Metalle für Maker
Ein kurzer Überblick über die technischen Werkstoffe und ihre Eigenschaften.
Angeschliffener Erzbrocken aus dem Rammelsberg bei Goslar am Harz. Hier wurden über 1000 Jahre nahezu ununterbrochenen Bergbaus bis 1988 Buntmetallerze abgebaut. Der Brocken enthält unter anderem Kupferkies, Bleiglanz, Zinkblende und Schwerspat.
- Achim Bertram
Ein Kennzeichen von Metallen ist, dass sie stets negativ geladene Elektronen abgeben und so positiv geladene Ionen bilden. Durch die elektrostatischen Kräfte zwischen den Metall-Ionen und den freien Elektronen sind Metalle gute Leiter für elektrischen Strom. Außerdem ergibt sich aus dieser Bindung auch ein besonderes Gefüge. Im festen Zustand sind Metalle Kristalle – die Metall-Ionen sind dicht gepackt und geometrisch gleichmäßig angeordnet. Verflüssigt verlieren sie diesen kristallinen Aufbau und werden zu amorphen Stoffen, deren Atome noch aneinander gebunden, aber dabei ungeordnet sind. Wie die Kristallgitter jeweils angeordnet sind, ist für die weiteren Stoffeigenschaften von Bedeutung: Dichte, Schmelztemperatur, Festigkeit, Streckgrenze, Bruchdehnung und Härte, um nur die wichtigsten zu nennen.
Einige Metalle wie Aluminium, Kupfer oder Zink werden oft in ihrer reinen Form, meist 99,5 Prozent Reinheit, verwendet. Um jedoch bestimmte Eigenschaften zu verbessern oder neue Eigenschaften zu bekommen, werden manche Metalle mit anderen Metallen oder Nichtmetallen vermischt. Diese Legierungen sind in der Regel Verbindungen auf kristalliner Ebene: Die Atome des beigefügten Stoffes lagern sich in den Zwischenräumen des Kristallgitters an oder ersetzen einzelne Metallatome. Legierungen von Metallen mit anderen Metallen sind zum Beispiel Messing, das aus Kupfer und Zink besteht, Bronze – aus Kupfer und Zinn – und mit Kupfer und Magnesium zu Duraluminium verändertes Aluminium.
Bekanntester Vertreter der Nichtmetalllegierungen ist der Stahl, in dem Eisen und Kohlenstoff stecken. Obwohl Stahl an sich schon eine Legierung ist, spricht man hier von unlegiertem Stahl. Erst wenn weitere Metalle zulegiert werden, zwischen eins und fünf Prozent Legierungselemente, bekommt man niedriglegierten Stahl. Bei mehr als fünf Prozent Beimischung ist von hochlegiertem Stahl die Rede. Legierte Stähle haben unterschiedliche Eigenschaften und werden zur weiteren Optimierung oft noch einer Wärmebehandlung unterzogen. Einen Einblick in den Härteprozess geben wir in der Trickkiste.
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