Um ein Fahrrad, Auto oder Flugzeug zu bauen, braucht man viele Teile, die aus unterschiedlichsten Stoffen bestehen müssen. Die Suche nach den besten Werkstoffen war schon immer das Anliegen der Menschen. Das gestaltete sich wohl nicht immer so aufwendig, wie es heute scheint. Aber man muss alles an den Möglichkeiten der jeweiligen Zeit messen. Die Menschen waren schon immer dem High-Tec verbunden. Man kann sogar ohne Übertreibung sagen: Der Aufstieg der Menschheit ist eng mit der Herstellung von Werkstoffen verbunden. Herstellung bedeutet auch Handel: So gab es zur Steinzeit in Europa ausgedehnte Handelswege für das Wirtschaftsgut Feuerstein!

Die Menschheit hat zunächst einmal alle möglichen Stoffe, die die Natur bietet, auf ihre Eignung hinsichtlich Werkgebrauchs geprüft und viele davon für gut befunden.
Die ersten Werkstoffe waren wohl aber hauptsächlich biologischen Ursprungs: Man nutzte Holz, Knochen und Horn. Zum Zerlegen benötigten die Menschen harte Gegenstände aus Stein.
Es folgte die Steinzeit mit teilweise hochspezialisierten Werkzeugen aus Feuerstein oder aus besonders zähen Steinen wie dem Gneis.

 
Steinwerkzeuge aus Feuerstein und Gneis
(Fotos: Wenzel, Blume)

Außerdem stellten die Menschen (wohl eher zufällig) Keramiken aus gebranntem Ton her.
In der Bronzezeit und Eisenzeit stand der Gebrauch von Metallen im Mittelpunkt. Mit dem 20. Jahrhundert brach das Kunststoffzeitalter an. Heute spricht vieles dafür, dass wir am Anfang eines Keramik-Zeitalters stehen.

Welcher Werkstoff ist geeignet?
Die Nutzung von Naturstoffen hat sich im Laufe der Zeit verändert:

- Knochen und Horn nutzt man höchstens noch als Knopfmaterial oder für Kämme.
- Holz jedoch ist immer noch der natürliche Wohlfühl-Werkstoff schlechthin. Es ist wärmespeichernd; leider brennt es leicht. Holz ist biegsam, dabei aber (verglichen mit anderen Werkstoffen) nicht sonderlich fest. Holz wird durch Feuchtigkeit und Pilze angegriffen.
- Töpferkeramik brennt nicht, ist schwer und spröde.
- Massenmetalle wie Eisen oder Kupfer sind nicht nur in der Hitze formbar, aber sie korrodieren leicht.

Trotz aller Nachteile nutzen wir solche Werkstoffe immer noch. Denn durch moderne Methoden hat man gelernt, die schlechten Eigenschaften einiger Werkstoffe zu mindern. Zum Beispiel kann man die Qualität von Holz durch Auswahl der richtigen Sorte sowie durch Verkleben und Versiegeln beträchtlich steigern. Der Mensch ist aber nicht leicht zufrieden zu stellen. Er möchte die Welt nach seinen Wünschen und Bedürfnissen gestalten.

Metalle mischt man hierzu mit anderen Elementen. Aus dem weichen Kupfer und dem weichen Zinn mischte man die harte Bronze. Eisen wird durch Zumischung von Kohlenstoff zum Stahl. Gibt man noch andere Metalle wie Molybdän, Wolfram oder Chrom hinzu, erhält man superharte Legierungen, die zum Beispiel in extrem heißen Turbinen Verwendung finden. Sagenhaft ist auch das Titan, aus dem man hoch belastete und zugleich relativ leichte Flugzeugteile baut.

Mit der Erfindung der Kunststoffe ließ sich endlich alles nach der menschlichen Planung konstruieren. Es gibt weiche Kunststoffe, mit denen man sich selbst regulierende Kissen füllt, und harte, aus denen man schussfeste Westen baut. Manche Kunststoffe saugen begierig als Superabsorber in Windeln Wasser auf, andere wirken wasserabweisend. Einige sind elastisch wie Gummi, andere sind extrem fest. Was wäre die Formel I der Rennwagen ohne die Carbonfasern?

Man hat sogar die Keramiken wiederentdeckt. Moderne Superkeramiken sind so hart, dass das härteste natürliche Material, der Diamant, sie nicht zu ritzen vermag. Werkstücke, die aus ihnen gemacht werden, sind hitzebeständiger als Stahl.

Die Siegerin in der Qualität von Werkstoffen ist und bleibt aber bislang die Natur: Die Fäden der Spinnen sind stabiler als Stahlseile! Wie stark ist ein Grashalm im Vergleich zu einem Fernsehturm! Die Natur hat vor allem eines gelernt: Den Umgang mit exakt den Anforderungen angepassten Verbundstoffen. Die Festigkeit einer Muschelschale aus Proteinen, Kohlenhydraten und Calciumcarbonatlamellen ist unübertroffen. Oder denken Sie an Holz, den bekannten Verbundstoff aus fasriger Cellulose und voluminösem Lignin. Das Prinzip erinnert an Stahlbeton. Nur ist Holz vor allem im belasteten Wurzelbereich viel zäher.

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Wurzelbereich vom Silberblatt (Foto: Daggi)

Aber die Menschen arbeiten schon daran, auch das alles nachzuahmen... Dafür gibt es sogar schon einen Wissenschaftszweig, die Adaptronik oder Biomimetik. Sie umfasst den Nachbau natürlicher Strukturen. Dazu kommen neuerdings die Nano-Chemie bzw. Nano-Technologie. Mit denen kann man die molekularen Strukturen der Werkstoffe noch gezielter beeinflussen, so dass die Möglichkeiten der Werkstoffchemie anscheinend unbegrenzt geworden sind.

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