Begriff und Einordnung:
Heterogenität bezeichnet in der Werkstofftechnik das räumliche Vorliegen unterschiedlicher Eigenschaften oder Zusammensetzungen innerhalb eines nominell gleichen Werkstoffs. Diese Unterschiede können chemischer, struktureller, mechanischer oder elektrochemischer Natur sein und treten auf Längen­skalen von Atomclustern bis zu Bauteilabmessungen auf.

Typen von Heterogenitäten:
Wesentliche Formen sind chemische Heterogenitäten (lokale Schwankungen der Legierungszusammensetzung, Segregationen), mikrostrukturelle Heterogenitäten (Korngrößenverteilung, Phasenverteilung, Textur, Ausscheidungen, Poren) sowie metallurgische Heterogenitäten, die aus Erstarrung, Umformung oder Wärmebehandlung resultieren. In funktionalen Materialien kommen zusätzlich elektrochemische Heterogenitäten vor, etwa Lithium-Heterogenitäten und Ladezustands­gradienten in Batterieelektroden.

Einfluss auf Werkstoffeigenschaften:
Heterogenitäten steuern lokale Spannungs- und Dehnungsverteilungen, Korrosions- und Ermüdungsanriss, Verformungsmechanismen und Rissausbreitung. Sie können sowohl gezielt genutzt werden (z.B. Härtung durch Ausscheidungen, Gradientenwerkstoffe) als auch kritisch sein, etwa als Ursache von Versagenshotspots. Für eine zuverlässige Bauteilauslegung ist daher die statistische Beschreibung sowie die skalenübergreifende Modellierung der Heterogenitäten essentiell.

Charakterisierung und Modellierung:
Experimentell werden Heterogenitäten mittels Elektronenmikroskopie, EBSD, Atomsonde, in-situ Synchrotron- und Neutronenmethoden sowie lokaler nano-/mikromechanischer Prüfverfahren erfasst. Numerische Ansätze wie repräsentative Volumenelemente, Phasenfeld- und Crystal-Plasticity-Modelle koppeln diese Informationen mit mechanischen und diffusionsgesteuerten Prozessen und ermöglichen Vorhersagen zur Struktur-Eigenschafts-Beziehung heterogener Werkstoffe.