Problemstellung

Sonderforschungsbereich 595

Problemstellung

Mit elektrischer Ermüdung von Funktionswerkstoffen werden Phänomene beschrieben, bei denen sich die für die Anwendung relevanten Kennfunktionen eines Werkstoffs mit steigender Zahl an elektrischen Betriebszyklen verschlechtern.

Durch zyklische elektrische Belastung entstehen neben reversiblen Strömen und Polarisationen auch irreversible Ladungsströme. Die dabei transportierten ionischen und elektrischen Ladungsträger können untereinander und mit Gefügebestandteilen im Volumen oder an inneren Grenzflächen (Korngrenzen und Domänenwänden) und Phasengrenzflächen (z. B. Elektrode/Elektrolyt) komplexe Wechselwirkungen eingehen. Diese führen zu einer lokalen Veränderung der Spannungs- und Stromverteilung im Material und in den Materialkombinationen, die zu einer lokalen Überbelastung und dadurch zu einer Materialschädigung führen kann, die die Wirkungsweise der betrachteten Bauteile irreversibel beineträchtigt.

Diese Materialveränderung kann in einigen Systemen bis zum Auftreten von mechanischen Schädigungen oder irreversiblen Zersetzungsreaktionen führen, was allerdings nur den Endpunkt in der Schädigungskette aufzeigt, aber nicht die Ursache des Problems darstellt. Die grundlegenden Mechanismen, die zur elektrischen Ermüdung führen, sind auf mikroskopischer Ebene bisher weitgehend unverstanden.