Wechselwirkung zwischen Gefüge, elektrischen und mechanischen Eigenschaften von PZT-Keramiken

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Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften von PZT-Keramiken sind abhängig von der chemischen Zusammensetzung der PZT-Mischkristalle (Zr/Ti-Verhältnis, Art und Menge der Additive) und dem mikrostrukturellen Aufbau. Ziel dieses Vorhabens sind grundlegende Untersuchungen zur Korrelation von Herstellungsbedingungen, Gefüge und Eigenschaften weicher und harter PZT-Keramiken. Die bisherigen Untersuchungen in den vorangegangen Förderperioden hatten gezeigt, daß die Beweglichkeit der Domänen in den untersuchten Keramiken von der Zusammensetzung, aber auch von der Korngröße abhängt. Da die mikroskopischen als auch makroskopischen Dehnungsmessungen keine eindeutigen Korrelationen mit der Korngröße zeigen, soll ein neues Verfahren zur Pulverherstellung eingesetzt werden, um feinkörnigere Gefüge zu realisieren. Die Aufbereitung soll dabei über die Precursorroute erfolgen, bei der zunächst homogene ZrTi-Mischkristalle hergestellt werden, die dann mit PbO und den Additiven umgesetzt werden. Für die Gefügecharakterisierung wird die Rasterelektronenmikroskopie und die hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie eingesetzt. Mit Hilfe röntgenografischer Methoden wird die Verzerrung der Elementarzellen in Abhängigkeit von Zusammensetzung und Korngröße bestimmt. Diese Daten sollen dann mit elektrischen Kleinsignalmessungen korreliert werden aus denen die spontane Polarisation errechnet werden kann. Als weitere Untersuchungsmethode wird die Kraftmikroskopie eingesetzt, die einerseits zur Charakterisierung der Domänenbreite und -konfiguration dient und andererseits zur in-situ Beobachtung von Domänenumorientierungen in der Nähe der Rißspitze. Ein weiterer Schwerpunkt der geplanten Arbeiten liegt auf der Charakterisierung des mechanischen Verhaltens der verschieden dotierten PZT-Keramiken (La und Ag) mit tetragonaler, rhomboedrischer und morphotroper Zusammensetzung. Der Rißwiderstand von PZT-Keramiken soll mit Hilfe einer CT-Apparatur bestimmt werden. Weiterhin sollen die Untersuchungen zum Dehnungsverhalten unter mechanischer Last durchgeführt werden.