Charakterisierung der Eigenschaften dünner dielektrischer Schichten

Zusammenfassung: Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Durchschlagfeldstärke und der relativen Permittivität an elastischen dielektrischen Schichten von Elastomeraktoren. Als Dielektrika kommen Silikone zum Einsatz. Die Herstellung der Silikonschichten erfolgt in einem Schleuderprozess mit einer hierfür entwickelten Anlage. Dabei beträgt die typische Schichtdicke 20 µm. Die Durchschlagfeldstärke und die relative Permittivität sind in Abhängigkeit relevanter Herstellungs- und Betriebsparameter der Aktoren zu betrachten. Nach ausführlicher Recherche werden folgende Einflussfaktoren ausgewählt: Aushärtetemperatur, Frequenz, mechanische Dehnung, Schichtdicke, Anzahl der Schichten und Luftfeuchte. Neben dem bereits verwendeten Silikon Elastosil P 7670 wird ein alternatives Silikon mit der Produktbezeichnung RTV410 von GE Bayer Silicones untersucht. Aufgrund der hohen Elastizität des Silikons ist eine geeignete Kontaktierung zu finden. Nach durchgeführten Vorversuchen werden Elektroden aus Leitsilberelektroden ausgewählt, von denen die Elektrodenfläche bestimmt wird. Hierzu wird die Elektrode fotografiert und die Fläche der Elektrode über eine Bildbearbeitungssoftware gemessen. Weiterhin ist die Bestimmung der Schichtdicke notwendig. Über den Höhenunterschied zwischen Schleuderteller und Oberkante der Silikonschicht wird die Schichtdicke unter einem Mikroskop gemessen. Im Anschluss wird die Kapazität mittels LCR-Meter gemessen und die relative Permittivität berechnet. Für die Bestimmung der Permittivität ergibt sich ein Gesamtfehler von 2,69 %. Die Durchschlagfeldstärke in Anlehnung an DIN EN 60243-1 ermittelt. Hierfür ergibt sich ein Fehler von 3,91 %. Zur Ermittlung des Einflusses der genannten Faktoren wird jeweils ein Faktor variiert, während die übrigen Faktoren konstant gehalten werden. Die Aushärtetemperatur zeigt dabei einen starken Einfluss auf die Durchschlagfestigkeit des Elastosil P 7670. Weiterhin kann ein Einfluss der Frequenz und der mechanischen Dehnung ausgemacht werden. Für das RTV410 ergibt sich unter anderem eine Abhängigkeit zwischen Durchschlagfestigkeit und Schichtdicke. Die folgende Tabelle zeigt zusammenfassend die Einflüsse der einzelnen Faktoren. Beide Materialien zeigen generell ein unterschiedliches Verhalten. Einfluss der einzelnen Parameter: ++ starke , + leichte, 0 keine Abhängigkeit Elastosil P 7670 Temperatur Frequenz Dehnung Schichtdicke Schichtanzahl Durchschlagsfestigkeit: ++ ++ ++ 0 0 Permittivität 0 0 ++ 0 + RTV410 Temperatur Frequenz Dehnung Schichtdicke Luftfeuchte Durchschlagsfestigkeit: + ++ ++ ++ ++ Permittivität 0 0 + 0