Teilprojekt A1

Gegenstand des Teilvorhabens sind serientaugliche piezoelektrische Fasern und Laminate zur Herstellung adaptiver Strukturkomponenten. Die Bauteile sollen ein für strukturdynamische An-wendungen nutzbares multifunktionales Eigenschaftsprofil aufweisen. Hierfür sind robuste, schädigungsfrei und funktionsgerecht integrierbare Piezokomponenten erforderlich.
Für die Integration in Thermoplast-Verbundstrukturen (TP A5) sowie in mikrostrukturierte Leichtmetall-Träger (TP A2) sollen Piezofasern mit einem Durchmesser 70 - 300 µm entwickelt werden, die eine optimale aktorische Wirkung zeigen, schädigungsarm montierbar und im Metallverbund umformbar sind. Ein solches Eigenschaftsprofil konnte bisher nicht realisiert werden und soll im Vorhaben durch Optimierung von chemischer Zusammensetzung, Gefüge, Geometrie und der gezielten Einstellung der Polarisation erzielt werden. Die Herstellung der Grünfasern erfolgt erstmalig über den Polysulfon-Prozess.
Die Piezomodule auf Basis von PZT-Laminaten sollen als Verbunde aus Piezokeramikschichten oder Piezokeramikplatten und weiteren anorganischen Materialien so hergestellt werden, dass sie den Fertigungsschritt des Druckgießens (TP B3) schädigungsfrei und funktionstüchtig überstehen. Beim Druckgießen werden die Module durch Füllen einer Form mit einer etwa 700°C heißen Metallschmelze kurzzeitig (< 100 ms) mechanisch und thermisch hoch belastet. Beim nachfolgenden Abkühlen erfolgt ein Druckaufbau durch thermische Fehlpassung. Derartige Piezomodule, die komplett aus anorganischen Werkstoffen bestehen und eine Temperaturbelastbarkeit bis 700 °C in Fertigungsschritten erwarten lassen, sind bisher nicht bekannt.
Ziel der ersten Projektphase ist es, die werkstofftechnologischen und fertigungstechnischen Grundlagen für die Herstellung funktionsoptimierter PZT-Fasern und gießtechnisch integrierbarer Piezolaminate zu erarbeiten. Im vorliegenden Teilprojekt werden auf Basis einer fundierten Auswahl bzw. Herstellung, Charakterisierung und Konfektionierung der Piezokeramiken Lösungswege für integrierbare Aktormodule erkundet. Damit können in der Umsetzung des Gesamtforschungsvorhabens wesentliche Beiträge zur Herstellung adaptiver Strukturkomponenten (A2, A5, B3), zur Bereitstellung von Piezokeramikteilen und Materialdaten (C1) sowie zu methodischen Entwicklungen (A4, C3) geleistet werden.