Unter Expansion versteht man in der Werkstofftechnik die makro- oder mikroskopische Volumen- bzw. Längenänderung eines Festkörpers infolge externer Einwirkungen. Dominant ist dabei die thermische Ausdehnung, also die dimensionsänderung eines Materials bei Temperaturänderung. Sie wird im linearen Bereich durch den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten α beschrieben, typischerweise in 1/K angegeben. Für isotrope Festkörper gilt näherungsweise ΔL/L = α·ΔT, wobei L die Ausgangslänge und ΔT die Temperaturänderung ist.

Auf atomarer Ebene beruht thermische Expansion auf der anharmonischen Form der Bindungspotenziale im Kristallgitter, die zu einer temperaturabhängigen Gitterausdehnung führt. Diese kann anisotrop sein, etwa in hexagonalen oder tetragonalen Kristallsystemen, sodass richtungsabhängige Ausdehnungskoeffizienten auftreten (anisotrope Wärmeausdehnung).

Besondere Bedeutung hat das thermische Ausdehnungsmismatch zwischen verschiedenen Werkstoffen in Verbundsystemen (z.B. Metall/Keramik, Halbleiter/Metallisierung). Unterschiede in α führen beim Abkühlen oder Aufheizen zu Eigenspannungen, Rissbildung, Delamination oder Klusterausdehnung in heterogenen Mikrostrukturen.

Ein Spezialfall ist die negative Wärmedehnung, bei der Materialien mit steigender Temperatur schrumpfen. Solche Werkstoffe werden gezielt genutzt, um Verbunde mit quasi Null-Ausdehnung zu konstruieren. Insgesamt ist die präzise Charakterisierung von Expansion – thermisch, mechanisch (z.B. unter Spannung) oder durch Phasenumwandlungen – zentral für das Design dimensionsstabiler Bauteile und die Lebensdauervorhersage komplexer Werkstoffsysteme.