Titanoxide – elektrische Alleskönner

Am Fraunhofer IKTS werden Titanoxide für kundenspezifische Anwenderanforderungen angepasst, daraus Komponenten hergestellt und diese umfassend getestet. Titanoxide zeichnen sich durch eine außergewöhnliche Variabilität bei der Verbin­dung mit Sauerstoff aus. Neben dem in vielen Produkten wie Wandfarben, Kosmetika, Papier oder Katalysatorträgern ge­nutztem Titandioxid (TiO₂), gibt es zahlreiche weitere Oxide des Titans. Deren variable Zusammensetzung reicht von Ti₂O bis zum TiO₂. Hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften senken bereits ein kaum messbares Sauerstoffdefizit des TiO₂ oder minimale Dotierungen den Widerstand von 1012 Ωcm auf Werte von 105–103 Ωcm. Der Wechsel zu strukturell anderen

Titanoxiden wie Ti₄O₇ führt zu elektrischen Widerständen von 10^-2–10^-3 Ωcm. In Bild 1 wird der Rahmen von 15 Größenord­nungen beim elektrischen Widerstand für die verschiedenen Titanoxide illustriert. Außerdem lassen sich mit Titanoxiden ebenso nichtlineare Verläufe beim Spannungs-Strom-Verlauf über Dotierungen einstellen. Die elektrische Permittivität ist frequenzabhängig und mit Werten von 60–800 herausragend hoch. Bereits bei Temperaturen über 500 °C kommt es zu einer signifikanten Sauerstoffionenleitung. Nicht zuletzt sind photo­katalytische Effekte insbesondere mit der TiO₂-Modifikation Anatas technisch nutzbar.

Elektrotechnische Anwendungen

Dieses außergewöhnlich vielfältige Variantenspektrum bietet die Chance für zahlreiche technische Anwendungen: Zu nennen sind spezielle Elektrodenwerkstoffe, thermoelektrisch aktive Werkstoffe, Varistorenwerkstoffe, katalytisch aktive Substanzen, elektrische Leiter, Halbleiter, Isolatoren oder Sauerstoffsensoren. Für die verschiedenen Anwendungen gibt es neben der elekt­risch-funktionalen Eigenschaft sehr unterschiedliche Anforde­rungen hinsichtlich Verdichtung, Festigkeit oder Oxidationsbe­ständigkeit. Durch gezielte Variation der Verfahrensparameter kann die Keramik als dichter, hochfester oder als poröser und gasdurchlässiger Werkstoff hergestellt werden. Die höchste Oxidationsstabilität erreicht TiO₂, dass bis ca. 1500 °C in Luft eingesetzt werden kann. Suboxide sind bis 400 °C oxidations­stabil. Zudem sind Titanoxide gegenüber nahezu allen anderen chemischen Verbindungen sehr beständig. Die elektrischen Ei­genschaften können auf alle Anforderungen adaptiert werden. Beispielsweise lassen sich Verbunde aus Titandioxid und Sub­oxiden herstellen, die isolierende und leitende Bereiche in einem monolithischen Bauteil verbinden (Bild 2).

Leistungs- und Kooperationsangebot

• Anpassung von Titanoxiden auf spezielle Anwenderanforde­rungen
• Herstellung von kundenspezifischen Titanoxidkomponenten
• Durchführung von werkstofflichen und anwendungsbezogenen Untersuchungen und Testung