Teilprojekt C8
Polarisierungsbestimmung integrierter Piezokeramiken für die Prozesskontrolle und zerstörungsfreie Bauteilprüfung
Leiter:
Prof. Dr.-Ing. habil Gerald GerlachTechnische Universität Dresden
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
Institut für Festkörperelektronik
Professur für Ferstkörperelektronik (IFE)
01062 Dresden
Telefon: 0351 / 463 32077
Telefax: 0351 / 463 32320
E-Mail: gerald.gerlach@tu-dresden.de
Dr. rer. nat Andreas Schönecker
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstraße 28
01277 Dresden
Telefon: 0351 / 2553 508
Telefax: 0351 / 2554 136
E-Mail: andreas.schoenecker@ikts.fraunhofer.de
Darstellung des Forschungsprogramms
Zielsetzung
Es soll ein Messverfahren geschaffen werden, mit dem das Polarisationsprofil integrierter Piezokeramiken in Strukturbauteilen zerstörungsfrei und in-situ ermittelt werden kann. Hierzu werden Wärmewellen verwendet, die in Abhängigkeit von der Modulationsfrequenz unterschiedlich tief eindringen. Das Spektrum des erzeugten pyroelektrischem Stromes und die Phasenverschiebung zwischen thermischer Welle und pyroelektrischen Strom sowie der Polarisation durch ein mathematisches Verfahren rekonstruiert. Das Vorgehen erlaubt auch die Bestimmung von Fremdschichten und Delaminationen an Grenzflächen Piezokeramik.
Poster zum Fortsetzungsantrag
Das Forschungsprogramm des zweiten Bewilligungszeitraums umfasst folgende Teilaufgaben:
AP 1. Auslegung und Herstellung geeigneter Modellproben (IKTS)
| Es werden Demonstrator- Anordnungen für Strukturbauteile mit integrierten Piezoelementen in LTCC Mehrlagensubstraten, in Thermoplastverbunden und mit metallischen Trägerwerkstoffen entwickelt und für die experimentellen Untersuchungen zur Verfügung gestellt. |
AP 2. Aufbau eines LIMM-Messplatzes (IFE)
| Der LIMM-Messplatz dient zur Einleitung definierter Wärmewellen und Durchführung der Pyrostrommessungen. |
AP 3. Bestimmung der thermischen und thermomechanischen Materialkennwerte (IKTS, IFE)
| Für die Rekonstruktion der Polarisationsprofile ist ein im ersten Schritt eindimensionales Schichtmodell notwendig. Dafür sollen die relevanten Materialparameter Wärmeleitfähigkeit, Wärmekapazität, thermische Ausdehnungskoeffizienten) bestimmt werden. |
AP 4. Rekonstruktion der Polarisationsprofile (IFE)
| Zielstellung dieses Arbeitspunktes ist die Berechnung des Polarisationstiefenprofils des in die Bauteilstruktur integrierten Piezokeramikelements. |
AP 5. Bestimmung der Gesamtpolarisation integrierter Piezokeramikelemente durch thermische Depolarisation (IKTS)
| Durch Erwärmung der Piezokeramik über die Curie-Temperatur hinaus kann die gesamte gebundene Ladung bestimmt werden. Dies ist ein komplementärer, allerdings nicht reversibler Zugang zur Polarisationsbestimmung. Die freigesetzte Ladung als Funktion von Temperatur und Zeit sollen erfasst und die gemessenen Spektren physikalisch interpretiert werden. |
AP 6. Auslegung und Aufbau von LTCC- Bauteilstrukturen mit integriertem Widerstandsheizer (IKTS)
| Es soll der Ansatz verfolgt werden, Wärmewellen im Modul durch einen integrierten Heizer zu erzeugen und auf diese Weise eine Kontrollfunktion des Polungszustandes zu realisieren. |
