Untersuchung piezoelektrischer Materialeigenschaften unter hydrostatischer Last

Piezoelektrische Keramiken finden sowohl in Sensoren als auch in Aktoren Anwendung. Bei Hochleistungs-Ultraschallanwendungen sind diese Komponenten erheblichen elektrischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt, was zum Auftreten nichtlinearer Effekte führt. Um das nichtlineare Materialverhalten piezoelektrischer Keramiken zu charakterisieren, kann eine statische mechanische Last aufgebracht werden, die den mechanischen Arbeitspunkt verschiebt. Durch Variation dieser statischen mechanischen Belastung kann das lineare Verhalten in jedem Betriebspunkt charakterisiert werden, woraufhin die nichtlinearen Eigenschaften des Materials angenähert werden können. Allerdings ist die Sicherstellung einer homogenen mechanischen Last anspruchsvoll. Alternativ kann eine hydrostatische Belastung realisiert werden, indem die Probe in einen Behälter gegeben wird, der mit unter Druck stehendem Fluid gefüllt ist. Dadurch wird eine gleichmäßige Lastverteilung über die Oberfläche der Probe erreicht. In diesem Beitrag wird ein Versuchsaufbau zur Durchführung elektrischer Impedanzmessungen an piezoelektrischen Keramiken in einem Druckbehälter vorgestellt. Die Probe wird im Inneren des Druckbehälters elektrisch kontaktiert. Unter Verwendung von unter Druck stehendem Argon wird auf diese Weise die Messung der elektrischen Impedanz unter hydrostatischer Last von bis zu 200 bar ermöglicht. Anschließend wird ein inverses Verfahren angewendet, um die Materialparameter in Abhängigkeit von der aufgebrachten Last zu ermitteln.