Material ist ein Sammelbegriff. Er gilt für die Substanzen, die Stoffe, aus denen Dinge gemacht werden, beziehungsweise gemacht wurden. Der biblischen Geschichte nach, stellte Eva aus dem Naturmaterial Feigenblatt das allererste Kleidungsstück her. Stein für Faustkeile in der Urzeit, Bronze der Bronzezeit, Polyamid-Kunststoffe für 3-Drucker sind nur drei Beispiele für die Materialvielfalt der Menschheitsgeschichte.
Unsere Welt ist voller Materialien. In der ursprünglichsten Form sind es vor allem die nachwachsenden Rohstoffe, die Bodenschätze, das Wasser und Tiermaterialien. Durch Be- und Verarbeitung entstehen daraus Grundmaterialien, Hilfsmaterialien, Rohmaterialien, Arbeitsmaterialien. Weil der Mensch damit arbeitet, schafft, wirkt und werkt gelten viele Stoffe auch als Werkstoffe. Der lateinische Wortstamm „materia“ deutet auf greifbare Materie hin. Heutzutage gehören auch Datenmaterial, Akten, Literatur und andere immaterielle Grundlagen dazu.
Materialwissen
Erstes Wissen in der Materialbearbeitung entstand tun und lernen, also Erfahrung. Ganze Epochen der Menschheitsgeschichte wurden nach den fortschrittlichsten Werkzeugmaterialien als Steinzeit, Bronze- und Eisenzeit benannt. Heute steht der primär verwendete Werkstoff im Namen von Industriezweigen und Branchen wie Lebensmittelindustrie, Textilindustrie und metallverarbeitenden Industrie. Darüber hinaus beschäftigen sich mehrere Bereich und Disziplinen von Wirtschaft und Wissenschaft mit Aspekten rund ums Material.
Material und Wissenschaft
Aus naturwissenschaftlicher Sicht erforschen Materialwissenschaftler Eigenschaften, Struktur und Herstellung von Materialien. Ingenieurwissenschaftler der Werkstofftechnik entwickeln vor allem Werkstoffe und Verarbeitungsverfahren. Es sind interdisziplinäre Wissenschaften und beide Wissenschaftsdisziplinen sind eng miteinander verknüpft. Zu den Ergebnissen ihrer Arbeit gehören ganz neue Materialien, Materialverbunde sowie Technologien, von denen viele Anwender profitieren.
Materialwirtschaft
Um die kaufmännische und logistische Seite des Materialverbrauchs und Einsatzes kümmert sich die Materialwirtschaft. Diese schlüsselt unter anderem Materialkosten auf und unterscheidet dabei zwischen Primärmaterialien und Sekundärmaterialien. Außerdem organisiert sie die Materialbestellung und den Materialfluss im Produktionsprozess, gegebenenfalls auch das Materialrecycling.
Materialverarbeitung
In der Praxis wird das Material aus der Natur entnommen, verarbeitet und bearbeitet. Seit die Urmenschen mit primitiver Handarbeit begannen, haben sich die Herstellungsprozesse stetig verändert und entwickeln sich weiter. Noch immer werden Produkte von Hand hergestellt, privat, im Handwerk und im Kunsthandwerk beispielsweise. Den krassen Gegensatz bilden vollautomatisierte Prozesse der Materialbearbeitung, wo der Mensch lediglich steuernd eingreift.
Materialverarbeitung lässt sich allgemein mit dem Aufbereiten, Verändern und Veredeln natürlicher Rohstoffe beschreiben. Dabei kann das Ausgangsmaterial komplett verändert oder auch nur an der Oberfläche bearbeitet werden. Materialien lassen sich durch verschiedene Techniken und Methoden verarbeiten, beziehungsweise bearbeiten. Grob gegliedert gehören umformen, trennen und zusammenfügen dazu aber auch Oberflächenbearbeitung wie gravieren.
Egal ob Primärmaterial oder Hilfsmaterial, Material geht immer vollständig in dem Erzeugnis auf, kann also nur einmal eingesetzt werden. Dabei kann es durchaus als Ausgangsmaterial für ein weiteres Material dienen. So ergibt das Rohmaterial Eisen zusammen mit weiteren Stoffen eine Eisenlegierung wie Werkzeugstahl oder Edelstahl. Diese wiederum sind Produktionsmaterialien für metallverarbeitende Betriebe. Aus einem einzigen Werkstoff kann ein fertiges Produkt entstehen, etwa eine Schnitzfigur aus einem Holzstück. Andererseits können viele Materialsorten in ein Zwischenprodukt oder Endprodukt übergehen. So wird aus dem Rohstoff „Tierhaare“ Wolle. Diese kann direkt zu einem Schal gestrickt werden oder es bildet mit anderen Fasern zusammen ein Mischgewebe für Textilien. Ähnliches gilt für Erdöl, Pflanzenfasern und andere Rohstoffe.
Materialklassifizierung
Materialwissenschaftler und Werkstoffkundler teilen Materialien in verschiedene Werkstoff- beziehungsweise Materialklassen ein. Die Klassifizierung erfolgt nach unterschiedlichen Kriterien wie der stofflichen Zusammensetzung, Anwendungsgebieten oder Eigenschaften. Allgemein lassen sich Materialien in metallisch, anorganisch nichtmetallisch und organisch einteilen. Diese Gliederung trifft auf natürlich vorkommende Materialien wie Holz, Stein und Aluminium zu, aber auch auf künstlich hergestellte Materialien wie Polymere, Keramik und Glas.
Weitere Klassifizierungsmerkmale ergeben sich aus Materialeigenschaften, die für bestimme Anwendungen wichtig sind. Dazu gehören physikalische Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit, Dehnbarkeit und Härte sein. Andere Kriterien sind chemische Eigenschaften wie die Brennbarkeit und psychologische Stoffeigenschaften wie Geruch und Geschmack. Auf diese Weise entsteht eine Vielzahl von Materialklassen für alle denkbaren Fertigungsbereiche.
Beispiele für Materialklassen und deren Untergruppen
Metallische Rohstoffe
Metallische Rohstoffe sind Erze, Reinmetalle und Legierungen. Grob wird dabei zwischen Nichteisen- und Eisenmetallen unterschieden. Aus dem Rohmaterial Eisenerz entstehen Gusseisen und Stähle wie Edelstahl und Werkzeugstahl, die als Material für Stahlbleche, Stahlband, verzinkten Stahl und so weiter dienen. Bei den Nichteisenmetallen finden sich Buntmetalle und Edelmetalle, die meist als Legierung verarbeitet werden. Aluminium ist das Material für Alufolie, aus Zink und Kupfer entsteht Bronze, Gold wird unter anderem als Weißgold und Silber als Sterlingsilber verwendet.
Anorganische Materialien
Aus der Vielzahl der anorganisch-nichtmetallischen Rohstoffe ergeben sich zahlreiche Materialklassen. Eine große Gruppe bilden Steine. Gewaltige Findlinge, Lesesteine, Felsblöcke, Flusskiesel sind Natursteine, während Betonpflastersteine, und Ziegelsteine von Menschenhand gemacht sind. Unter den Gesteinsarten werden beispielsweise Graphit, Gips, und Granit als Material genutzt. Weitere anorganische Stoffe sind natürlich vorkommende Silikate und Quarze wie Tonmineralien. Aus solchen Materialien stellen Menschen schon seit Jahrhunderten Keramik und Glas her. Es sind Grundmaterialien für viele Erzeugnisse der Grob- und Feinkeramik und der Glasherstellung.
Organisches Material
Vielfalt herrscht vor allem bei den organischen Materialien, also Substanzen, die Kohlenstoffverbindungen enthalten. Sie können von Pflanzen oder Tieren stammen. Schon zur Zeit der Menschwerdung dienten tierische und pflanzliche Stoffe als Rohstoff für Nahrung und Kleidung. Außerdem lieferte und liefert die Natur Biopolymere als Werkstoff für verschiedene Zwecke. Etwa natürlichen Asphalt, Baumharze wie Gummi und Bernstein. Noch heute bilden Pflanzenmaterialien und Tiermaterialien die Grundlage für zahlreiche Erzeugnisse. Zu den verfügbaren Naturmaterialien sind künstlich erzeugte Polymere gekommen. Dabei handelt es sich um, oft Plaste genannte, Kunststoffe mit den Untergruppen Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere.
Weitere Klassifizierungskriterien ergeben sich aus Eigenschaften, die für das Produkt oder den Produktionsprozess wichtig sind. Solche Merkmale können unter vielen anderen recyclingfähig, brennbar, magnetisch, gut wärmeleitend, kriechstromfest, wärmedämmend sein. Sich daraus ergebende Werkstoffgruppen sind Brennmaterial, Dämmmaterial, Elektroinstallationsmaterial …
Fazit
Die Liste der Materialien ist lang und gliedert sich in zahlreiche Materialgruppen. Darauf stehen Verbundwerkstoffe, Holzwerkstoffe wie Vollholz und Sperrholz, Schaumstoffe, Plexiglas, Federstahl und sehr viel mehr. Es sind die Stoffe, die allen Erzeugnissen und Endprodukte, zugrunde liegen. In der Verarbeitung und Materialbearbeitung werden viele Technologien und daraus resultierende Techniken angewendet.
