Keramik PZT-Werkstoffe im Tiefseetest

Redakteur: Lea Ziegler

In einer speziellen Testreihe hat Morgan Advanced Materials herausgefunden, dass ihre für Tiefseeanwendungen entwickelten Werkstoffe aus Bleizirkonat-Titanat-Keramik höheren Wasserdrücken standhalten können als denen, die in der Natur tatsächlich auftreten.

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Die weichen Werkstoffe der Reihe PZT5A1 und die harten Werkstoffe der Reihe PZT401 zeigten laut Morgan auch bei hohen Drücken keine Anzeichen von Depolarisation.
Die weichen Werkstoffe der Reihe PZT5A1 und die harten Werkstoffe der Reihe PZT401 zeigten laut Morgan auch bei hohen Drücken keine Anzeichen von Depolarisation.
(Bild: Morgan Advanced Materials)

In Tiefseetests wurde beispielsweise untersucht, ob es bei tiefseetypischen Druckverhältnissen zu einer Veränderung der piezoelektrischen Eigenschaften der Keramik-Werkstoffe von Morgan kommt.Getestet wurden ganz unterschiedliche Keramiksorten, die üblicherweise in Unterwasseranwendungen zum Einsatz kommen, darunter sowohl weiche als auch harte PZT-Sorten. So sollte herausgefunden werden, wie sich die Werkstoffe verhalten, wenn sie dutzend- oder hundertfach mit sehr hohem Druck belastet werden.

Jeder Keramiktyp wurde mit einem Druck von 27.000 psi (1862 bar) beaufschlagt. Das entspricht einer Meerestiefe von 18.500 m. Diese Werte übersteigen den Standardatmosphärendruck auf Meereshöhe um mehr als ein Tausendfaches. Selbst am tiefsten Punkt der Erde werden keine höheren Werte erreicht. Im Marianengraben herrscht bei einer Meerestiefe von 10.994 m (+/- 40 m) ein Druck von 15.750 psi (1086 bar).

Keine Depolarisation

Laut Unternehmen führten die Tests zu folgenden Ergebnissen: Die weichen Werkstoffe der Reihe PZT5A1 und die harten Werkstoffe der Reihe PZT401 zeigten bei den hohen Drücken keine Anzeichen von Depolarisation. Werden Wandler für Tiefseeanwendungen entwickelt, verwenden Ingenieure normalerweise Werkstoffe, bei denen es zu keiner nennenswerten Depolarisation kommt, wie zum Beispiel bei einem harten Keramikwerkstoff. Die Tests von Morgan haben nun ergeben, dass auch ein weicher Werkstoff mit denselben Leistungsmerkmalen zur Verfügung steht.

Paul Turnbull von Morgan erläutert: „Wenn ein PZT-Werkstoff wiederholt mit hohem Druck belastet werden kann, ohne dass seine Eigenschaften sich verändern, ist seine Leistungsfähigkeit und damit auch seine Tauglichkeit für Tiefseeanwendungen langfristig sichergestellt. Unsere Tests, in denen die Werkstoffe wesentlich höheren Drücken ausgesetzt wurden, als in der Natur jemals anzutreffen sind, haben ergeben, dass die Leistungsfähigkeit unserer Werkstoffe auch unter extremen Bedingungen erhalten bleibt.“ (lz)

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