Michael Scheffler ist Inhaber des Lehrstuhls für Materialwissenschaften an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Er lehrt Materialwissenschaften für Hauptfachstudenten sowie für Nebenfachstudenten. Darüber hinaus organisiert er regelmäßige Karriereworkshops für Nachwuchswissenschaftler.

EINFÜHRUNG
Historische Aspekte
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Warum beschäftigen wir uns mit Materialwissenschaft und Werkstofftechnik?
Klassifizierung von Werkstoffen
Hochleistungswerkstoffe/innovative Werkstoffe
Der Bedarf an neuen Werkstoffen
Die Beziehung zwischen Herstellung, Struktur, Eigenschaften und Anwendung

ATOMBAU UND CHEMISCHE BINDUNG
Einführung
Grundlagen
Elektronen im Atom
Das Periodensystem der Elemente
Bindungskräfte und Energie
Hauptvalenzbindungen
Nebenvalenzbindungen, Van-der-Waals-Bindungen
Moleküle

DIE STRUKTUR KRISTALLINER FESTKÖRPER
Einführung
Grundlagen
Elementarzellen
Kristallstrukturen von Metallen
Berechnung der Dichte
Polymorphie und Allotropie
Kristallsysteme
Punktkoordinaten
Kristallografische Richtungen
Kristallografische Ebenen
Lineare und planare Dichte
Dichtest gepackte Kristallstrukturen
Einkristalle
Polykristalline Werkstoffe
Anisotropie
Die Bestimmung von Kristallstrukturen mit Röntgenstrahlung
Nichtkristalline Festkörper

FEHLSTELLEN IN FESTKÖRPERN
Einleitung
Leerstellen und Zwischengitteratome
Fremdatome in Feststoffen
Angabe der Zusammensetzung
Versetzungen - Liniendefekte
Flächendefekte
Volumendefekte
Atomschwingungen
Grundlagen der Mikroskopie
Mikroskopische Untersuchungsmethoden
Korngrößenbestimmung

DIFFUSION
Einführung
Diffusionsmechanismen
Stationäre Diffusion
Nichtstationäre Diffusion
Faktoren, die den Diffusionsprozess beeinflussen
Diffusion in Halbleiterwerkstoffen
Andere Diffusionswege

MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN METALLISCHER WERKSTOFFE
Einleitung
Spannung und Dehnung
Spannungs-Dehnungs-Verhalten
Anelastizität
Elastische Eigenschaften von Werkstoffen
Verhalten unter Zugbelastung
Wahre Spannung und wahre Dehnung
Elastische Erholung nach plastischer Verformung
Druck-, Scher- und Torsionsverformungen
Härte
Streuung von Werkstoffeigenschaften
Auslegungs- und Sicherheitsaspekte

VERSETZUNGEN UND VERFESTIGUNGSMECHANISMEN
Einleitung
Grundlagen
Eigenschaften von Versetzungen
Gleitsysteme
Gleiten in Einkristallen
Plastische Verformung von polykristallinen Werkstoffen
Verformung durch Zwillingsbildung
Verfestigung durch Verringerung der Korngröße
Mischkristallverfestigung
Kaltverfestigung
Erholung
Rekristallisation
Kornwachstum

WERKSTOFFVERSAGEN
Einführung
Grundlagen
Duktiler Bruch
Sprödbruch
Grundzüge der Bruchmechanik
Prüfung der Bruchzähigkeit
Zyklische Beanspruchung
Die Wöhler-(S-N-)Kurve
Risseinleitung und -ausbreitung
Ermüdungsbeständigkeit - Einflussfaktoren
Umgebungseinflüsse
Allgemeine Beschreibung des Kriechverhaltens
Auswirkungen von Spannung und Temperatur
Extrapolationsverfahren für Daten zur Beschreibung des Kriechverhaltens
Legierungen für den Einsatz bei hohen Temperaturen

PHASENDIAGRAMME
Einleitung
Löslichkeitsgrenze
Phasen
Mikrostruktur
Phasengleichgewicht
Einkomponenten-Phasendiagramme
Binäre isomorphe Systeme
Interpretation von Phasendiagrammen
Entstehung der Mikrostruktur in isomorphen Legierungen
Mechanische Eigenschaften isomorpher Legierungen
Binäre eutektische Systeme
Entstehung der Mikrostruktur in eutektischen Legierungen
Gleichgewichtsdiagramme mit intermediären Phasen oder Verbindungen
Eutektoide und peritektische Reaktionen
Kongruente Phasenumwandlungen
Phasendiagramme für Keramiken, ternäre Phasendiagramme
Die Gibbs'sche Phasenregel
Das Eisen-Kohlenstoff-Phasendiagramm
Enstehung der Mikrostruktur von Stählen
Der Einfluss weiterer Legierungselemente

PHASENÜBERGÄNGE: BILDUNG VON MIKROSTRUKTUREN UND DIE ÄNDERUNG MECHANISCHER EIGENSCHAFTEN
Einführung
Grundlagen
Kinetik der Phasenumwandlungen
Metastabile Zustände - Gleichgewichtszustände
Isotherme Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramme (ZTU-Diagramme)
ZTU-Diagramme für kontinuierliche Abkühlung
Mechanische Eigenschaften von Stählen
Anlassgefüge
Überblick über die Phasenumwandlungen und mechanischen Eigenschaften von unlegierten Stählen

VERARBEITUNG UND VERWENDUNG VON METALLISCHEN WERKSTOFFEN
Einleitung
Eisenwerkstoffe
Nichteisenlegierungen
Formgebung durch Gießverfahren
Formgebung durch Umformverfahren
Weitere Fertigungsmethoden
Glühverfahren
Härten von Stählen
Ausscheidungshärtung

STRUKTUR UND EIGENSCHAFTEN VON KERAMIKEN
Einführung
Kristallstrukturen
Silikatkeramiken
Kohlenstoff
Fehlordnungen in Keramiken
Diffusion in ionischen Werkstoffen
Phasendiagramme keramischer Systeme
Sprödbruch
Spannungs-Dehnungs-Verhalten
Mechanismus der plastischen Verformung
Sonstige mechanische Aspekte

HERSTELLUNG, VERARBEITUNG UND VERWENDUNG VON KERAMIKEN UND VON GLÄSERN
Einführung
Gläser
Glaskeramiken
Tonwerkstoffe
Feuerfestwerkstoffe
Schleifmittel
Zemente und Betone
Technische Keramiken (Hochleistungskeramiken)
Herstellung und Verarbeitung von Gläsern und Glaskeramiken
Herstellung und Verarbeitung von Tonprodukten
Pulverpressen
Foliengießen
Sonstiges

POLYMERSTRUKTUREN
Einführung
Kohlenwasserstoffe
Polymermoleküle
Die Chemie der Polymermoleküle
Die Molmasse
Die Molekülform
Die Molekülstruktur
Die Molekülkonfiguration
Thermoplaste und Duroplaste
Copolymere
Kristallinität von Polymeren
Polymerkristalle
Fehlstellen in Polymeren
Diffusion in Polymeren

POLYMERE: EIGENSCHAFTEN, VERARBEITUNG UND VERWENDUNG
Einführung
Spannungs-Dehnungs-Verhalten
Makroskopische Deformation
Viskoelastische Deformation
Bruchverhalten von Polymeren
Weitere mechanische Eigenschaften
Deformation teilkristalliner Polymere
Faktoren, die die mechanischen Eigenschaften teilkristalliner Polymere beeinflussen
Deformation von Elastomeren
Kristallisation
Schmelzen
Der Glasübergang
Schmelz- und Glasübergangstemperatur
Schmelz- und Glasübergangstemperatur beeinflussende Faktoren
Plaste (Plastomere und Duromere)
Elaste (Elastomere)
Fasern
Sonstige Anwendungen
Besondere Polymerwerkstoffe
Polymerisation
Polymeradditive
Formgebungstechnologien für Polymere
Verarbeitung von Elastomeren
Herstellung von Fasern und Folien

VERBUNDWERKSTOFFE
Einführung
Verbundwerkstoffe mit großen Partikeln (Teilchenverbunde)
Dispersionsverstärkte Komposite
Einfluss der Faserlänge
Einfluss der Orientierung und des Volumenanteils der Fasern
Fasern - Die Verstärkungsphase
Die Matrixphase
Verbundwerkstoffe mit Polymermatrix
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe
Verbundwerkstoffe mit keramischer Matrix
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe
Hybride Verbundwerkstoffe
Verarbeitung von faserverstärkten Verbundwerkstoffen
Schichtverbundwerkstoffe
Sandwich-Strukturen

KORROSION UND DEGRADATION VON WERKSTOFFEN
Einführung
Elektrochemische Betrachtungen
Korrosionsgeschwindigkeiten
Vorhersage von Korrosionsraten
Passivierung
Umgebungseinflüsse
Formen der Korrosion
Korrosive Umgebungen
Korrosionsschutz
Oxidation
Quellen und Auflösen von Polymeren
Bindungsbruch
Verwitterung

ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN
Einführung
Das Ohm'sche Gesetz
Die elektrische Leitfähigkeit
Elektronen- und Ionenleitung
Die Bänderstruktur der Energieniveaus in Festkörpern
Leitungsvorgänge aus der Sicht des Bändermodells und der Atombindung
Elektronenmobilität
Der spezifische Widerstand von Metallen
Elektrische Eigenschaften von Legierungen für den industriellen Einsatz
Eigenhalbleitung
Störstellenhalbleitung
Temperaturabhängigkeit der Ladungsträgerdichte
Beeinflussung der Ladungsträgermobilität
Der Hall-Effekt
Halbleiterbauelemente
Leitungsvorgänge in ionischen Werkstoffen
Elektrische Eigenschaften von Polymeren
Die Kapazität
Feldvektoren und Polarisation
Arten der Polarisation
Die Frequenzabhängigkeit der Dielektrizitätszahl
Dielektrische Festigkeit
Dielektrische Werkstoffe
Ferroelektrizität
Piezoelektrizität

THERMISCHE EIGENSCHAFTEN
Einführung
Wärmekapazität
Thermische Ausdehnung
Wärmeleitfähigkeit
Thermische Spannungen

MAGNETISCHE EIGENSCHAFTEN
Einführung
Grundlagen des Magnetismus
Diamagnetismus und Paramagnetismus
Ferromagnetismus
Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus
Einfluss der Temperatur auf das magnetische Verhalten
Domänen und Hysterese
Magnetische Anisotropie
Weichmagnetische Werkstoffe
Hartmagnetische Werkstoffe
Magnetspeicher
Supraleitung

OPTISCHE EIGENSCHAFTEN
Einführung
Elektromagnetische Strahlung
Die Wechselwirkung von Licht mit Festkörpern
Wechselwirkungen mit Atomen und Elektronen
Brechung
Reflexion
Absorption
Transmission
Farbe
Opazität und Transluzenz von Isolatoren
Lumineszenz
Fotoleitung
Laser
Lichtwellenleiter in der Kommunikationstechnik

ÖKONOMISCHE, ÖKOLOGISCHE- UND GESELLSCHAFTLICHE ASPEKTE VON MATERIALWISSENSCHAFT
UND WERKSTOFFTECHNIK
Einführung
Bauteilauslegung
Werkstoffe
Herstellungsverfahren
Überlegungen zum Recycling in Materialwissenschaft und Werkstofftechnik