Quellung bezeichnet die Volumen- oder dimensionsänderung eines Festkörpers infolge Aufnahme von Atomen, Molekülen oder Gasen bzw. durch strahlungsinduzierte Defektbildung. Sie ist ein gekoppeltes thermo‑thermodynamisches und mechanisches Phänomen und beeinflusst Funktion, Lebensdauer und Integrität von Werkstoffen.

Auf mikroskopischer Ebene beruht Quellung auf Einlagerung in das Gitter (Interstitielle), Bildung von Leerstellenclustern, Blasen oder auf Aufweitung der Molekülketten. In Metallen und Keramiken führt insbesondere Bestrahlung (Neutronen, Ionen) zu Strahlungsquellung; dabei bilden sich z.B. Heliumblasen (Heliumblasenaufquellung) an Defekten und Korngrenzen, die zu Volumenzunahme, Versprödung und Dimensionsänderungen von Reaktormaterialien führen.

In Polymeren und Membranen spricht man von Polymerquellung bzw. Membranschwellung, wenn niedermolekulare Stoffe (z.B. Lösungsmittel, Wasser, Elektrolyte) in das amorphe oder teilkristalline Netzwerk diffundieren. Das führt zu Kettenmobilisierung, Netzwerkausdehnung und mechanischer Erweichung. Das Quellverhalten wird hier durch chemische Struktur, Vernetzungsgrad, Temperatur, Wechselwirkungen (z.B. Flory‑Huggins‑Parameter) und äußere Zwänge bestimmt.

Makroskopisch wird Quellung durch dimensionsänderung, Dichteabnahme, Porositätszunahme und Änderungen von Elastizität, Festigkeit und Permeabilität charakterisiert. Sie lässt sich experimentell über Dilatometrie, in‑situ Mikroskopie, Streuverfahren oder Sorptionsisothermen erfassen.

Für die Werkstoffentwicklung ist die Vorhersage des Quellverhaltens zentral: In nuklearen Strukturen begrenzt Strahlungsquellung die Einsatzdauer, in Polymer‑Elektrolyten oder Trennmembranen ist kontrollierte Quellung Voraussetzung für Ionen‑ bzw. Stofftransport, während übermäßige Schwellung zu Versagen durch Rissbildung oder Delamination führen kann.