Werkstofftrends: Bleifreie piezoelektronische Keramiken

Piezoelektrische Keramiken zeichnen sich durch ihre technisch hochinteressante Kopplung zwischen elektrischen und mechanischen Größen aus. Sie haben sich in den letzten 15 Jahren zu einem kommerziell sehr erfolgreichen Nischenwerkstoff entwickelt. Ihre Haupteinsatzgebiete liegen in Aktorik, Sensorik und Signalwandlung. Heutige technische Standardlösungen verwenden fast ausschließlich Keramiken auf der Basis von Blei-Zirkon-Titanat (PZT). Vor allem beim Sintern der PZT-Keramiken, das üblicherweise bei Temperaturen oberhalb 1200°C stattfindet, aber auch bei ihrer Nachbearbeitung, im Gebrauch und als Abfallstoff setzen sie giftige bleihaltige Verbindungen, insbesondere Bleioxide, frei. Vor dem Hintergrund gesetzlicher Neuregelungen hat dies zu einer enormen Intensivierung von Forschungsanstrengungen zur Realisierung technisch nutzbarer bleifreier Piezowerkstoffe geführt. Derzeit lassen sich grob zwei unterschiedliche Stoßrichtungen identifizieren: Die systematische Untersuchung von Werkstoffen und ihren Kombinationen, die ebenso wie PZT-Keramiken im Strukturtyp des Perowskit kristallisieren, und solche, die das nicht tun. In diesem kurzen Beitrag liegt der Schwerpunkt auf bleifreien Werkstoffen, die im Perowskitgitter kristallisieren.