Material Science I

Generell behandelt Material Science (MS1 & MS2) alle Teilbereiche der Materialwissenschaften von den physikalischen und chemischen Grundlagen der Stoffe bzw. Werkstoffe bis hin zur Auswahl von Werkstoffen, ihrem konstruktionsgerechten Einsatz und der Charakterisierung von Bauteilen.
In MS1 werden die physikalisch-chemischen Grundlagen für ein tiefes Verständnis der Stoffstruktur gelegt, ohne die Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Härte, Duktilität, Sprödigkeit oder Anisotropie nicht verstanden werden können. Basierend auf den grundlegenden Wechselwirkungen in Festkörpern werden die Strukturen und deren Bestimmung mittels physikalischer Messmethoden vermittelt. Wichtige Aspekte von ausgesuchten Stoffklassen werden in bezug auf die anwendungstechnische Relevanz in den Materialwissenschaften hergeleitet und ihre Struktur-Eigenschaftsbeziehungen beleuchtet.
Einzelne Inhalte sind:
Einleitung: Bindungskräfte im Festkörper
1. Die atomare Struktur fester Stoffe (Kristallstrukturen, reziproker Raum, beugungs- und spektroskopische Methoden)
2. Stoffklassen (Metalle / Legierungen, Halbleiterverbindungen, Keramik, Oxide, Zeolithe, Polymere, Nanomaterialien)
3. Physikalische Eigenschaften der Werkstoffe auf atomarer Ebene (mechanische, thermische, elektrische, magnetische und optische Eigenschaften)

Nach der Teilnahme am Modul Material Science I verstehen die Studierenden den physikalischen und chemischen Aufbau von Stoffen auf atomarer Ebene und kennen Methoden um diesen zu untersuchen. Desweiteren sind sie in der Lage, die gebräuchlichsten Stoffklassen des Ingenieurswesens zu identifizieren und zu charakterisieren und die verschiedenen physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe zu definieren. Sie können die unterschiedlichen Stoffklassen in den Materialwissenschaften unterscheiden und Verbindungen aufgrund des erlernten Stoffumfangs einordnen. Durch die Verknüpfung der grundlegenden Aspekte des Atombaus, der chemischen Bindung und der stoffchemischen Inhalte werden die Studierenden in die Lage versetzt, chemische Fragestellungen zur Synthese, Reaktivität und Stabilität von Materialien selbstständig zu bearbeiten und zu bewerten. Nach dem Besuch der Veranstaltung Materials Science I haben die Studierenden einen Überblick über die Strukturchemie von Festkörpern und sind der Lage, Beziehungen zwischen Struktur und Symmetrie zu verstehen

Grundlagen in Mathematik, Physik und Chemie, die im 1. und 2. Semester des Studiengangs Ingenieurwissenschaften vermittelt worden sind: Mathematische Grundlagen 1 und 2, Physik 1 und 2 (Experimentalphysik 1 und 2), Chemie I und II (Einführung in die Chemie, Chemische Grundlagen der anorganischen und organischen Materalien)

Das Modul besteht aus einer Vorlesung und einer begleitenden Übungsveranstaltung. Die Inhalte der Vorlesung werden im Vortrag und Präsentationen vermittelt. Begleitend sollen die Studierenden ein Lehrbuch durcharbeiten, welches zur weiteren Vertiefung auch durch weitere Literatur ergänzt werden kann. In der Übung werden die Inhalte der Vorlesung in praktischen Versuchen veranschaulicht.

Die in der Vorlesung verwendten Medien setzen sich aus Präsentationen, Videos und Tafelaufschrieben zusammen. Studierende sollen zum Studium der Literatur und der inhaltlichen Auseinandersetzung mit den Themen angeregt werden

Als Lehrbuch begleitend zur Vorlesung: Callister, William D.:Materials Science and Engineering, 8th Ed., Wiley Desktop Edition 2010; zusätzlich: Askeland, Donald R., Materialwissenschaften, 1. Aufl., Spektrum Akandem. Verlag 2010 / The Science and Engineering of Materials, 5th Ed., Thomson Learning 2006 ; Roos, E. und Maile, K., Werkstoffe für Ingenieure, 3. Aufl., Springer-Verlag 2008; Chemischer Teil: Englische Literaur: A. Burrows, J. Holman, A. Parsons, G. Pilling, G. Price, Chemistry, Oxford University press 2009, ISBN 978-0-19-927789-6; C. E. Housecroft, E. Constable, Chemistry, Pearson Education Limited Harlow, 3rd edition 2006, ISBN 978-0-131-27567; P. Atkins, T. Overton, J. Rourke, M. Weller, F. Armstrong, Inorganic Chemistry, Oxford University press, 4th edition 2006, ISBN 978-0-19-926463-6; Deutsche Literatur: E. Riedel, Allgemeine und Anorganische Chemie, de Gruyter, 10. Auflage 2010, ISBN 978-3-11-022781-9; M. Binnewies, M. Jäckel, H. Willner, G. Rayner-Canham Allgemeine und Anorganische Chemie, Spektrum Akademische Verlag Heidelberg, 1. Auflage 2004, ISBN 3-8274-0208-5; U. Müller, Inorganic Structure Chemistry, Whiley,Second Edition, ISBN 978-0470018651

Die Prüfungsleistung wird schriftlich in Form einer 90 minütigen Klausur erbracht. In dieser soll nachgewiesen werden, dass in begrenzter Zeit und ohne Hilfsmittel ein Problem erkannt wird und Wege zu einer Lösung gefunden werden können. Die Prüfungsfragen gehen über den gesamten Vorlesungsstoff. Die Antworten erfordern teils eigene Berechnungen und Formulierungen teils Ankreuzen von vorgegebenen Mehrfachantworten.