Materialwissenschaft im Maschinenbau, Teil I.

Stellen Sie sich einen Koch ohne Pfanne, Mixer oder Versuch vor, ein Rezept zu erstellen, ohne zu wissen, wie die Zutaten kombiniert werden. Ist das Endergebnis wahrscheinlich etwas, das Sie gerne essen würden? Etwas, das die richtige Optik, das richtige Aroma, den richtigen Geschmack und die richtige Textur hat? Unwahrscheinlich. Was nützt ein mechanisches Design, wenn ein Ingenieur keine Ahnung hätte, welche Materialien er verwenden soll? Die Ergebnisse wären zufällig und dies könnte zu ernsteren Problemen führen als zu mangelnder Schmackhaftigkeit. Wir sprechen über schwerwiegende Folgen wie Produktversagen, Verletzung oder Tod.

Im Bereich des Maschinenbaus wie auch im Bereich des Kochens weisen die verwendeten Materialien bestimmte Eigenschaften auf, die sie für bestimmte Zwecke nützlich machen. So wie ein Koch seine Speisekammer hat, steht einem Ingenieur eine Vielzahl von Materialien zur Auswahl, und es werden ständig neue Materialien entwickelt. Die Unermesslichkeit der Materialien, die einem Ingenieur zur Verfügung stehen, macht es schwierig, sich alle und ihre Eigenschaften zu merken. Es ist jedoch möglich, ein festes Verständnis der zugrunde liegenden Prinzipien zu entwickeln, die seine Eigenschaften bestimmen.

Dieses allgemeine Verständnis der Materialeigenschaften ermöglicht es den Ingenieuren, zwischen Materialien zu wählen. Bei der Suche nach den idealen Materialien für die Ausführung eines Auftrags sind wichtige Fragen zu beantworten. Welche Materialien wären die billigsten? Welches würde eine optimale Leistung ergeben? Die beste Haltbarkeit?

Die Materialwissenschaft liefert ein Verständnis der Beziehung zwischen der Struktur von Materialien auf atomarer oder molekularer Ebene und ihren makroskopischen Eigenschaften. Mit anderen Worten, der Ingenieur lernt, wie Atome auf mikroskopischer Ebene angeordnet und miteinander verbunden werden, die wiederum Material bilden, das mit bloßem Auge wahrgenommen wird. Die endgültige Anordnung der Moleküle basiert darauf, wie das jungfräuliche Material zu seiner endgültigen Form verarbeitet wurde. Mit “verarbeitet” meine ich die Anwendung von Wärme, Kühlung, mechanischen Kräften und so weiter. Wenn Ingenieure die Zusammensetzung eines Materials kennen und wissen, wie es verarbeitet wurde, können sie vorhersagen, wie das Material auf Faktoren wie Spannung, Dehnung, Wärme, Ätzmittel, Strahlung und elektrische Ströme reagiert.

Es gibt da draußen eine großartige Welt, die voller Materialien ist, die es zu erkunden gilt. Wir werden diese Erkundung nächste Woche beginnen.

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