMK-Büchersammlung unter L 4
[6]	https://en.wikipedia.org/wiki/Material
[7]	Eisenkolb, F.: Einführung in die Werkstoffkunde. Verlag Technik Berlin (1958); siehe AMK-Büchersammlung unter L 24
[8]	Hummel, R. E.: Understanding Materials Science History, Properties, Applications (2nd Ed.). New York, NY: Springer New York, (2005). LLC. ISBN 978-0-387-26691-6
[9]	Timeline of materials technology; In: https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_materials_science
[10]	Cahn, R. W.: Metallurgy, the Father of Materials Science, Tsingiiua Science and Technology, Volume 7, Number 1 (2002), ISSN 1007-0214 01/21 pp. 1 – 5
[11]	Schatt, W. (Hrsg.): Einführung in die Werkstoffwissenschaft. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie (1972); siehe AMK-Büchersammlung unter L 3-1
[12]	Urban, K.: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Ein Ritt auf der Rasierklinge. Springer-Verlag Berlin Heidelberg (2015); ISBN 978-3-662-46236-2; E-Book: ISBN 978-3-662-46237-9; DOI:10.1007/978-3-662-46237-9; siehe AMK-Büchersammlung unter L90

Weblinks

• Wikipedia: Die freie Enzyklopädie: Werkstoff
• Wikipedia: Die freie Enzyklopädie: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Bundesvereinigung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik e. V. (BV MatWerk)
• Grellmann, W., Bierögel, C., Reincke, K. (Hrsg.): Wiki „Lexikon Kunststoffprüfung und Diagnostik“ Version 15.0 (2025)