TY - THES

T1 - Bestimmung der Domänentextur in piezoelektrischen Aktoren mittels polarisierter Raman - Spektroskopie

AU - Kaufmann, Petra

N1 - gesperrt bis null

PY - 2015

Y1 - 2015

N2 - Die hervorragenden Eigenschaften wie z.B. schnelle Reaktionszeiten und trotzdem hohe Präzision piezoelektrischer Werkstoffe haben zu vielen Anwendungen u.a. in der Automobilindustrie geführt. Einer dieser Werkstoffe ist Bleizirkonattitanat, welcher als Piezo – Aktor eine Anwendung in Kraftstoff – Einspritzsystemen im Automobilsektor findet. Maßgebenden Einfluss auf die mechanischen und funktionellen Eigenschaften dieses Werkstoffes hat dabei die Domänendichteverteilung. Um die Eigenschaften und auch die Zuverlässigkeit des Werkstoffes zu verbessern ist es von Bedeutung diese Domänendichteverteilung zu bestimmen. In dieser Arbeit werden unterschiedlich konditionierte (ungepolte, gepolte bzw. gedrückte) Piezo – Aktoren mittels polarisierter Raman – Spektroskopie untersucht. Polarisierte Raman – Messungen können zur Anwendung kommen, da das Raman – Signal eine Richtungsabhängigkeit bei Drehung der Probe um ihre eigene Achse zeigt. Es finden Untersuchungen im remanenten und auch im in – situ konditionierten Zustand statt. Des Weiteren wird auch noch untersucht, ob die Art der Probenvorbereitung (zuerst konditioniert und dann mechanisch präpariert bzw. umgekehrt) einen Einfluss auf die oberflächennahen Raman – Untersuchungen ausübt. Zusätzlich wird auch noch geklärt ob eine spezielle chemo – mechanische Präparationstechnik Einfluss auf die mechanischen Spannungen an der Oberfläche der Probe hat. Die ermittelten Abhängigkeiten der Intensität werden dann als Basis für eine Reverse Monte Carlo (RMC) Simulation eingesetzt, deren Ergebnis eine Domänendichteverteilung abbildet. Dazu werden zuerst durch Zuhilfenahme einer Kalibrationsmessung die Elemente des Ramantensors bestimmt. Zu Beginn der Simulation werden zufällig orientierte Kristalle im Material angenommen und während der Simulation werden deren Orientierungen so geändert, dass sich die simulierten Intensitätsverläufe den gemessenen annähern. Um die Ergebnisse aus den polarisierten Raman – Messungen zumindest qualitativ zu stützen wurden Vickers Härteeindrücke in die gemessenen Proben induziert und die an den Ecken des Eindruckes entstandenen Risse vermessen. Anhand der Risslängen kann qualitativ beurteilt werden, welche Domänenverteilung im Material vorliegt. Diese Information wurde dann mit den Ergebnissen der Raman – Untersuchungen verglichen. Dabei wurden Härteeindrücke im remanenten Zustand der Probe sowie auch in einem in – situ gedrückten Zustand mit verschiedenen Druckspannungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass im remanent konditionierten Material nur eine sehr schwache Abhängigkeit der Intensität vom Drehwinkel vorliegt. Sie verstärkt sich jedoch bei den in – situ konditionierten Proben um ein Vielfaches. Diese Ergebnisse konnten durch Härteprüfungen bestätigt werden. 

AB - Die hervorragenden Eigenschaften wie z.B. schnelle Reaktionszeiten und trotzdem hohe Präzision piezoelektrischer Werkstoffe haben zu vielen Anwendungen u.a. in der Automobilindustrie geführt. Einer dieser Werkstoffe ist Bleizirkonattitanat, welcher als Piezo – Aktor eine Anwendung in Kraftstoff – Einspritzsystemen im Automobilsektor findet. Maßgebenden Einfluss auf die mechanischen und funktionellen Eigenschaften dieses Werkstoffes hat dabei die Domänendichteverteilung. Um die Eigenschaften und auch die Zuverlässigkeit des Werkstoffes zu verbessern ist es von Bedeutung diese Domänendichteverteilung zu bestimmen. In dieser Arbeit werden unterschiedlich konditionierte (ungepolte, gepolte bzw. gedrückte) Piezo – Aktoren mittels polarisierter Raman – Spektroskopie untersucht. Polarisierte Raman – Messungen können zur Anwendung kommen, da das Raman – Signal eine Richtungsabhängigkeit bei Drehung der Probe um ihre eigene Achse zeigt. Es finden Untersuchungen im remanenten und auch im in – situ konditionierten Zustand statt. Des Weiteren wird auch noch untersucht, ob die Art der Probenvorbereitung (zuerst konditioniert und dann mechanisch präpariert bzw. umgekehrt) einen Einfluss auf die oberflächennahen Raman – Untersuchungen ausübt. Zusätzlich wird auch noch geklärt ob eine spezielle chemo – mechanische Präparationstechnik Einfluss auf die mechanischen Spannungen an der Oberfläche der Probe hat. Die ermittelten Abhängigkeiten der Intensität werden dann als Basis für eine Reverse Monte Carlo (RMC) Simulation eingesetzt, deren Ergebnis eine Domänendichteverteilung abbildet. Dazu werden zuerst durch Zuhilfenahme einer Kalibrationsmessung die Elemente des Ramantensors bestimmt. Zu Beginn der Simulation werden zufällig orientierte Kristalle im Material angenommen und während der Simulation werden deren Orientierungen so geändert, dass sich die simulierten Intensitätsverläufe den gemessenen annähern. Um die Ergebnisse aus den polarisierten Raman – Messungen zumindest qualitativ zu stützen wurden Vickers Härteeindrücke in die gemessenen Proben induziert und die an den Ecken des Eindruckes entstandenen Risse vermessen. Anhand der Risslängen kann qualitativ beurteilt werden, welche Domänenverteilung im Material vorliegt. Diese Information wurde dann mit den Ergebnissen der Raman – Untersuchungen verglichen. Dabei wurden Härteeindrücke im remanenten Zustand der Probe sowie auch in einem in – situ gedrückten Zustand mit verschiedenen Druckspannungen untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass im remanent konditionierten Material nur eine sehr schwache Abhängigkeit der Intensität vom Drehwinkel vorliegt. Sie verstärkt sich jedoch bei den in – situ konditionierten Proben um ein Vielfaches. Diese Ergebnisse konnten durch Härteprüfungen bestätigt werden. 

KW - Domänentextur PZT

KW - polarisierte Raman

KW - Spektroskopie PZT

KW - Härteprüfung PZT

KW - pieoelectric actuators

KW - polarized Raman Spectroscopy

KW - PZT

KW - indentation tests PZT

M3 - Diplomarbeit

ER -