Sowohl der direkte als auch der reziproke piezoelektrische Effekt finden heutzutage in zahlreichen modernen Sensor- und Aktorsystemen Anwendung. Hierzu hat die stetige Entwicklung einer Vielzahl industriell herstellbarer kristalliner sowie keramischer piezoelektrischer Werkstoffe entscheidend beigetragen. Insbesondere der ferroelektrischen Oxidkeramik Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), welche den Funktionskeramiken zuzuordnen ist, kommt hier eine besondere Bedeutung zu. In diesem Kapitel wird zunächst ausgehend von einem kurzen Überblick über die Entdeckungsgeschichte piezoelektrischer Keramiken das Hauptaugenmerk auf die Kristallstruktur von PZT gerichtet. Aus dieser lassen sich auf anschauliche Weise die auf mikroskopischer Skala auftretenden ferroelektrischen Domänen sowie die damit verbundenen Domänenprozesse erklären. Das Verhalten auf mikroskopischer Skala bildet letztlich die Grundlage für das Verständnis der makroskopischen Eigenschaften eines PZT-Keramikkörpers. Neben dem Verhalten unter rein elektrischen und rein mechanischen Belastungsarten wird zusätzlich das Verhalten unter gekoppelten elektromechanischen Belastungen, welchen aktorische Anwendungen in der Realität stets ausgesetzt sind, einer genaueren Betrachtung unterzogen.

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Piezoelektrische Funktionskeramik PZT

  • Rüdiger G. Ballas

摘要

Sowohl der direkte als auch der reziproke piezoelektrische Effekt finden heutzutage in zahlreichen modernen Sensor- und Aktorsystemen Anwendung. Hierzu hat die stetige Entwicklung einer Vielzahl industriell herstellbarer kristalliner sowie keramischer piezoelektrischer Werkstoffe entscheidend beigetragen. Insbesondere der ferroelektrischen Oxidkeramik Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), welche den Funktionskeramiken zuzuordnen ist, kommt hier eine besondere Bedeutung zu. In diesem Kapitel wird zunächst ausgehend von einem kurzen Überblick über die Entdeckungsgeschichte piezoelektrischer Keramiken das Hauptaugenmerk auf die Kristallstruktur von PZT gerichtet. Aus dieser lassen sich auf anschauliche Weise die auf mikroskopischer Skala auftretenden ferroelektrischen Domänen sowie die damit verbundenen Domänenprozesse erklären. Das Verhalten auf mikroskopischer Skala bildet letztlich die Grundlage für das Verständnis der makroskopischen Eigenschaften eines PZT-Keramikkörpers. Neben dem Verhalten unter rein elektrischen und rein mechanischen Belastungsarten wird zusätzlich das Verhalten unter gekoppelten elektromechanischen Belastungen, welchen aktorische Anwendungen in der Realität stets ausgesetzt sind, einer genaueren Betrachtung unterzogen.