Modellierung der Eigenschaften von piezoelektrischen Keramik-Kunststoff-Kompositen mit Materialgradienten für den Bau von Ultraschallsensoren

Die für die Dickenschwingungen verantwortlichen Materialparameter eines 1-3-Piezokomposits können, wenn die laterale Inhomogenität des Materials klein ist im Vergleich zu angeregten Ultraschallwellenlänge, mit einem einfachen Modell, das den Komposit als effektives homogenes Material beschreibt, berechnet werden. Dies Modell wurde auf Piezokomposite mit Materialgradienten erweitert. die Berechnungen schließen Dämpfungskörper und Anpaßschichten ein und berücksichtigen Rückkoppelegfekte von der elektrischen Spannungsquelle. Die Herstelung und Vermessung verschiedener Gradienten-Kompositproben und der Vergleich der experementellen Ergebnisse mit den berechneten Werten zeigte die Anwendbarkeit des physikalischen Modells. Weitere Entwicklungen der Theorie erlauben die Berechnung von dreiphasigen Piezokompositen, wie z.B. mit Kunststoff ummmantelte Keramikfsern eingebettet in eine polymermatrix, sowie von Stapelwandlern, bei denen die verschiedenen Schichten in Dickenrichtung getrennt elektr isch angeregt werden können, um eine konstruktive Überlagerung der wellen zu erreichen. Mit dem entwickelten Modell kann die auslegung von Piezokomposit-Wandlern angepaßt an praktische Probleme optimiert werden.