Teilprojekt C3

Die Polarisierung als notwendiger Prozessschritt zur Aktivierung der elektromechanischen Kopplung piezokeramischer Werkstoffe soll für die im Transregio betrachteten Prozessketten untersucht und ausgelegt werden. Hierzu sollen die Bedingungen für die Einstellung optimaler Aktor- und Sensorfunktionen der Piezokeramiken in den Werkstoffverbunden, d.h. mechanische Vorspannung, Arbeitspunkt im Kraft-Weg-Diagramm, Strukturkopplungsfaktor und Anfangsdefektpopulation, erforscht werden.
Für die gestellten Aufgaben liefern die vorliegenden Kenntnisse zum Polarisierungs-, Depolarisierungs- und Deformationsverhalten ferroelektrischer Keramiken, die sich insbesondere auf mechanisch ungeklemmte Bauteile beziehen, ein gutes Grundverständnis. Jedoch sind diese Kenntnisse für die Herstellung aktiver Werkstoffverbunde nicht ausreichend. Insbesondere fehlen Kenntnisse zum Materialverhalten bei kombinierter elektrischer, mechanischer und thermischer Belastung, wie sie bei der Herstellung aktiver Strukturkomponenten auftreten.
Langfristiges, übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung der experimentellen und theoretischen Methoden zur Auslegung der Polarisierungstechnologie für aktive Werkstoffverbunde als Vorrausetzung für die Gestaltung großserienfähiger Produktionstechnologien adaptiver Strukturkomponenten.
Das Arbeitsprogramm umfasst als Teilaufgaben die Klassifizierung kommerzieller Piezokeramiken hinsichtlich Polarisations- und Deformationsverhalten, die Erarbeitung von Schadensdiagrammen für Formierungs- und Schädigungsprozesse bei der Polarisierung und Umformung, die Entwicklung eines FE-Modells zur Beschreibung des Materialverhaltens unter kombinierter Belastung sowie die Erarbeitung von Auslegungs- und Fertigungsempfehlungen für die Funktionsoptimierung adaptiver Strukturkomponenten. Damit werden in der Umsetzung des Gesamtforschungsvorhabens wesentliche Beiträge zur großserienfähigen Herstellung adaptiver Strukturkomponenten (A2, A5, B3) geleistet.