Herstellung bleifreier transparenter Piezokeramik durch Verdichtung und Kristallisation lasergefuster Mikrokugeln

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Günster, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Jürgen G. Heinrich
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 228897831

An technischen Konstrukten wie Fahrzeugen und Maschinen treten häufig während des Betriebs Vibrationen auf, die zu einer Lärmabstrahlung führen können. Um diese Effekte zu unterdrücken, sollen adaptronische Systeme eingesetzt werden, die mit Hilfe von piezokeramischen Aktuatoren den Schwingungen entgegen wirken. Bei den aktuell eingesetzen Piezokeramiken handelt es sich in den meisten Fällen um bleihaltige Systeme wie Blei-Zirkon-Titanat (PZT). Aufgrund der Umweltschädlichkeit dieser Systeme besteht jedoch ein großes Forschungsinteresse an bleifreien Piezokeramiken. Der Fokus der Forschung liegt aktuell auf den Alkaliniobaten K1-xNaxNbO3 (KNN). Für die Schwingungsdämpfung an beispielsweise Fenstern ist die Herstellung transparenter Piezokeramiken von großem Interesse. Im Rahmen des vorliegenden DFG Antrags soll untersucht werden, ob die Entwicklung amorpher Mikrokugeln der stöchiometrischen Zusammensetzung KNN mittels eines Laserfusing Prozesses möglich ist. Mit Hilfe eines CO2 Lasers werden die Ausgangspulver in die Schmelzphase gebracht und bilden aufgrund der Oberflächenspannung der flüssigen Phase Mikrokugeln. Durch die hohen Abkühlraten, die durch das definierte Strahlprofil generiert werden, kann die Kristallisation in dem Material verhindert werden. Die Mikrokugeln werden hinsichtlich ihrer Transparenz, der Homogenität, der Partikelgröße und des Glasübergangs und Kristallisationspunktes untersucht. Die Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden Punkten wird als kinetisches Fenster bezeichnet und zur Verdichtung der Mikrokugeln genutzt, um so eine amorphe Probe mit einem größeren Volumen herzustellen. Über gezielte Temperaturbehandlungen soll die Kristallisation des Materials untersucht werden. Schwerpunkt dabei sind die Entwicklung der piezokeramischen Eigenschaften sowie die Transparenz des Materials.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen