Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- interessante_werkstoffe [2015-10-13 20:04:51] – [Verarbeitung] manfred
+++ interessante_werkstoffe [2025-09-26 11:38:37] (aktuell) – manfred
@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
+====== interessante Werkstoffe ======
+siehe auch:
+  * [[::Aluminiumlegierungen]]
+  * [[::Kupferlegierungen]]
+  * [[::Stahl]]
+Weitere interessante Werkstoffe: [[http://www.golem.de/specials/metamaterial/|Metamaterial]]
+===== Nano =====
+==== Kohlenstoffnanoröhren (CNT) ====
+  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffnanoröhren]]
+=== Verarbeitung ===
+  * [[http://www.hielscher.com/ultraschall/nano_03.htm|Hielscher - Ultraschall Technologie]]
+Carbon Nanotubes (Kohlenstoffnanoröhren) sind fest und flexibel, aber sehr kohäsiv. Sie sind schwierig in Flüssigkeiten, wie Wasser, Ethanol, Polymer oder Epoxydharz, zu dispergieren. Ultraschall ist eine effektive Methode, um separate, einzeln dispergierte Carbon Nanotubes zu erhalten.
+=== Bezugsquellen ===
+  * [[https://sesres.com/index.asp|SES Research]]
+  * [[http://www.carbonnanotube.biz/|CNT Co., Ltd.]]
+==== Kohlenstoff-Nanostrukturen ====
+  * [[http://www.aixtron.de/index.php?id=312&tx_ttnews[tt_news]=1941|Aixtron]] - Weltweit größter Hersteller von MOCVD Anlagen - AIXTRON SE ist ein führender Anbieter von Depositionsanlagen für die Halbleiterindustrie. Die Produkte der Gesellschaft werden weltweit von einem breiten Kundenkreis zur Herstellung von leistungsstarken Bauelementen für elektronische und opto-elektronische Anwendungen (Photonik)  auf Basis von Verbindungs-, Silizium- und organischen Halbleitermaterialien sowie Kohlenstoff-Nanostrukturen, Graphen und weiteren Nanomaterialien genutzt. Diese Bauelemente werden in der Displaytechnik, der Signal- und Lichttechnik, Glasfaser-Kommunikationsnetzen, drahtlosen und mobilen Telefonie-Anwendungen, der optischen und elektronischen Datenspeicherung, der Computer-Technik  sowie einer Reihe anderer High-Tech-Anwendungen eingesetzt.  Die Aktien des 1983 gegründeten Unternehmens mit Sitz in Herzogenrath sind im Prime Standard der Frankfurter Wertpapierbörse und in Form von American Depositary Shares (ADS) am Global Select Market der NASDAQ notiert und im TecDAX, im NASDAQ Composite Index, im MSCI World Small Cap Index, im Natur-Aktien-Index (NAI) sowie im Dow Jones Stoxx 600 vertreten.
+===== Maisplastik =====
+==== PlayMais ====
+PlayMais® ist ein natürliches Spielzeug zum Basteln, das zu 100% biologisch abbaubar ist und die Umwelt nicht belastet. Es wird auf der Basis von Maisgrieß und Wasser hergestellt und mit Lebensmittelfarbe eingefärbt.
+  * [[http://www.playmais.de/]]
+===== Flüssigholz =====
+==== Lignin ====
+  * [[http://de.wikipedia.org/wiki/Lignin]]
+Lignine (lat. lignum "Holz") bilden eine Gruppe von phenolischen Makromolekülen, die sich aus verschiedenen Monomerbausteinen zusammensetzen. Es handelt sich um feste Biopolymere, die in die pflanzliche Zellwand eingelagert werden und dadurch die Verholzung der Zelle bewirken (Lignifizierung). Etwa 20 % bis 30 % der Trockenmasse verholzter Pflanzen bestehen aus Ligninen, damit sind sie neben der Cellulose und dem Chitin die häufigsten organischen Verbindungen der Erde.
+Pflanzen ohne Lignin können durch die Cellulose zwar beträchtlichen Zugkräften standhalten, gegenüber Druck sind sie dagegen empfindlich.
+Es bietet Schutz gegen Eindringen von Wasser in das Zellwandmaterial und hält dieses somit in den Leitgefäßen (Xylem und Phloem) sowie im Innern der Zellen. Weitere Schutzwirkung besteht gegenüber UV-Licht sowie mechanischer Beschädigung und dem Eindringen von Schädlingen. Schließlich kann Lignin nur schwer von Bakterien bzw. Pilzen abgebaut werden und hemmt infolgedessen das Wachstum pathogener Mikroorganismen passiv[5] sowie aktiv durch den Aufbau von Wundlignin in Bereichen mit mechanischer Beschädigung.
+=== Eigenschaften ===
+Lignin ist sehr fest bis spröde und hell- bis dunkelbraun gefärbt. Es ist optisch isotrop, UV-Licht wird von dem Material fast vollständig absorbiert, sichtbares Licht zum Teil.
+Lignin stellt allerdings keine einheitliche Substanz dar, sondern eine Gruppe von phenolischen Makromolekülen, die sich aus verschiedenen Monomerbausteinen zusammensetzen. Dabei wird durch die Kombination ähnlicher Grundmoleküle eine dicht vernetzte, amorphe Masse aufgebaut. Die Struktur besitzt im Vergleich zu Polysacchariden wesentlich weniger polare Gruppen, wodurch Lignine hydrophob und damit in Wasser und vielen anderen Lösungsmitteln nicht löslich sind. Aus diesem Grund sind sie biologisch wie chemisch schwerer abbaubar, als andere natürliche Stoffe.
+=== Zusammensetzung von pflanzlicher Biomasse ===
+^ ^Hexosen  ^Pentosen ^Lignine ^
+^ ^(Cellulose) ^(Hemicellulosen) ^ ^
+| Nadelholz | 57–60% | 7–11% | 27–32% |
+| Birkenholz | 45–47% | 21–27% | 19–20% |
+| Buchenholz | 50–54% | 19–24% | 22–23% |
+| Weizenstroh | 35–39% | 22–24% | 18–25% |
+Lignin ist bei der Papierherstellung ein Abfallprodukt,
+da zur Produktion von Papier und Zellstoff das Lignin aus der Lignocellulose gelöst und aus dem Prozess entfernt werden muss.
+==== Lignin - das Flüssigholz als Basis von Ökoplastik ====
+Im Jahr 1998 wurde von der [[http://www.tecnaro.de/deutsch/willkommen.htm|Firma Tecnaro]] ein natürlicher Biowerkstoff entwickelt, der den Namen Arboform erhielt und allgemein als „Flüssigholz“ bezeichnet wird. Er basiert auf Lignin, dem Naturfasern wie Flachs oder [[http://alles-schallundrauch.blogspot.de/2009/05/warum-die-wunderpflanze-hanf-verboten.html|Hanf]] beigemischt werden, und kann mit etablierten Kunststoffverarbeitungsformen verarbeitet werden, insbesondere im Spritzguss, der Extrusion, in Pressverfahren sowie durch Tiefziehen und Blasformen.
+Am 2011-07-03 wurde auf RTL2 in der Sendung "Welt der Wunder" bereits zum zweiten mal darüber berichtet. Erstmals berichtete "Welt der Wunder" ca. 10 Jahre vorher von den bedien Erfindern (Helmut Nägele und Jürgen Pfitzer) und ihrer Idee "Flüssigholz".
+Sowohl das Lignin als auch verschiedene Ligninderivate können als Bausteine in Duroplasten oder in Kunststoffen als Füllstoffe eingesetzt werden. Sie wirken hierbei als Phenolharzkomponente. Durch die Reaktion mit Epichlorhydrin können Epoxidharze hergestellt werden, die bei einer Kondensierung mit Alkalilignin in Polyalkoholen resultieren. Mit Isocyanaten lassen sich diese zu Polyurethanen umsetzen. Bei der Reaktion des Lignins mit Formaldehyd entstehen Phenoplaste, und bei der Vernetzung mit Copolymeren wie Harnstoff, Melamin und Furanen über Formaldehyd entstehen verschiedene Harze (Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melaminharze, und Furanharze bzw. Syntactics). Insbesondere ligninbasierte Phenoplaste stellen eine potenzielle Ersetzungsmöglichkeit von gesundheitlich bedenklichen Phenolen und Formaldehyd als Bindemittel in Spanplatten und anderen Holzwerkstoffen dar; durch ihre hochmolekulare Struktur sind sie weniger flüchtig und löslich, zudem werden sie als physiologisch unbedenklich eingestuft.
+===== Gorilla-Glas =====
+  * [[http://www.silicon.de/technologie/hardware/0,39044013,41558666,00/so_wird_gorilla_glas_produziert.htm|So wird Gorilla-Glas produziert]]
+Bis vor wenigen Jahren war die 1851 gegründete Firma Corning nur Insidern der Glas- und Keramikbranche ein Begriff. 2007 änderte sich das schlagartig. Damals nämlich erschien das erste iPhone auf dem Markt, ausgestattet mit einem Touchscreen aus Gorilla-Glas der Firma Corning.
+Auf der CES in Las Vegas hatte Corning die zweite Gorilla-Glas-Generation vorgestellt. Die ersten Geräte mit den entsprechenden Displays sollen noch in diesen Wochen auf den Markt kommen. Gorilla-Glas 2.0 ist 20 Prozent dünner als die erste Generation, soll aber genauso kratzfest und stabil sein, wie Anwender vom Original-Produkt gewohnt sind.
+Derzeit ist Gorilla-Glas 1,1 Millimeter dick. Die legendäre Stabilität ist durch die chemische Basis des Materials begründet. Erreicht wird dies durch einen Ionenaustauschprozess in einem 400 °C heißen alkalischen Salzbad.
+Dass Glasoberflächen aber noch wesentlich dünner und auch flexibler sein können, zeigt Corning ebenfalls in Palo Alto. Zum Beispiel für flexible Displays hat das Unternehmen biegsames Glas entwickelt, das 100 Micrometer "dick" ist - das entspricht 0,1 Millimeter. Derzeit gibt es allerdings noch keine Geräte, in denen dieses Glas zum Einsatz kommt.
+[[https://de.wikipedia.org/wiki/Gorilla_Glass|Gorilla-Glass]] ist die geschützte Wortmarke für ein dünnes chemisch vorgespanntes Glas aus der Gruppe der [[https://de.wikipedia.org/wiki/Alumosilicate|Alumosilikatgläser]] des US-amerikanischen Herstellers Corning. Es wird hauptsächlich als Abdeckglas für Touchscreens tragbarer elektronischer Geräte genutzt.
+Das Glas mit einer Dicke zwischen 0,7 und 2 mm hat eine hohe Bruch- und Kratzfestigkeit. Sie wird erreicht, indem durch einen Ionenaustauschprozess in einer etwa 400 °C heißen Kaliumsalzschmelze in den oberflächennahen Glasschichten Natrium- durch Kaliumionen ersetzt werden. Dadurch entsteht eine oberflächliche Druckspannung, die ein Risswachstum erschwert. Während normales Glas bei einem Test ähnlich der Härteprüfung nach Vickers bei einer Last von 5 Newton Risse zeigt, tritt dies nach Herstellerangaben bei diesem Glas erst bei Lasten von über 40 Newton auf. Ähnlich verhält es sich mit der Kratzfestigkeit. Nach Herstellerangaben soll das Produkt etwa doppelt bis dreimal so kratzfest sein wie herkömmliches Glas.
+Der Hersteller Corning hatte ähnliche Gläser schon in den 1960er-Jahren entwickelt, besteht jedoch darauf, dass Gorilla Glass eine Neuentwicklung ist, auch wenn Erfahrungen aus den 1960er-Jahren mit eingeflossen seien. Verbesserte Varianten, die unter dem Begriff Gorilla Glass 2 vertrieben werden, sind bei einer Dicke zwischen 0,5 und 2,0 mm und leicht verminderter Dichte ebenso widerstandsfähig, erweichen jedoch erst bei höheren Temperaturen.
+Gläser für Smartphone-Bildschirme aus Gorilla Glas 3 werden mit Festigkeiten von 5240–6360 N/mm² gefertigt. Das soll laut Herstellerangaben „dreimal so fest“ wie Gorilla Glass 2 sein.
+Das im November 2014 vom Hersteller gezeigte Gorilla Glass 4 soll beim Fall auf unebene Oberflächen eine noch höhere Bruchfestigkeit bieten und einen Falltest aus einem Meter Höhe in 80 Prozent der Fälle überstehen. Dieses Glas wird in Dicken von 0,4 bis 1 mm hergestellt.
+Gorilla Glass 5 wurde im Juli 2016 vorgestellt. Es soll 80 % aller Stürze aus 1,6 Metern Höhe auf harte Oberflächen überstehen.
+Am 18. Juli 2018 hat Corning Gorilla Glass 6 vorgestellt, das speziell für Smartphones und andere mobile Geräte entwickelt wurde. Es soll mehrere Stürze unbeschadet überstehen können – im Labor haben Displays aus Gorilla Glas 6 laut Hersteller 15 Stürze aus einem Meter Höhe auf eine raue Oberfläche überstanden.
+Gorilla Glass Victus wurde am 23. Juli 2020 von Corning vorgestellt und soll eine verbesserte Kratzerresistenz und höhere Bruchfestigkeit als Gorilla Glass 6 haben. Unter Laborbedingungen überstand Gorilla Glass Victus eine Fallhöhe von bis zu zwei Metern auf harte, raue Oberflächen unbeschadet.
+==== Alumosilicate ====
+[[https://de.wikipedia.org/wiki/Alumosilicate|Alumosilicate]], sind die Sammelbezeichnungen für Minerale und chemische Verbindungen aus der Gruppe der Silicate, die sich aus den Grundbausteinen SiO4-Tetraeder und AlO4-Tetraeder aufbauen. Sie gehören zu den wichtigsten Bestandteilen der Erdkruste.
+Ein Siliciumatom bzw. ein Aluminiumatom ist also von vier Sauerstoffatomen umgeben. Diese Tetraeder teilen sich immer die Sauerstoffatome (also Si-O-Al-Bindungen). Rechnerisch enthalten Alumosilicate SiO2 und Al2O3. Das Al:Si-Verhältnis kann den Wert 1 nicht überschreiten. Für Alumosilicate gilt die Löwenstein-Regel, nach der AlO4-Tetraeder nie direkt miteinander verknüpft sind. Die Baugruppe Al-O-Al wird also vermieden. Reine Aluminate kommen in der Natur nur extrem selten vor. Aluminium kann sich hier chemisch ähnlich verhalten wie Silicium. Bei Einbau von Aluminium (Al3+ statt Si4+) in das Mineralgitter muss Ladungsausgleich durch Einbau weiterer positiv geladener Ionen (Kationen) erfolgen. Alumosilicate sind z. B. Feldspate, Feldspatvertreter und Zeolithe wie Zeolith A oder Sodalith.
+Dagegen heißen Silicate mit oktaedrisch koordiniertem Aluminium Aluminiumsilicate. Beispiele sind Andalusit, Kyanit und Sillimanit.
+=== Alumosilikatgläser ===
+  * [[https://de.wikipedia.org/wiki/Alumosilicate|Alumosilikatgläser]]
+Glas kann, je nach chemischer Zusammensetzung, in verschiedene Glastypen eingeteilt werden, welche verschiedene Eigenschaften wie Verschmelzbarkeit mit Metallen und chemische Resistenz, aufweisen. Borosilikatgläser werden dabei grob aufgrund der Zusammensetzung von Oxiden in 6 verschiedene Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe ist die der Aluminosilikatgläser. In dieser Gruppe kann man wiederum zwischen zwei Kategorien unterscheiden:
+  * **Erdalkali-Aluminosilikatglas:** Bezeichnend für diesen Glastyp ist die Freiheit von Alkali-Oxiden und ein SiO2-Gehalt von 15–25 % bei einem Erdalkali-Gehalt von 15 %. Sehr hohe Transformationstemperaturen und Erweichungspunkte sind typische Merkmale. Die Haupt-Anwendungsfelder sind Glaskolben für Halogenlampen, Hochtemperatur-Glasthermometer und thermisch und elektrisch hoch belastbare Widerstände.
+  * **Alkali-Aluminosilikatglas:** Der AI2O3-Gehalt von Erdalkali-Aluminosilikatglas liegt typischerweise bei 10–35 % und der Alkaligehalt bei über 10 %. Der hohe Alkaligehalt bereitet das Glas für einen Ionenaustausch mit größeren Alkali-Ionen vor, um die Druckfestigkeit der Oberfläche zu verbessern. Aufgrund dieser Eigenschaft ist das Glas besonders geeignet für die Anwendung in Touch-Displays, Solarzellen und beschichtetem Sicherheitsglas. Hohe Umwandlungstemperaturen und ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel Härte und Resistenz gegen Kratzer, sind charakteristische Merkmale dieses Glastyps.[1] Bekannte Beispiele sind Gorillaglas (Einsatz vor allem in Bildschirmen von Smartphones) und Superfest aus dem in der DDR besonders bruchsichere Gläser für die Gastronomie hergestellt wurden.
+==== Gorilla-Glass-Vergleich ====
+  * [[https://techcountless.com/gorilla-glass-3-vs-3plus-vs-5-vs-6-vs-victus/|Gorilla Glass: 3 Vs 3+ Vs 5 Vs 6 Vs Victus | Drop Test, Scratch Test & Thickness]]
+... interessant, "Gorilla-Glass 3" ist am besten gegen Kratzer aber insgesamt ist "Gorilla-Glass Victus" das Beste.
+===== Festigkeitswerte =====
+  * [[https://www.schweizer-fn.de/festigkeit/festigkeitswerte/stahl/stahl_start.php|Stahlwerkstoffe - Festigkeitswerte]]
+  * Zugfestigkeit
+    * Baustahl (ST37): 360 MPa (N/mm²)
+    * [[https://de.wikipedia.org/wiki/Invar|Invar]]: 450–590 MPa (N/mm²)
+    * Stahl (ST52-3N): 510 MPa (N/mm²)
+    * Crom-Vanadium-Stahl (51CrV4): 1100 MPa (N/mm²)
+    * Stahlseil: 1770 MPa (N/mm²)
+===== Thermischer Ausdehnungskoeffizient =====
+<code>
+Längenausdehnungskoeffizient α bei 20 °C
+Reinmetalle (Elemente)
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Aluminium 								23,1
+Blei	 								28,9
+Eisen	 								11,8
+Nickel	 								13,0
+Gold	 								14,2
+Iridium 								7
+Kupfer	 								16,5
+Lithium 								58
+Magnesium 								24,8
+Natrium 								7,1
+Platin	 								8,8
+Silber	 								18,9
+Tantal	 								6,6
+Titan	 								8,6
+Wolfram 								4,5
+Zink	 								30,2
+Zinn	 								22,0
+Nichtmetalle und Halbmetalle (Elemente)
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Diamant 								1,18
+Germanium 								5,8
+Graphit 								1,9 bis 2,9
+weißer Phosphor								125
+rhombischer Schwefel							74
+Silizium								2,6
+Metalllegierungen
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Aluminiumbronze								15 bis 16
+Bronze									17,5
+„Indilatans Extra“ (Krupp) (36Ni,XX) bei 12 bis 100 °C			−0,04
+Invar									0,55 bis 1,2
+Konstantan (bei −191 bis 16 °C)						12,22
+Messing									18,4 bis 19,3
+Platin-Iridium								8,9
+Stahl									11 bis 13
+Baustoffe
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Beton 									12
+Holz (Eiche)								8
+Klinker (Hartbrandziegel)						2,8 bis 4,8
+Ziegelstein		 						5
+Kunststoffe
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Weichgummi								17 bis 28
+Hartgummi								80
+Polyamid (PA)								60 bis 150
+Polycarbonat (PC)							60 bis 70
+Polyethylen (HD-PE)							150 bis 200
+Polypropylen (PP)							100 bis 200
+Polyoxymethylen (POM)							70 bis 130
+Polytetrafluorethylen (PTFE)						100 bis 160
+Polyvinylchlorid (Hart-PVC)						70 bis 100
+Polymethylmethacrylat (PMMA, Plexiglas)					75 bis 80
+Glas und Keramik
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Borosilikatglas								3,3
+Deutsches Einschmelzglas (für Verbindungen mit Platin oder Invar)	9,0
+Duranglas/ Pyrexglas							3,6
+Emaille (Emaillebeschichtungen)						8,0 bis 9,5
+Fensterglas								10
+Jenaer Geräteglas „Nr.20“						4,8
+Porzellan, Berliner							4 bis 6
+Porzellan, Meißner							3 bis 5
+Quarzglas (Siliziumdioxid; 0 … 600 °C)					0,54
+Technische Keramik							2 bis 13
+Zerodur (Glaskeramik)							0 ± 0,007
+Chemische Verbindungen
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+Aluminiumoxid, kristallin (Korund)					5,6 bis 7,0
+Eis (−5 °C bis 0 °C)							51 bis 71
+Glimmer (Magnesiumsilikat)						13,5
+Magnesiumoxid								13,1
+Siliziumdioxid (Quarz)							12 bis 16
+Temperaturabhängigkeit für Feststoffe
+Bezeichnung 								α in 10−6 K−1
+bis 100 °C 	0 bis 200 °C
+Aluminium (rein) 							23,9 	24,6
+Grauguß 								10,4 	11,1
+technisches Glas 							6,0 	6,5
+Messing 								18,3 	19,3
+Stahl (bis 0,5 %C) 							11,0 	12,0
+</code>
+===== Die Elemente, die man überall auf der Erde findet (ubiquitäre Elemente) =====
+Die Elemente, die man überall auf der Erde findet (ubiquitäre Elemente), sind jene, die in allen großen Erdsystemen - Erdkruste, Atmosphäre, Ozeane und Biosphäre - in messbaren Mengen vorkommen. Diese Liste ist nach Ordnungszahlen sortiert:
+^ Ordnungszahl  ^ Element      ^ Symbol  ^ Häufigkeit Erdkruste (ppm)  ^ Vorkommen                                              ^
+|             1 | Wasserstoff  | H       | 1.400                       | Wasser, Atmosphäre, organische Materie                 |
+|             6 | Kohlenstoff  | C       | 200                         | CO₂ in Atmosphäre, Carbonate, organische Verbindungen  |
+|             7 | Stickstoff   | N       | 19                          | Atmosphäre (78%), organische Verbindungen              |
+|             8 | Sauerstoff   | O       | 460.000                     | Häufigstes Element in Erdkruste, Atmosphäre, Wasser    |
+|            11 | Natrium      | Na      | 24.000                      | Meerwasser, Salze, Silicate                            |
+|            12 | Magnesium    | Mg      | 23.000                      | Silicate, Carbonate, Meerwasser                        |
+|            13 | Aluminium    | Al      | 82.000                      | Dritthäufigstes Element, Alumosilicate                 |
+|            14 | Silicium     | Si      | 280.000                     | Zweithäufigstes Element, Silicatminerale               |
+|            15 | Phosphor     | P       | 1.100                       | Apatit, biologische Systeme                            |
+|            16 | Schwefel     | S       | 350                         | Sulfide, Sulfate, biologische Systeme                  |
+|            17 | Chlor        | Cl      | 150                         | Meerwasser, Halit, biologische Systeme                 |
+|            19 | Kalium       | K       | 21.000                      | Feldspatminerale, biologische Systeme                  |
+|            20 | Calcium      | Ca      | 42.000                      | Carbonate, Silicate, biologische Systeme               |
+|            26 | Eisen        | Fe      | 56.000                      | Oxide, Sulfide, biologische Systeme                    |