Mikrostrukturiertes Kohlenstoff/SiCX (X=O, N)-basiertes Hochtemperatur-Dehnungsmesselement
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Grundlage dieser Arbeit war die Effizienz von Siliziumoxycarbid (SiOC) als Funktionsmaterial für piezoresistive Anwendungen. Das Hauptziel bestand in der Realisierung eines kostengünstigen Dehnungsmessstreifens, der bei erhöhter Temperatur arbeiten kann. In Zusammenarbeit zwischen den Arbeitsgruppen Dispersive Festkörper von Prof. Ralf Riedel und dem Institut EMK von Prof. Helmut Schlaak† wurde in diesem Projekt das Ziel, ein umfassendes Verständnis des piezoresistiven Verhaltens von Siliziumoxycarbid (SiOC)-Dünnschichten zu erlangen, erfolgreich umgesetzt. Darüber hinaus wurde ein vollständig realisierter Prototyp eines Dehnungsmessstreifens auf SiOC-Basis hergestellt und evaluiert, der bei erhöhten Temperaturen von bis zu 700 °C einen ultrahohen Dehnungsfaktor (GF ~ 5000) aufweist, der herkömmlichen metallischen und siliziumbasierten Dehnungsmessstreifen überlegen ist. Ein wesentliches Ergebnis des Projekts ist, dass die Dehnungsmessstreifen auf der Basis von C/SiOC-Keramik-Dünnschichten eine kostengünstige piezoresistive Sensorik bei hohen Temperaturen und unter rauen Umgebungsbedingungen ermöglichen werden. Insbesondere wird keine teure Sensorelektronik benötigt, da C/SiCX typischerweise hohe GF-Werte in der Größenordnung von 10³ liefert, d.h. eine hohe Sensorempfindlichkeit. Die im Rahmen des Projekts erzielten Ergebnisse ermöglichen die Entwicklung von Druckmessgeräten für Gasturbinen oder Vergasungsreaktoren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Compressive thermal stress and microstructure-driven charge carrier transport in silicon oxycarbide thin films. Journal of the European Ceramic Society, 41(13), 6377-6384.
Ricohermoso, Emmanuel; Klug, Florian; Schlaak, Helmut; Riedel, Ralf & Ionescu, Emanuel
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Electrically conductive silicon oxycarbide thin films prepared from preceramic polymers. International Journal of Applied Ceramic Technology, 19(1), 149-164.
Ricohermoso, Emmanuel III; Klug, Florian; Schlaak, Helmut; Riedel, Ralf & Ionescu, Emanuel
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Piezoresistive carbon-containing ceramic nanocomposites – A review. Open Ceramics, 5, 100057.
Ricohermoso, Emmanuel; Rosenburg, Felix; Klug, Florian; Nicoloso, Norbert; Schlaak, Helmut F.; Riedel, Ralf & Ionescu, Emanuel
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Hierarchical microstructure growth in a precursor‐derived SiOC thin film prepared on silicon substrate. International Journal of Applied Ceramic Technology, 20(2), 735-746.
Ricohermoso, Emmanuel III; Heripre, Eva; Solano‐Arana, Susana; Riedel, Ralf & Ionescu, Emanuel
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Microstrain-range giant piezoresistivity of silicon oxycarbide thin films under mechanical cyclic loads. Materials & Design, 213, 110323.
Ricohermoso, Emmanuel; Klug, Florian; Schlaak, Helmut; Riedel, Ralf & Ionescu, Emanuel
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SiOC-Based Strain Gauge with Ultrahigh Piezoresistivity at High Temperatures. ACS Applied Engineering Materials, 1(4), 1093-1105.
Ricohermoso, Emmanuel; Solano-Arana, Susana; Fasel, Claudia; Riedel, Ralf & Ionescu, Emanuel
