Bildung und Ausbreitung von Ein- und Mehrfachrissen in Piezoelektrika infolge elektrisch gesteuerter Umpolung: Modellierung

• Antragsteller: Dr. Hans-Achim Bahr
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen
• Förderung: Förderung von 1998 bis 2002
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5149348

Ziel des Projektes ist die Aufklärung relevanter Schädigungsmechanismen durch Ein- und Mehrfachrißausbreitung infolge von Dehnungsinkompatibilitäten, wie sie in piezoelektrischen Systemen, z.B. Mehrschichtaktuatoren, durch Polung oder Umpolung auftreten. Modellexperimente an der TU Darmstadt/I/und der TU Hamburg-Harburg/2/ mit einer Vielfalt zu beobachtender Rißausbreitungsphänomene werden mittels FEM bruchmechanisch analysiert. Schwerpunkt ist im 2. Jahr der detaillierte Vergleich zwischen den experimentellen und theoretischen Ergebnissen. Die durch Umpolung hervorgerufene Änderung der remanenten Dehnung bzw. Schrumpfung liefert die wesentliche Belastung und den Schlüssel für die Modellierung und wird aus Verschiebungsmessungen in Darmstadt ermittelt. Analysiert werden die kritischen elektrischen Belastungen für Aktivierung, Umlenkung, gerade und oszillierende Ausbreitung nichtleitender Risse sowie die durch Rißausbreitung bedingte Schädigung (Endrißlängen, Rißtiefe und Rißdichte). Der morphologische Phasenübergang zwischen gerader und oszillierender Rißausbreitung wird als ein sensibler Indikator für das Rißausbreitungskriterium angesehen. Mit diesem Projekt soll ein Beitrag zur Bewertung der elektrischen Belastbarkeit piezoelektrischer Systeme geleistet werden.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 734: Multifunktionswerkstoffe
• Beteiligte Personen: Professorin Dr. Ute Bahr; Professor Dr.-Ing. Herbert Balke