TY - THES

T1 - Bestimmung der Festigkeit von PTC-Elektrokeramiken in Abhängigkeit von der Temperatur

AU - Salik, Yusuf Ziya

PY - 2011/9

Y1 - 2011/9

N2 - Elektrokeramische Kaltleiter (PTC) werden auf der Werkstoffbasis von Bariumtitanat hergestellt. Es handelt sich dabei um einen polykristallinen, ferroelektrischen Werkstoff, der für elektronische Bauteile verwendet wird. Je nach Temperatur kristallisiert Bariumtitanat in zwei polymorphen Gitter-Typen der Perowskit-Struktur. Bei einer Temperatur über der sogenannten Curie-Temperatur (120 °C) ist es kubisch und unterhalb dieser Temperatur tetragonal. In diesem Projekt wurde die Festigkeit einer kommerziellen PTC-Keramik aus Bariumtitanat unterhalb und über der Curie-Temperatur untersucht. Dazu wurde die 4-Kugel-Methode verwendet, die auch für kleinvolumige Proben geeignet ist. Weshalb die 4-Kugel-Test-Methode verwendet wurde und welche Vorteile diese hat, wird in der Theorie erklärt und geschildert. Um die Messung auch bei höheren Temperaturen durchzuführen zu können wurde ein temperaturbeständiges Auflager gebaut und der 4-Kugelversuch für die Messung in einem Ofen adaptiert. Es wurden PTC-Bauteile (kleinvolumige Zylinder mit ca. 8 mm Durchmesser und ca. 1,2 mm Höhe) bei den Temperaturen 20 °C, 100 °C, 120 °C, 150 °C und 200 °C untersucht. Die Temperaturen für die Messung wurden derart gewählt, dass Versuche sowohl deutlich unter als auch deutlich über der Curie- Temperatur ( c T =120 °C) des PTC-Werkstoffs durchführt wurden. Als begleitende Analysen wurden Porositätsmessungen sowie fraktographische Untersuchungen an den gebrochenen Proben durchgeführt. Es wurde gefunden, dass die Festigkeit der PTC-Keramik über der Curie Temperatur signifikant größer (+15 %) ist als unter der Curie Temperatur. Dies ist auf eine entsprechende Änderung der Bruchzähigkeit zurückzuführen. Da sich aber als Folge der Phasenumwandlung auch der Elastizitätsmodul verändert (er ist in der kubischen Phase um etwa 80 % höher als in der tetragonalen Phase), bedeutet dies insgesamt, daß die Bruchenergie in der tetragonalen Phase etwa 24 % größer als in der kubischen Phase ist. Dies dürfte auf nichtelastische Umklappvorgänge von Domänen zurückzuführen sein.

AB - Elektrokeramische Kaltleiter (PTC) werden auf der Werkstoffbasis von Bariumtitanat hergestellt. Es handelt sich dabei um einen polykristallinen, ferroelektrischen Werkstoff, der für elektronische Bauteile verwendet wird. Je nach Temperatur kristallisiert Bariumtitanat in zwei polymorphen Gitter-Typen der Perowskit-Struktur. Bei einer Temperatur über der sogenannten Curie-Temperatur (120 °C) ist es kubisch und unterhalb dieser Temperatur tetragonal. In diesem Projekt wurde die Festigkeit einer kommerziellen PTC-Keramik aus Bariumtitanat unterhalb und über der Curie-Temperatur untersucht. Dazu wurde die 4-Kugel-Methode verwendet, die auch für kleinvolumige Proben geeignet ist. Weshalb die 4-Kugel-Test-Methode verwendet wurde und welche Vorteile diese hat, wird in der Theorie erklärt und geschildert. Um die Messung auch bei höheren Temperaturen durchzuführen zu können wurde ein temperaturbeständiges Auflager gebaut und der 4-Kugelversuch für die Messung in einem Ofen adaptiert. Es wurden PTC-Bauteile (kleinvolumige Zylinder mit ca. 8 mm Durchmesser und ca. 1,2 mm Höhe) bei den Temperaturen 20 °C, 100 °C, 120 °C, 150 °C und 200 °C untersucht. Die Temperaturen für die Messung wurden derart gewählt, dass Versuche sowohl deutlich unter als auch deutlich über der Curie- Temperatur ( c T =120 °C) des PTC-Werkstoffs durchführt wurden. Als begleitende Analysen wurden Porositätsmessungen sowie fraktographische Untersuchungen an den gebrochenen Proben durchgeführt. Es wurde gefunden, dass die Festigkeit der PTC-Keramik über der Curie Temperatur signifikant größer (+15 %) ist als unter der Curie Temperatur. Dies ist auf eine entsprechende Änderung der Bruchzähigkeit zurückzuführen. Da sich aber als Folge der Phasenumwandlung auch der Elastizitätsmodul verändert (er ist in der kubischen Phase um etwa 80 % höher als in der tetragonalen Phase), bedeutet dies insgesamt, daß die Bruchenergie in der tetragonalen Phase etwa 24 % größer als in der kubischen Phase ist. Dies dürfte auf nichtelastische Umklappvorgänge von Domänen zurückzuführen sein.

KW - PTC

KW - Bariumtitanat

KW - 4-Kugeltest

KW - Festigkeit

KW - PTC

KW - Bariumtitanate

KW - Strength

KW - Ball on Three Balls Test

M3 - Masterarbeit

ER -