Piezoelektrische Keramiken

Abstract

1 Grundlagen Deformiert man piezoelektrische Werkstoffe durch eine mechanische Spannung, so wird im Material eine Polarisation P bzw. eine dielektrische Verschiebung D er-zeugt, die in erster Näherung proportional zur angelegten mechanischen Spannung T ist (direkter piezoelektrischer Effekt). D=dT (1.1) Der Effekt wird beobachtet, wenn bei kurzgeschlossenen Elektroden einer piezoelek-trischen Probe unter Änderung der mechanischen Spannung ein Strom gemessen wird. Aus der Integration des Stroms über die Zeit kann der piezoelektrische Koeffi-zient d bei bekanntem T berechnet werden. Der Prozeß ist abhängig vom Vorzei-chen, d.h. wechselt die mechanische Beanspruchung von Druck auf Zug, verändert sich die Stromrichtung (Bild 1.1a). Bild l.l-_.+._-j-~It-=-j +-1L-_' _-'1-(b) ~ ~ Der direkte (a) und der inverse (b) piezoelektrische Effekt; Kontraktion und Expansion Der Piezoeffekt ist umkehrbar (inverser piezoelektrischer Effekt). Ein elektrisches Feld verursacht eine relative Längenänderung S = Al/I, die direkt proportional zum wirkenden Feld E ist (Bild 1.1b). Mit Hilfe thermodynamischer Betrachtungen kann bewiesen werden, daß die Proportionalitätsfaktoren des direkten und des indirekten Piezoeffektes identisch sind [1]. S=dE (1.2) H. Schaumburg (ed.), Keramik