Modern materialteknologi gäller ofta utveckling av nya, ofta högt specialiserade material för tillämpning i högpåkända konstruktioner. Under senare år har ett flertal nya koncept för materialuppbyggnad sett dagens ljus. Nämnas kan metaller med glasartad struktur, finkorniga s.k. nanomaterial med speciella egenskaper, kompositmaterial med metall- eller polymerbas, keramkompositer och intermetalliska material för högtemperaturbruk, hybridmaterial genom hoplödning av metall och keramik, supraledande oxidiska material, m.m. Det är karakteristiskt att dessa material i vissa avseenden kan uppvisa extrema egenskaper, exempelvis vad gäller hållfasthet, nötningsbeständighet och förmåga att motstå höga temperaturer. I andra avseenden kan de dessvärre uppvisa mycket sämre egenskaper än mera konventionella material. Det senare förhållandet framtvingar då antingen ett begränsat och väldefinierat användningssätt, eller i värsta fall kan de tekniska tillämpningarna utebli.
Framställning av dessa nya typer av material kräver ofta mycket speciella metoder eller specifika egenskaper hos råmaterialet. Några exempel kan nämnas: Framställning av metalliska glas kräver i allmänhet mycket höga kylningshastigheter (storleksordningen 1 miljon grader per sekund) för att vanlig kristallin stelning skall kunna undertryckas. Med kända termiska konduktiviteter innebär detta att även de mest ideala kylningsbetingelser endast kan tillåta tjocklekar av det metalliska glaset på mindre än en tiondels millimeter, vilket ger avsevärda begränsningar. Vid ytskikt kan det dock vara helt tillräckligt. Andra problem hos de metalliska glasen är termisk instabilitet med oacceptabel försprödning som följd. Vid framställning av metallbaserade kompositer, ett annat mycket aktuellt teknikutvecklingsområde, är det mycket viktigt att kunna åstadkomma god dispergering och vätning av de partikulära eller fibrösa inneslutningarna i bindefasen. I annat fall erhålles en avsevärd begränsning i resulterande hållfasthet, eftersom den grundläggande principen med förhöjt lastbärande hos inneslutningarna delvis kan gå förlorad.
Figur 1. Kompositmaterial av Al-oxidfibrer i Al-matris. De styva fibrernas uppgift är att bära stor last, vilket kräver stor skicklighet vid komposit-tillverkningen för att åstadkomma god fasgränsbindning. Linjär förstoring 164 ggr.
Figur 2. Utmattningsspricka genom fiberkompositen i figur 1. De styva inneslutningarna avlänkar sprickan vilket ger kraftigt förbättrade utmattningsegenskaper. Linjär förstoring 1660 ggr.
Speciellt intressant i modern kompositmaterialutveckling är möjligheten att "konstruera" egenskaper genom kombination av material med skilda egenskaper. Även om det finns stort spelrum för teoretiskt tänkande och reellt materialskapande är det viktigt att inse att naturen verkligen sätter sina gränser. Exempelvis är det omöjligt att någonsin skapa ett material med tio gånger högre styvhet än vad de historiskt äldsta järnföremålen hade. Samtidigt kan dock till synes måttliga prestandaökningar för vissa materialtyper ha en drastisk betydelse för teknisk och ekonomisk utveckling av produkter. Det senare kan illustreras med utvecklingen av s.k. supralegeringar i jetmotorer för stridsflygplan, i vilka typiska gastemperaturer kunnat ökas med ca 500°C upp till 1100°C under tiden från andra världskriget fram till våra dagar. Denna till synes "måttliga" temperaturökning har krävt en enorm insats men har samtidigt möjliggjort drastiska prestandaökningar hos flygplanen.
Material av ovanstående slag är tyvärr ofta oacceptabelt dyra, varför tekniskt/ekonomiska produkter ofta framtvingar effektivare användning av, och produktionsmetoder för, mera standardmässiga material för att produkterna skall kunna ha konkurrenskraft. Denna dualism präglar hela den ledande industrivärlden. Det pågår sålunda en mycket kraftig utveckling av mera konventionella material. Som exempel kan nämnas nya typer av låglegerade stål med god pressbarhet för användning i bilar, bl.a. med förmåga att kunna deformeras under stor energiupptagning vid kollisioner. Dessa material kunde överhuvudtaget inte tillverkas förrän man för mindre än tio år sedan utvecklade s.k. kontinuerliga glödgningslinjer vid tillverkningen som medgav mycket precisa tid- och temperaturkontroller för att materialet skulle erhålla exakt lämpliga mikrostrukturer.
Dagens forskning för utveckling av nya konstruktionsmaterial utnyttjar mycket avancerad analys- och provningsutrustning. Ett intressant möte mellan materialteknik och makroskopisk solidmekanik har skett genom att man, under senare tid, börjat använda kontinuummekaniska analysmetoder (främst finit-element-teknik) nere på mikrostrukturnivån för att utröna hur materialen makroskopiskt kan väntas bete sig.
I praktiken är materialens prestanda och kostnad var för sig starkt avgörande för optimala materialval i konstruktionssituationer. Spännvidden mellan de billigaste och de dyraste materialen i teknisk användning är enorm: det billigaste handelsstålet har idag ett kilogrampris av typiskt 5 kronor, medan platina (använt i avgaskatalysatorer) betingar ett motsvarande pris av omkring 100 000 kronor. Detta vida kostnadsspektrum indikerar att optimal materialanvändning i konkurrensutsatta produkter, som exempelvis bilar, framtvingar ett mycket effektivt utnyttjande av materialens tekniska och ekonomiska möjligheter. Detta är den starka drivkraften bakom de ansträngningar som görs idag med utveckling av datoriserade materialvalstekniker. Det gäller då inte främst att skapa stora dataregister, utan att utveckla rutiner för snabb och varierad databashantering, där data för materialegenskaperna kontrasteras mot de krav som produkten själv får ställa. Här kommer statistik och optimeringstekniker in på ett sätt liknande det som är under utveckling inom medicinsk diagnostik.
Materialutveckling är ett av dagens och morgondagens nyckelområden. Det gäller då inte materialens isolerade egenskaper, utan hur dessa kan utnyttjas i produkter och tillverkningssammanhang. Råvarutillgång, energiinnehåll, materialåteranvändning, destruktionsmöjligheter och miljöpåverkan är globala problem, delvis av existentiell vidd.
(Texten publicerades 1993 i skriften Ny kunskap.)