Begriff und Motivation: Multimaterialsysteme bezeichnen gezielt gestaltete Bauteile oder Strukturen, in denen mindestens zwei chemisch, strukturell oder funktional unterschiedliche Werkstoffe räumlich definiert kombiniert werden. Ziel ist die optimale Ausnutzung komplementärer Eigenschaften, etwa hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht, integrierter Funktionalisierung (z. B. Sensorik) oder verbesserter Lebensdauer.

Gestaltung und Architektur: Multimaterialien lassen sich nach ihrer räumlichen Anordnung klassifizieren, z. B. als schichtartige Mehrstoffstrukturen, gradierte Werkstoffe (FGMs), faser- oder partikelverstärkte Verbunde oder komplex topologie-optimierte Mehrmaterialdesigns, etwa im additiven Fertigen mit mehreren Pulvern/Drähten. Die lokale Anpassung der Zusammensetzung erlaubt maßgeschneiderte Eigenschaftsprofile entlang realer Lastpfade.

Grenzflächen und Verbundmechanik: Zentrale Herausforderung sind die Grenzflächen. Chemische Kompatibilität, Diffusions- und Reaktionsverhalten sowie Eigenspannungen durch unterschiedliche thermische und elastische Kennwerte bestimmen die Verbundfestigkeit und Schädigungsmechanismen. Mikrostrukturelle Gestaltung interphasiger Zonen (z. B. Übergangsschichten) ist entscheidend für Ermüdungs- und Bruchverhalten.

Fertigung und Charakterisierung: Relevante Prozesse reichen von klassischen Fügeverfahren (Schweißen, Löten, Kleben) über Umform- und Gießverbunde bis hin zu multimaterialfähiger Additiver Fertigung und Co-Extrusion. Charakterisierung erfordert gekoppelte Methoden: lokale chemische und strukturelle Analytik, mechanische Prüfungen auf Mikro- und Bauteilebene sowie numerische Multiskalensimulation zur Beschreibung der werkstoffübergreifenden Spannungs- und Schadensentwicklung.

Anwendungen: Multimaterialsysteme sind Schlüsseltechnologien in Leichtbau, Energie- und Mikrosystemtechnik, etwa in hybriden Metall-Faserverbund-Strukturen, funktional integrierten Batteriezellen oder strukturellen Bauteilen mit eingebetteter Elektronik.