Polarisationsbestimmung integrierter Piezokeramiken für die Prozesskontrolle und zerstörungsfreie Bauteilprüfung

Piezoelektrische Sensoren und Aktoren werden in Leichtbaustrukturen stofflich integriert, um intelligente aktive Strukturbauteile zu schaffen. Thermische und mechanische Belastungen während des Integrationsprozesses können zur teilweisen Depolarisation der Piezokeramiken führen. Die vorliegende Arbeit befasst sich deshalb mit der zerstörungsfreien Prüfung des Polarisationszustandes der integrierten Piezomodule zur Qualitätskontrolle und zur Optimierung der Fertigungstechnologie. Dazu werden zwei thermische Messverfahren angewendet, die Laserintensitätsmodulationsmethode (LIMM) und die Wärmepulsmethode (WPM). Aus dem Frequenzgang des pyroelektrischen Stromes lässt sich der Polarisationszustand leicht abschätzen, wobei der Mehrschichtaufbau der eingebetteten Piezomodule berücksichtigt wird. Für die meisten separaten und integrierten Piezomodule wurde eine homogene Polarisationsverteilung festgestellt. Die Wärmepulssignale werden im Zeitbereich gemessen, die Bestimmung des Polarisationszustandes erfolgt nach Fouriertransformation im Frequenzbereich. Die Messung im Zeitbereich ist wesentlich schneller als im Frequenzbereich, führt aber zu größeren Messunsicherheiten. Die Ergebnisse der beiden Messmethoden LIMM und WPM stimmen gut überein. Mit beiden Methoden konnte die Verringerung der remanenten Polarisation von Piezomodulen durch die technologischen Einflüsse während der Integration in die Strukturbauteile nachgewiesen werden.