Werkstoffentwicklung für neue, bleifreie Keramikheizer und Piezokeramiken sowie kontrolliert leitende Isolatorwerkstoffe

Abstract

Das Ziel des Projekts, einen deutlichen Fortschritt in der Werkstoffentwicklung zu erzielen und damit die wissenschaftlich-technische Innovationsbasis der Elektrokeramik im Tridelta Cam- pus Hermsdorf weiterzuentwickeln, wurde erreicht. So wurden neue, bleifreie Keramikheizer und Piezokeramiken entwickelt. Für letztere wurden hohe, stabile Dehnungen von 0,9‰ bis 100–140°C realisiert und die Behandlungstemperatur der Keramiken durch Sinterhilfsmittel auf 1.120°C gesenkt. Für die Keramikheizer wurde hervorragendes Widerstands-Temperatur-Verhalten mit Sprungtemperaturen von 180°C, somit sogar über dem ursprünglichen Ziel, erreicht. Diese können bei Spannungen von 60–200V ohne starke Alterung betrieben werden. Es wurden darüber hinaus kontrolliert leitende Isolatorwerkstoffe entwickelt, deren spezifischer Widerstand sich durch Dotierung und atmosphärenkontrolliertes Sintern gezielt auf Werte im Bereich von 106 bis 1014 Ωcm einstellen lässt. Und es wurden niedrigsinternde Varistorwerkstoffe und daraus Siebdruckpasten entwickelt, die mit guter Auflösung gedruckt und mit LTCC gemeinsam gesintert werden können. Dabei wurden zum ersten Mal überhaupt in LTCC integrierte Ableitelementen erreicht, dazu mit Nichtlinearitäten α von 15, deutlich über der Erwartung. Aus allen Entwicklungen wurden Demonstratoren bei den Industriepartner aufgebaut und auf Eigenschaften und die weitere Verwertung im Nachgang des Projekts charakterisiert.