Fraunhofer-Gesellschaft

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Polarisierung ferroelektrischer Keramiken unter komplexer Belastung

 
: Schönecker, A.; Nicolai, M.; Pauksch, D.

Neugebauer, Reimund ; Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik -IWU-, Chemnitz; TU Chemnitz, Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse:
Großserienfähige Produktionstechnologien für leichtmetall- und faserverbundbasierte Komponenten mit integrierten Piezosensoren und -aktoren : 27./28. April 2009, Dresden, SFB/Transregio 39 - PT-PIESA
Dresden, 2009
ISBN: 978-3-00-027544-9
S.16-21
Wissenschaftliches Symposium des Transregio PT-PIESA <2, 2009, Dresden>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IKTS ()
ferroelektrische Keramik; mehrachsiger Spannungszustand; Polarisation; Depolarisation; Temperaturerhöhung; Verformung; Kristallgitter; Curie-Temperatur; Koerzitivfeldstärke; Nichtlinearität; elektrisches Feld; Viskoplastizität; mathematisches Modell; Finite Elemente Methode (FEM)

Abstract
Temperaturerhöhungen beeinflussen das Deformationsverhalten in mehrfacher Hinsicht. Zunächst tritt die bei allen Festkörpern bekannte thermische Gitterdehnung auf, die eine Dehnung in alle Raumrichtungen verursacht. Zusätzlich wird der polarisierte Körper graduell depolarisiert, was zu einem Rückgang der Polarisationsdehnungen führt, die mit einer Verkürzung in 3-Richtung und Dehnung in den 1- und 2- Richtungen verbunden ist. Im Bereich unterhalb der Curietemperatur kann die thermisch induzierte Depolarisierung durch ein äußeres elektrisches Feld kompensiert werden. Dabei wird das Material mit Annäherung an die Curie-Temperatur zunehmend ferroelektrisch weicher, erkennbar an der sinkenden Koerzitivfeldstärke. Die theoretischen Grundlagen zur modellmässigen Beschreibung des Polarisierungsvorganges wurden in der Literatur verschiedentlich beschrieben. Hier sind insbesondere die phänomenologischen Ansätze von Kamlah aber auch vereinfachte 2-dimensionale Verfahren zu erwähnen. Weiterhin gibt es sehr stark vereinfachte, unstetige switching- Modelle. Von Huber und Fleck wurde gezeigt, dass ein vereinfachtes Ratenmodell (im Sinne eines mechanisch viskosen Gesetzes) einen guten Kompromiss zwischen Genauigkeit der Materialbeschreibung und Praktikabilität für numerische Feldberechnungen darstellt. Wenn dieses mit einer reduzierten Zahl von inneren Freiheitsgraden kombiniert wird, sollte ein effektives Verfahren zur nichtlinearen Feldanalyse realisierbar sein. Dieser Beitrag beschreibt die experimentellen Ergebnisse zur Polarisierung und Dehnung unter komplexer Belastung, d.h. in Kombination von E-Feld, Temperatur und Druck. Die ermittelten Kennwerte finden Eingang in die FE Modellierung. Verwendet wurde die Programmumgebung CF++ der TU Erlangen und das viskoplastische Modell nach Belov und Kreher.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-122020.html