Was ist Materialprüfung?

Was ist eine Materialanalyse?

Eine Materialanalyse – auch als Materialprüfung bezeichnet – ist der wissenschaftliche Prozess zur Bewertung der physikalischen und chemischen Eigenschaften eines bestimmten Produkts, Bauteils oder Rohstoffs. Eine Materialanalyse ermöglicht eine vollständige Aufschlüsselung der Zusammensetzung einer Probe, einschließlich aller chemischen Verbindungen, synthetischen Materialien und weiterer Substanzen sowie deren exakter Konzentrationen. 

Neben der Identifizierung von Materialien und der Messung ihrer Konzentrationen in einem bestimmten Artikel oder einer Probe kann die Materialprüfung auch Eigenschaften und Leistung bewerten. Zu den physikalischen Eigenschaften, die im Rahmen einer Materialanalyse geprüft werden können, zählen Festigkeit, Widerstand, Elastizität, Zähigkeit und Reibung. (Die Prüfvorgaben variieren stark zwischen Branchen, OEMs und Proben und werden häufig individuell auf die Anforderungen des Kunden zugeschnitten.)

Die grundlegendste Form der Materialanalyse untersucht die Zusammensetzung eines Produkts, Bauteils oder einer Probe auf granularer, teilweise sogar mikroskopischer oder nanotechnologischer Ebene. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl weiterer Prüfverfahren, die auf bestimmte Hersteller und Branchen zugeschnitten sind. Zu den gebräuchlichen Prüfarten zählen die mechanische Prüfung, bei der die Reaktionen der physikalischen Eigenschaften einer Probe auf bestimmte Einwirkungen und Bedingungen untersucht werden, die thermische Prüfung zur Bewertung von Leistung und Beständigkeit unter wechselnden Temperaturen sowie Tests zur biologischen Zersetzung, in denen die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegenüber Korrosion, Strahlung und Abbau analysiert wird.  

Was sind die Hauptgründe für Materialprüfungen?

Es gibt mehrere wichtige Gründe, warum ein Hersteller eine Materialanalyse für seine Produkte oder Bauteile durchführen möchte. 

• OEMs, die Produkte herstellen, die unter Umweltvorschriften fallen, müssen oft die genaue chemische Zusammensetzung ihrer Waren kennen. In solchen Fällen stellt die Produktprüfung sicher, dass die enthaltenen reglementierten Chemikalien bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten und das Produkt gesetzeskonform ist. 

• Unternehmen der Lebensmittel- und Getränkeindustrie müssen regelmäßige Produktprüfungen durchführen, um zu gewährleisten, dass ihre Waren für den Verzehr sicher sind und nicht durch schädliche Substanzen oder toxische Verunreinigungen verfälscht wurden. Zudem sind diese Unternehmen gesetzlich verpflichtet, die Produktintegrität zu wahren und die Verpackung korrekt zu kennzeichnen – häufig müssen solche Maßnahmen durch eine unabhängige chemische Analyse validiert werden.

• Verschiedene Branchen sind berufsbedingt verpflichtet, bestimmte Reinheitsgrade in ihren Produkten einzuhalten. Im Pharmabereich müssen zum Beispiel regelmäßige Analysen und Reinheitsprüfungen durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass Medikamente nicht durch Verunreinigungen oder andere störende Stoffe beeinträchtigt werden. Reinheitsprüfungen sind auch in der Halbleiterfertigung entscheidend, da bereits geringste Verunreinigungen oder Rückstände in Prozesschemikalien die Qualität, Leistung und den Ertrag deutlich beeinflussen können. 

In welchen Branchen werden Materialprüfungen durchgeführt?

Materialprüfungen sind nicht auf einen oder wenige Sektoren beschränkt. Da sie die einzige verlässliche Methode darstellen, um sämtliche Substanzen in einer Ware oder einem gefertigten Produkt aufzudecken, sind sie ein wesentlicher Bestandteil der Sorgfaltspflicht in einer Vielzahl von Branchen. 

• Chemie
• Halbleiter
• Pharmazeutika
• Lebensmittel und Getränke
• Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung
• Automobilindustrie
• Bauwesen
• Erneuerbare Energien
• Beauty und Kosmetik

Wer führt Materialprüfungen durch?

Materialprüfungen werden in der Regel von Prüflaboren und Qualitätssicherungsunternehmen durchgeführt, die auf die Bewertung von Produkten, Bauteilen und Materialien spezialisiert sind. Diese Unternehmen übernehmen zahlreiche unterschiedliche Analysen, darunter Untersuchungen der chemischen Zusammensetzung, Haltbarkeit und Leistung sowie Reinheits- und Kontaminationsprüfungen. 

Große multinationale Testunternehmen wie Intertek verfügen über die Kapazitäten, das Fachwissen und den Umfang, Materialprüfungen für eine breite Palette von Branchen anzubieten. Weitere bedeutende Unternehmen der Prüf- und Qualitätssicherung sind SGS, Bureau Veritas und Eurofins Scientific. 

Daneben gibt es auch kleinere, spezialisierte Dienstleister, die sich ausschließlich auf Materialtests für bestimmte Branchen konzentrieren. Besonders im Luft- und Raumfahrtsektor, wo die Leistung und Zuverlässigkeit von Komponenten entscheidend sind und Fehlfunktionen katastrophale Folgen haben können, sind zahlreiche Experten für Prüfung und Verifikation großer OEMs erforderlich. 

Was sind die gängigsten Methoden der Materialanalyse?

Materialprüfungen unterscheiden sich erheblich zwischen Branchen, und die jeweils angewandte Methode hängt davon ab, welcher Test vom Labor beauftragt wurde (mechanisch, thermisch, chemische Zusammensetzung usw.). Für Hersteller, die sich für die physikalischen Eigenschaften, die Qualität und die Reinheit ihrer Produkte interessieren, gibt es mehrere weit verbreitete Analysetechniken. 

• Mikroskopische Prüfung: Wie der Name vermuten lässt, nutzt diese Analysemethode Mikroskoptechnologie, um die Struktur und Zusammensetzung von Proben auf mikro- und nanotechnologischer Ebene zu untersuchen. Gängige mikroskopische Verfahren sind die optische Mikroskopie, Rasterkraftmikroskopie (AFM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). Mikroskopische Prüfungen kommen in der Nanotechnologie, Materialwissenschaft, Umweltanalyse, Forensik und Mikrobiologie umfassend zum Einsatz.

• Immunoassay: Dieser chemische Test weist kleine Moleküle in einer Probe nach und misst sie, darunter Proteine, Hormone und andere Analyte. Immunoassays sind effektive Testmethoden im Bereich medizinische Diagnostik, Pharmazeutika sowie Lebensmittel und Getränke. 

• Elektrochemische Analyse: Bei dieser Testmethode werden elektrische Stimuli eingesetzt, um die chemische Reaktivität einer Lösung, eines Materials oder einer Probe zu bestimmen. Die elektrochemische Analyse misst die Oxidations- und Reduktionsreaktionsraten – auch als „Redox“-Reaktionen bekannt –, die Aufschluss über chemische Zusammensetzung, Konzentrationen und Abbauverhalten der Proben geben. Diese Tests werden häufig zur Untersuchung von Korrosion, Verschleiß und Ausfallmechanismen während der Materialauswahl und in anderen Prozessen, beispielsweise im Batterie-, Mineralien- oder Pharmasektor, eingesetzt. 

Was ist der Unterschied zwischen Qualitätssicherung und Materialprüfung?

Qualitätssicherung und Materialprüfung sind zwei Bereiche und Prozesse, die sich zwar stark überschneiden, aber keineswegs deckungsgleich sind. Qualitätssicherung (QA) umfasst alle Praktiken und Verfahren, mit denen sichergestellt wird, dass ein Produkt oder eine Dienstleistung fortlaufend einen bestimmten Qualitätsmaßstab erfüllt oder übertrifft. Laut der International Organization for Standardization, einer der prägendsten Entwickler weltweit anerkannter QA-Standards, ist „das Hauptziel der QA, das Risiko von Mängeln zu vermindern – und insbesondere Fehler so früh wie möglich in der Wertschöpfungskette zu identifizieren“. 

Während QA typischerweise viele Aspekte der Unternehmensabläufe und Fertigungsprozesse umfasst, ist die Materialprüfung eine einzelne, spezifische Maßnahme zur Bewertung von Qualität, Inhalt und Leistung. Aufgrund dieses Unterschieds im Umfang lässt sich sagen, dass die Materialanalyse ein wesentlicher, ja unverzichtbarer Bestandteil der Qualitätssicherung ist. Die besten und umfassendsten QA-Programme greifen oft auf eine oder mehrere Formen der Materialprüfung zurück, um einen hohen Qualitätsstandard ihrer Produkte sicherzustellen und Mängel oder gefährdende Faktoren zu minimieren.