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Synthese Titanat-basierter Kern-Schale Mikro-Partikel zur Feldsteuerung in der Hochspannungstechnik

Lehmann, Sebastian (2020):
Synthese Titanat-basierter Kern-Schale Mikro-Partikel zur Feldsteuerung in der Hochspannungstechnik.
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.25534/tuprints-00012184,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Synthese Titanat-basierter Kern-Schale Mikro-Partikel zur Feldsteuerung in der Hochspannungstechnik
Language: German
Abstract:

Die Materialklasse der Titanate weist hervorragende Eigenschaften wie Hochtemperaturstabilität, Ver- schleißfestigkeit sowie Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit auf. Darüber hinaus lassen sich die elek- trischen Eigenschaften der Materialien beispielsweise durch Dotierungen gezielt verändern. Aus diesem Grund werden sie als gesinterte Vollkeramik bereits weit verbreitet als mehrlagige Kondensatoren oder Sensoren zur Temperaturkontrolle für elektronische Bauteile eingesetzt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Synthese Titanat-basierter Kern-Schale Mikro-Partikel über einen nasschemischen Fällungsprozess mithilfe einer ammoniakalischen Wasserstoffperoxid-Lösung und de- ren Charakterisierung. Es werden dotierte Barium- und Strontiumtitanate, die in der Perowskit-Struktur kristallisieren, durch Änderung des pH-Wertes und der Temperatur auf verschiedene keramische Sub- strate gefällt. Die Substrate haben dabei Einfluss auf Geometrie und Dichte der resultierenden Partikel. Aus dem gefällten und getrockneten Material wird über eine sich anschließende Kalzinierung bei hohen Temperaturen unter oxidierender und reduzierender Atmosphäre eine granuläre Struktur auf dem Sub- strat erzeugt. Die Charakterisierung erfolgt mithilfe unterschiedlicher Methoden, wobei die Elektronenmikrosko- pie und die Röntgendiffraktometrie zwei der wichtigsten Werkzeuge darstellen. Daneben kommen Spektroskopie-Techniken (UV-Vis, Raman, XPS) und thermische Analysen (TGA) zum Einsatz. Mithilfe der statistischen Versuchsplanung werden die Materialien, die als Füllstoffe in Polymeren ein- gesetzt werden können, auf nicht-linear elektrische Eigenschaften optimiert. Hierfür werden Füllstoff- Silikon-Komposite hergestellt, an denen die elektrische Stromdichte J bei sich ändernder elektrischer Feldstärke E gemessen wird. Es werden Parameter definiert, mit denen der Verlauf der J-E-Kennlinie be- einflusst werden kann. Eine mögliche Anwendung dieser Neuentwicklung findet sich im Bereich der Feldsteuerung in der Hoch- spannungstechnik. Indem das Material intelligent auf hohe elektrische Feldstärken reagiert, werden Fel- der entzerrt beziehungsweise Feldüberhöhungen abgebaut und das Hochspannungskabel und andere Zubehörteile, wie Kabelmuffen und Endverschlüsse, erhalten eine höhere Lebensdauer.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Titanates show outstanding properties, like high-temperature stability, wear resistance as well as corrosion- and oxidation resistance. Furthermore it is possible to influence electrical properties of these materials via doping specifically. This is why they are commonly applied as sintered bulk ceramics, like Multilayer Ceramic Chip Capacitors or sensors for temperature control for electronic devices. The present work describes synthesis of core-shell micro-particles based on titanates via wet-chemical precipitation process with an ammonia/hydrogen peroxide solution and their characterization. By chang- ing pH and temperature, doped barium- and strontiumtitanates, which crystallize in perovskite-structure, are precipitated on different ceramic substrates. The substrates show influence on geometry and density of the resulting particles. Calcination of the precipitated and dried material at high temperatures in oxidizing and reducing atmosphere leads to a granular structure ontop of the substrate. Characterization is done employing different methods, like electron microscopy and x-ray diffractometry to mention the two most important ones. Furthermore, spectroscopy-techniques (UV-Vis, Raman, XPS) and thermal analyses (TGA) are used. The materials, which can be used as filler in polymers, are optimized for their non-linear electric proper- ties with the help of ‚design of experiments‘. Therefore, current-density J is measured while increasing electric field strength E on prepared filler-silicone composite materials. Parameters are defined and eval- uated which influence J-E-characteristic curve. This new development can be potentially used for field grading applications in high voltage engineering. By intelligently responding to high electric fields, the field become equalized and the durability of high voltage cables and accessories like cable joints or terminations is increased.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science
11 Department of Materials and Earth Sciences > Material Science > Material Analytics
Date Deposited: 14 Aug 2020 09:49
Last Modified: 14 Aug 2020 13:56
DOI: 10.25534/tuprints-00012184
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-121844
Referees: Ensinger, Prof. Dr. Wolfgang and Donner, Prof. Dr. Wolfgang
Refereed: 2 July 2020
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/12184
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