Experimentelle und numerische Untersuchungen zur Lebensdauer von flächigen PZT-Funktionsmodulen

Für die untersuchten PZT-Funktionsmodule wurde die Rissbildung in der PZT-Keramik als Versagensmechanismus unter mechanischer Dehnungsbeanspruchung identifiziert. Aus quasistatischen Versuchen wurde ein maximaler Grenzwert der Dehnung von ca. 0,35% als Bruchdehnung der Keramik ermittelt. Durch die Auswertung zyklischer Versuche wurde ein Wöhler-Diagramm erstellt, aus dem für gegebene mechanische Beanspruchungen zu erwartende Lebensdauern, in denen keine Degradation der Performance der Module auftritt, ablesbar sind. Ziel ist, aus der experimentell ermittelten Lebensdauer-Kurve auf längere, d.h. anwendungsrelevante Lebensdauern bei kleineren Beanspruchungen zu extrapolieren, ohne derartig aufwändige Langzeitversuche durchführen zu müssen. Die Ergebnisse aus dem Wöhler-Diagramm sind auf reale Bauteile mit applizierten Folienmodulen übertragbar, wenn die in der PZT-Keramik auftretenden Spannungen/Dehnungen für den konkreten Einsatzfall bekannt sind (z.B. aus FE-Analysen).