Piezoelektrische Keramiken
Piezoelektrische Keramiken sind spezielle ferroelektrische Werkstoffe, die durch Polung nutzbare piezoelektrische Eigenschaften besitzen. Piezokeramiken auf der Basis des binären Systems von Bleizirkonat PbZrO3 und Bleititanat PbTiO3 (PZT) werden wegen ihrer exzellenten, auf die jeweiligen Anwendungen zugeschnittenen physikalischen Eigenschaften favorisiert. Die Fertigung der piezoelektrischen Keramiken erfolgt im Wesentlichen durch konventionelle Aufbereitung und thermische Reaktion von Pulverkomponenten nach der Mischoxidtechnik. Dank der großen Vielfalt der aus ihnen herstellbaren Bauteile kommen die piezoelektrischen Keramiken für elektromechanische Wandler in vielen technischen Bereichen zum Einsatz. In diesem Seminar werden die physikalischen Grundlagen und die wesentlichen Aspekte einer praktischen Anwendung in den Bereichen Aktorik, Sensorik und Ultraschalltechnik behandelt.
Mittwoch, 7. Mai 20258.45 bis 12.00 und 13.30 bis 17.00 Uhr1. Grundlagen – piezoelektrischer Effekt und elektromechanische Wandler (F. Schubert) physikalische Eigenschaften Kristallstruktur und spontane Polarisation piezoelektrischer Effekt ferroelektrischer Keramiken Kenngrößen (dielektrische, elektromechanische und mechanische Eigenschaften) Schwingungsformen Richtungsabhängigkeit der dielektrischen und elektromechanischen Koeffizienten Großsignalverhalten Nichtlinearitäten2. Piezoelektrische Leistungswandler (J. Twiefel) Aufbau und Wirkprinzip, Prozesstechnik, Designregeln Modellierung und Optimierung des Energieflusses, elektromechanische Ersatzmodelle experimentelle Charakterisierung des Übertragungsverhaltens regelungstechnische Konzepte3. Messverfahren für elektromechanische Wandler aus piezokeramischen Werkstoffen (F. Schubert) Bestimmung der Materialkennwerte piezoelektrischer Keramiken bei Klein- und Großsignalansteuerung anwendungsorientierte Charakterisierung von Sensoren, Aktoren und Ultraschallwandlern4. Anwendungen von Ultraschall (J. Twiefel) Schweißen, Drahtbonden, Umformtechnik US-unterstützte Bearbeitung zerstörungsfreie Werkstoffprüfung US-Levitation in Lagerungen Schwingungsantriebe und US-Motoren US in der Medizintechnik5. Werkstoffe und Technologie (T. Einhellinger-Müller) Werkstoffkategorien Besonderheiten des PZT Modifikation der Zusammensetzung Spezifizierung der Eigenschaften für verschiedene Anwendungen Aufbereitung von Werkstoffen aus Pulvern („Mischoxidtechnik“) keramische Technologien (Formgebung, Sintern) Metallisierung PolungDonnerstag, 8. Mai 20258.45 bis 12.00 und 13.30 bis 16.45 Uhr6. Simulation piezoelektrischer Komponenten (T. Steinkopff) lineare und nichtlineare Beschreibung des Materialverhaltens Finite-Element-Methode: Grundlagen, Analysearten statische und dynamische Belastungsanalysen von Aktoren und Sensoren transiente Analyse von Komponenten in ihrer Systemumgebung7. Piezoelektrische Aktoren und Sensoren (T. Einhellinger-Müller) Grundlagen und Klassifizierung von Sensoren Sensoren für mechanische Signale Ansteuerkonzepte für Aktoren, Wirkungsgrad statische und dynamische Anwendungskonzepte für Aktoren insatzbeispiel und Anwendungsgrenzen8. Piezokeramische Biegewandler (U. Greiner) Aufbautechniken Piezokeramiken Designregeln Eigenschaften in Abhängigkeit von mechanischer Spannung und elektrischem Feld, thermische Effekte Zuverlässigkeit und Lebensdauer Aspekte der Anwendung (Fluidtechnik, Textilanwendung)9. RoHS-Konformität und Potenzial bleifreier Materialsysteme (F. Schubert) EU-Richtlinie 2011-65-EU (ROHS II) kritische Rohstoffe und Konfliktmineralien (Life cycle assessment) Alternativen für PZT und technologische Herausforderungen BNT basierte Werkstoffe KNN basierte Werkstoffe Schlussfolgerungen
| Veranstaltungs-Code | FB24-8214-60422427 |
