Reaktoren sind zentrale Apparate zur Durchführung chemischer und physikalischer Umwandlungsprozesse unter definierten Temperatur-, Druck- und Strömungsbedingungen. In der Werkstofftechnik dienen sie zur Synthese, Modifikation und Verarbeitung von Metallen, Keramiken, Polymeren und Verbundwerkstoffen. Die konstruktive Auslegung eines Reaktors bestimmt Stoff- und Wärmetransport, Reaktionskinetik, Selektivität sowie die resultierenden Mikrostrukturen der erzeugten Werkstoffe.

Grundlegende Reaktortypen umfassen Rührkessel-, Rohr- und Festbettreaktoren. Festbettreaktoren werden häufig in der Katalyse eingesetzt, etwa für Gasphasenreaktionen bei der Pulver- oder Faserherstellung. Flussreaktoren (kontinuierliche Durchflussreaktoren, inklusive Multi-Kapillar-Reaktoren) ermöglichen präzise Verweilzeitkontrolle und sind für die reproduzierbare Synthese von Nanopartikeln oder Precursorlösungen geeignet. Membranreaktoren koppeln Reaktion und Stofftrennung, z.B. bei der Wasserstofferzeugung oder Sauerstoffabtrennung für Hochtemperaturprozesse.

Spezialisierte Reaktoren wie Nanoreaktoren bieten stark begrenzte Reaktionsräume (z.B. Poren, Mizellen), wodurch Nukleations- und Wachstumsprozesse auf der Nanoskala kontrolliert werden können. Bioreaktoren werden für biobasierte Polymer- oder Enzymprozesse genutzt und erfordern strikte Kontrolle von pH, Sauerstofftransfer und Scherbelastung. Metallurgische Reaktoren (z.B. Schmelzöfen, Konverter) sind auf hohe Wärmeströme, Reaktionsenthalpien und Massenumsätze ausgelegt; Parameter wie Thermalmasse und Temperaturhomogenität sind hier entscheidend.

Das Reaktordesign (Geometrie, Strömungsführung, Wärmeübertragungsflächen, horizontale vs. vertikale Anordnung) ist eng mit Modellierung von Strömung (CFD), Reaktionskinetik und Wärmetransport verknüpft. Für moderne Werkstoffsysteme gewinnen modulare, skalierbare und energieeffiziente Reaktoren an Bedeutung, insbesondere zur Kopplung mit erneuerbaren Energiequellen und zur präzisen Einstellung von Mikro- und Nanostrukturen.