Neue Prozesse für hochempfindliche piezoelektrische Keramikmaterialien

Piezoelektrische Geräte werden als Aktoren und Sensoren in zahlreichen Anwendungen einschließlich Messwandler und Tintenstrahldrucker eingesetzt. Im Rahmen eines EU-finanzierten Projekts bediente man sich der Nanotechnologie, um neue keramische Materialien für moderne Anwendungen zu entwickeln, die eine hohe Empfindlichkeit benötigen.

Das Projektteam hat aus Nanopulvern der Perovskit-Phase piezokeramische Materialien unter Verwendung eines einstufigen Synthesepfads hergestellt, der auf der mechanochemischen Aktivierung von chemischen Vorstufen basiert. Bei einem Vergleich des neuartigen Verfahrens des Projekts mit dem zweistufigen Kolumbit-Synthesepfad zeigte sich, dass mit der neuen Methode eine größere Einheitlichkeit und besser definierte Eigenschaften erreicht werden.

Der mechanochemische Prozess beinhaltete das Verfahren des Sinterns für die Transformation des Pulvers in ein keramisches Material sowie die Methode des Heißpressens. Die Forscher experimentierten mit unterschiedlichen Umfeldfaktoren, um deren Auswirkungen auf die Dichte und Granularität des Endproduktes zu untersuchen.

Die für den Sinterprozess genutzte Temperatur wurde zwischen 900 und 1250 Grad Celsius variiert. Das Sintern erfolgte auch in einer Bleioxid-Atmosphäre, und verschiedene Verpackungsmaterialen wurden untersucht, um dies zu erreichen.

Die hergestellten Keramikmaterialien – mit unterschiedlicher Dichte, Porosität und Korngröße – wurden dann hinsichtlich ihrer elektrischen, mechanischen und elektromechanischen Merkmale getestet. Dazu gehörten Verformungseigenschaften sowie dielektrische, ferroelektrische und piezoelektrische Parameter. Es zeigte sich, dass die neuen Keramikmaterialien eine höhere Einheitlichkeit in ihrer Zusammensetzung und eine verbesserte kristallografische Qualität aufweisen.