Prakt. Met. Sonderband 38 (2006) 323 
Schadensanalysen an nichtlinearen elektrischen Bauteilen 
Alexander Platzer’, Peter Supancic"$, Zhonghua Wang’, Robert Danzer 
‘Institut fur Struktur- und Funktionskeramik, Montanuniversitét Leoben, A-8700 Leoben, 
Austria 
SMaterials Center Leoben, A-8700 Leoben, Austria 
ABSTRACT 
Einsatzbedingt werden Thermistoren starken Temperaturbeanspruchungen ausgesetzt, 
die zu erheblichen thermomechanischen Belastungen des Bauteils führen können. Diese 
Belastungen begrenzen die im Einsatz tolerierbaren Stromstärken, weil zu hohe elekt- 
rische Belastungen zu hohen Temperaturbelastungen und zur Zerstörung des Bauteils 
führen können. 
Das Versagen geht in der Regel von Defekten im Bauteil aus. Bei mechanisch 
destruktiven Versuchen sind die Defekte Bereiche im Gefüge, die zu einer 
Spannungskonzentration führen. Bei elektrischer Beanspruchung sind diese Defekte 
ebenfalls versagensrelevant, doch kommen auch andere Defekte bei denen keine 
gravierenden Änderungen im lokalen mechanischen Verhalten auftreten, hinzu. So können 
scheinbar geringe Änderungen in der Konzentration der Dotierungselemente zu 
erheblichen Änderungen in der elektrischen Leitfähigkeit führen, die dann starke 
Änderungen in der lokalen Stromdichte und damit auch in der lokalen Joule’schen 
Heizrate bewirken. Dies kann ein starke Erhöhung der lokalen Zugspannungen bewirken 
und damit das Versagen auslösen. 
In dieser Arbeit werden Bauteile in mechanischen und elektrischen Tests 
zerstörend geprüft und versagensrelevante Defekte durch fraktographische Unter- 
suchungen identifiziert. Es werden Beispiele für mechanische als auch für elektrische 
Inhomogenitäten besprochen. 
1. EINLEITUNG 
Thermistoren sind nichtlineare elektrische Bauelemente, deren elektrischer Widerstand 
sich mit der Temperatur stark verändert. Sie werden in vielen Bereichen der Technik, z.B. 
als Sicherung gegen einen zu hohen elektrischen Strom, zur Entmagnetisierung, als 
Temperaturfühler und vieles mehr eingesetzt [1-6]. In dieser Arbeit werden PTC- 
Widerstände behandelt. Bei aktiver Anwendung (Schaltprozeß) ist das PTC-Bauteil mit 
dem Verbraucher in Serie geschaltet. Durch den elektrischen Stromfluß erwärmt sich der 
PTC (Joule’sche Erwärmung), was zu einem starken Anstieg seines Widerstandes führt. 
Dadurch steigt auch der Gesamtwiderstand des Schaltkreises und der Stromfluß wird 
verringert. 
Keramische PTCs basieren in der Regel auf einer n-dotierten BaTiO3- Keramik. Bei 
hohen Temperaturen ist Bariumtitanat kubisch. Es wandelt bei der Curie Temperatur (etwa 
130 °C) in die tetragonale Niedertemperaturphase um. In der Hochtemperaturphase 
werden die Elektronen in den halbleitenden Kristallen durch gezielt eingebrachte 
Korngrenzenladungen (Doppel Schottky Barrieren) quasi in den Körnern eingesperrt und 
die Keramik ist nichtleitend. Die tetragonale Niedertemperaturphase ist nicht mehr