Vorhaben-Nr.: BMBF (03 WKL 07 A; 03 WKL 07 B)

Ziel des Projektes war die Verarbeitung von PZT zu Fäden mit einer sehr hohen Dichte. Der Lösungsansatz war die Nutzung der ALCERU-Technologie. Mit PZT-Kalzinaten beladene Celluloselösung wurde mittels des Lyocellverfahrens zu PZT-Cellulose-Fäden versponnen, welche vor dem Sinterungsprozess in ihrer Form flexibel sind.

Es wurden die Prozessschritte der Vorbehandlung des Kalzinates, die Herstellung der hochbeladenen Spinnlösungen, deren Verspinnung, Nachbehandlung und Trocknung optimiert. Die erhaltenen Grünfasern mit Durchmessern von 25 - 1400 µm enthielten neben der cellulosischen Matrix zwischen 87 und 95 Masse% PZT-Pulver. Für den Fertigungs-
prozess wird ein Verfahrensablauf erarbeitet, der aus einer piezokeramischen Grünfaser über Sinterprozess, Faseranordnung und Verguss mit einem Matrixkunststoff letztendlich zum fertigen Wandlerelement führt. Als wesentliche Schritte schließen das Polarisieren, bei welchem dem Material die gerichteten piezoelektrischen Eigenschaften eingeprägt werden, die Vermessung der elektrischen Impedanz und des Verlustwinkels als qualitätssichernde Parameter, die Herstellung des Komposites ab.

Die Schalleffizienz nach vorn konnte durch die als einachsige Schwinger anzusehenden Fasern maximiert werden; der einhüllende Matrixwerkstoff entkoppelt die Fasern von Quereinflüssen. Weiterhin kann mit den Parametern Faserverteilung, Faserdurchmesser, Füllgrad und Art des Matrixwerkstoffes die Gesamtsteifigkeit des Wandlers variiert werden.

Durch die im Projekt erarbeiten Ergebnisse ist es möglich 1-3 Komposite auf Basis piezoelektrischer Fasern herzustellen. Mit den entwickelten Technologien stehen nun effiziente und qualitativ hochwertige Piezofasern für 1-3 Komposite zur Verfügung, welche eine Herstellung von speziell auf die Anwendung angepassten Schwingern ermöglichen.

Projektpartner: Smart Material GmbH, Dresden