Mikrosphären sind nahezu kugelförmige Partikel mit typischen Durchmessern von wenigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern. Sie können massiv oder hohl sein und aus anorganischen (z.B. Glas, Keramik, Metall) oder organischen (z.B. Thermoplaste, Duroplaste, Kohlenstoff) Materialien bestehen. Ihre definierte Geometrie, enge Korngrößenverteilung und einstellbare Dichte machen sie zu präzise designbaren Füllstoffen und Funktionspartikeln.

Eine zentrale Unterscheidung besteht zwischen massiven und hohlwandigen Mikrosphären. Hohlglas-Mikrosphären werden z.B. eingesetzt, um Dichte und Wärmeleitfähigkeit polymerer oder zementärer Matrizes zu reduzieren, zugleich aber Druckfestigkeit und Dimensionsstabilität beizubehalten. Die mechanische Integrität der dünnwandigen Hohlkugeln unter Belastung ist dabei ein kritischer Auslegungsparameter.

Thermisch expandierbare Mikrosphären sind üblicherweise polymerbasierte Hohlkörper, die ein treibgasbildendes oder leicht siedendes Kernmaterial enthalten. Beim Erwärmen expandiert der eingeschlossene Kern und bläht die Mikrosphäre irreversibel auf. Dies wird zur Schaumgenerierung, Dickenaufbau von Beschichtungen oder zur kontrollierten Dichteabsenkung genutzt.

Hartkohle-Mikrosphären sind sphärische Kohlenstoffpartikel mit hoher Härte, chemischer Stabilität und häufig einstellbarer Porosität. Sie dienen etwa als präzise kalibrierte Referenzpartikel, als Träger in Katalysatoren oder als funktionale Füllstoffe in Verbundwerkstoffen mit definierten elektrischen und tribologischen Eigenschaften.

Wesentliche werkstoffwissenschaftliche Aspekte von Mikrosphären umfassen Partikel-Matrix-Haftung, Spannungsübertragung, Bruchmechanismen der dünnen Schalen, Prozessierbarkeit (Dispergierbarkeit, Sedimentation) sowie Langzeitstabilität unter thermischer und chemischer Beanspruchung. Durch gezieltes Design von Zusammensetzung, Oberfläche und Hohlraumgeometrie lassen sich Mikrosphären für Leichtbau, Dämmstoffe, Reibpartner, Filtrationsmedien und funktionale Beschichtungen maßschneidern.