Mikroskopische Phänomene der zyklischen Schädigung in ferroelektrischen Keramiken: Akustische Emissionen und komplementäre Methoden

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Die zyklische elektrische Wechselbelastung einer ferroelektrischen Blei-Zirkonat-Titanat Keramik generiert eine mikroskopische Schädigung, die nachhaltig die Makroeigenschaften des Materials beeinträchtigt. Ausgehend vom elektrochemischen Sauerstoffausbau aus dem Oxidgitter bilden die Sauerstoffleerstellen Agglomerate, die für die Domänenwandbewegung wachsende Energiebarrieren darstellen. Deren Höhe kann mit der akustischen Emission nachgewiesen werden. Genügend große Agglomerate führen zur vollständigen Klemmung der Domänen und bilden infolge lokale mechanische Spannungszentren für die Mikrorissbildung. Im Rahmen dieses allgemeinen Bildes sollen drei Arten dynamischer Effekte bei der Schädigung untersucht werden. Die Beweglichkeit der Sauerstoffleerstellen und deren Agglomeration sollen abhängig von der Temperatur gesteuert und untersucht werden. Ferner sollen die Triebkräfte zur Bewegung der Sauerstoffleerstellen durch Domänenwandbewegung über die Zyklierfrequenz geändert werden. Das Auftreten akustischer Emissionen ist selbst ein ratenabhängiger Prozess. Bei schnellen Feldänderungen können kleinere Defekte durch Domänenverhakung genügend hohe Energiebarrieren darstellen, die mit der AE nachgewiesen werden können. Die Hoffnung besteht, die Defektgrößenverteilungen abhängig vom Schädigungsgrad zu bestimmen, und diese mit differentiellen Makroparametern und Relaxationszeiten zu korrelieren.