Scheibenförmige Werkstoffe und Strukturen (Discs)

In der Werkstofftechnik bezeichnet der Begriff Disc (Scheibe) ein Bauteil mit überwiegend rotationssymmetrischer, planarer Geometrie und vergleichsweise geringer Dicke gegenüber dem Durchmesser. Typische Beispiele sind Bremsscheiben, Turbinenscheiben oder Substrate für Dünnschichtabscheidung.

Werkstoffauswahl und Mikrostruktur sind bei Scheiben besonders kritisch, da häufig kombinierte Beanspruchungen aus Biegung, Rotation (Zentrifugalspannungen), Temperaturgradienten und Reibung auftreten. Für hochbelastete Discs, etwa in Gasturbinen, werden hochfeste Nickelbasis-Superlegierungen oder hochlegierte Stähle eingesetzt, oft mit gerichteter Erstarrung oder maßgeschneiderter Ausscheidungshärtung zur Optimierung der Ermüdungs- und Kriechfestigkeit.

Die mechanische Auslegung erfolgt typischerweise über analytische Spannungsmodelle rotierender Scheiben, ergänzt durch numerische Methoden (FEM) zur Berücksichtigung komplexer Geometrien, Kerben und Temperaturfelder. Von besonderer Bedeutung sind Low‑Cycle- und High‑Cycle-Fatigue, thermomechanische Ermüdung sowie Rissausbreitung unter Mischbeanspruchung.

Fertigungstechnisch werden Discs häufig durch Schmieden, Walzen oder Präzisionsgießen hergestellt, gefolgt von Wärmebehandlungen zur Einstellung der Mikrostruktur. Für funktionale Oberflächen (z. B. Reib- oder optische Flächen) kommen Schleifen, Läppen und Beschichtungsverfahren (PVD, CVD, thermisches Spritzen) zum Einsatz.

Im weiteren Sinne sind Discs auch als Substrate in der Elektronik und Optik relevant (z. B. Siliziumwafer, Glasdiscs), wo Formgenauigkeit, Oberflächenrauheit, Defektdichte und Eigenspannungen die Leistungsfähigkeit maßgeblich bestimmen.

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