Forschungszentrum Ultraschall gGmbH

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Hochschule Merseburg


Metallisierung/Elektrodierung sowie Polarisierung von piezoelektrischen Materialien

Piezoelektrische Materialien mit Ausnahme der Einkristalle zeigen unmittelbar nach der Herstellung noch nicht den gewünschten piezoelektrischen Effekt. Die Ursache dafür liegt beispielsweise bei den polykristallinen keramischen Werkstoffen darin, dass nach dem Sinterprozess die Polarisationsrichtungen der einzelnen Kristallite aufgrund der Domänenstruktur in verschiedene Richtungen zeigen. Erst durch das Anlegen eines genügend starken elektrischen Feldes lässt sich die Polarisation der Domänen ausrichten. Diese Ausrichtung (remanente Polarisation) bleibt auch nach dem Abschalten des elektrischen Feldes weitestgehend erhalten und führt zum direkten und inversen Piezoeffekt des Materials.

 

 Domänenstruktur vor Polung    Domänenstruktur nach Polung
Natürliche Polarisation der Keramik   Nach dem Polarisierungsvorgang


Damit die Piezokeramik, PVDF-Folie oder andere ferroelektrische Materialien polarisiert werden können, sind Elektroden erforderlich. Diese dienen zunächst zum Anlegen der Polarisationsspannung. Im späteren Einsatz als Empfänger (Mikrofon) wird an diesen Elektroden die Signalspannung abgegriffen. Im Falle der Anwendung als Sender (Lautsprecher oder Aktuator) dienen sie zum Anlegen der elektrischen Spannung, die in eine mechanische Bewegung umgesetzt wird.

Das Aufdampfen des Schichtsystems für die Elektroden und die Polarisation von piezoelektrischen Materialien bieten wir als Dienstleistung an. Mittels thermischer Bedampfung realisieren wir funktionale Mehrschichtsystem mit bis zu 4 verschiedenen Materialien. Somit können industrietaugliche lötbare Elektroden mit sehr guten Leitfähigkeitswerten und einer Korrosionsschutzschicht hergestellt werden.

Für die Polarisation steht ein computergesteuertes Polungsgerät mit folgenden Parametern zur Verfügung:

  • Polungsspannung: 0 – 14 kV
  • Regelbare Polungstemperatur: 35 – 60 °C 
  • Spannungsanstiegszeit einstellbar: 0,1 - 500 min
  • Polarisationszeit: 0,1 – 500 min
  • Überwachungsvorrichtungen: Spannung, Strom, Temperatur und mechanische Verriegelung
  • Dokumentation: Spannungs- und Temperaturverlauf
  • Maximale Materialgröße: 100 mm x 100 mm