Hierarchical Cellular Ceramic Materials
Final Report Abstract
Das Vorhaben befasst sich mit neuartigen Konzepten für die Auslegung und Fertigung hierarchischer zellularer Keramiken, die durch eine quasi-kristalline, translationsperiodische Anordnung von dichten oder porösen Zellen gekennzeichnet sind. Raumfüllende Hexaeder aus Al2O3 wurden als Modellsystem für dichte zellulare Keramiken untersucht. Die Grenzflächenbindung erfolgte durch eine polymere bzw. metallisch geprägte Bindephase. Im Fall metallischer Bindung wurden MAX Mischkristalle im System Ti2(Sn,Al)C erzeugt, die eine Rißheilfähigkeit durch Reaktion mit Umgebungssauerstoff aufweisen. Abhängig von der quasi-kristallinen Symmetrie wurden signifikante Steigerungen beispielsweise der Brucharbeit durch kontrollierte Rißablenkung entlang der building-bloc Grenzeflächen nachgewiesen. Die Forschungsarbeiten im Schwerpunkt zellulare Piezokeramik widmeten sich der Auslegung und Herstellung auxetischer Gitterstrukturen aus Piezokeramik, in denen durch Kopplung des auxetischen mit dem piezoelektrischen Verhalten Gitterstrukturen mit hohem hydrostatischem Dehnungsfaktor erzeugt werden sollen. Polarisierte Wabengitter wurden durch micromoulding eines PZT slurries in 3D gedruckte Gitter-Formen hergestellt. Optische Dehungsuntersuchungen am Modellsystem PZT im mechanischen und elektrischen Feld (transversale Kopplung) bestätigten signifikante Dehnungsverstärkungseffekte gegenüber dem Verhalten des dichten PZT Materials. Die Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen fließen in anwendungsorientierte Materialentwicklungsarbeiten mit hohem Innovationspotential ein, wobei piezeoelektrische Keramiken mit dehnungsverstärkenden planaren Gitterstrukturen für sensorische (und aktorische) Anwendungen im Vordergrund stehen.
Publications
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