242 Prakt. Met. Sonderband 52 (2018) 
piezoaktiven Materialien halten nicht nur elektrische Verluste gering und damit die Si gnalstärke hoch, A 
sondern erlauben auch, ihre funktionellen Eigenschaften weitgehend temperaturunabhingig zu 
gestalten, um sowohl an kalten Wintertagen als auch im Hochsommer eine gleichbleibend hohe 
Qualität zu gewährleisten. 
Als Werkstoffe eignen sich dafür spezielle, nicht natürlich vorkommende Einkristalle wie 
Lithiumtantalat (LiTaOs3) und Lithiumniobat (LiNbOs) [5], bei denen sämtliche Eigenschaften stark 
von der Kristallorientierung abhängig sind. Dies kann genutzt werden, um die Filter durch gezielte 
Ausrichtung der Kristalle bestmöglich temperaturunabhängig zu machen [6]. Von großem Nachteil 
ist Jedoch ihre geringe Zähigkeit. Schon kleine, bereits bei der Herstellung eingebrachte Defekte wie 
beispielsweise Kratzer oder Kontaktschädigungen können zum Bruch führen. Von diesen Defekten 
ausgehend wachsen Risse abhängig von der herrschenden Belastung entlang von Kristallebenen mit 
schwachen atomaren Bindungen [7]. 
Um kritische Ebenen zu identifizieren wurden zweiachsige Biegeversuche mittels „Ball-on-three- " 
Balls“ (B3B) Test an spiegelpolierten Proben von ähnlicher Geometrie wie reale Bauteile geprüft und 
fraktographischen Untersuchungen unterzogen. Auf den spiegelpolierten Oberflächen wurden 
anschließend mittels Nanoindenter Kratzer eingebracht, die in verschiedenen kristallographischen 1 Bia 
Richtungen orientiert sind. Um die Auswirkung dieser Defekte auf die mechanische Stabilität 
abschätzen zu können wurden auch diese vorgeschädigten Proben mittels B3B Versuch getestet. Für He 
ein tieferes Verständnis bezüglich Bildung von Rissen und plastischer Verformung wurden iT 
Nanoindentationsversuche mit einer kugelfSrmigen Spitze durchgefiihrt. Lo 
2. Untersuchte Materialien und experimentelle Methoden 
2.1 Verwendete Einkristalle und deren Orientierung te 
LiNbO; und LiTaOs sind trigonale Kristalle, die unterhalb der Curie-Temperatur zur 3m-Punktgruppe 
und R3c-Raumgruppe (Nr. 161) gehéren [8, 9]. Obwohl sie durch ein rhomboedrisches Gitter mit 
drei gleich langen Vektoren beschrieben werden können, ist es anschaulicher, hexagonale Achsen zu 
verwenden (an = bn # ch und a. = ß = 90 °, y = 120 °). Die Parameter der Einheitszelle sind dabei: an = RE 
br = 5,148 A und cn = 13,863 A fiir LiNbO; bzw. an = by = 5,154 A und cy = 13,783 A fiir LiTaO; Geez 
[10]. Es ist erwähnenswert, dass Nb und Ta in der gleichen Gruppe des Periodensystems liegen und ee“ 
daher ähnliche chemische Eigenschaften aufweisen. Beide Kristalle zeigen eine dreizählige 2 
Rotationssymmetrie um die ch - Achse, welche die stärksten atomaren Bindungen aufweist, was zum i 
höchsten Elastizitätsmodul und niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten in dieser Richtung führt (DL 
[11]. | aus 
Die starke Anisotropie der Einkristalle erlaubt dabei eine Optimierung der Eigenschaften, die an die fem 
jeweilige Anwendung angepasst werden, über die kristallographische Orientierung des Wafer. Für 
die Anwendung als Oberflächenwellenfilter wurden zwei für die Funktionalität vorteilhafte 
Konfigurationen bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften untersucht. Bei LiTaO; wird die [0001] 14Kera 
-Richtung gegen den Uhrzeigersinn (48°) und für LiNbO; im Uhrzeigersinn (38°) um die [2110] - 
Achse gedreht, wodurch sich die Ausrichtung von sämtlichen Ebenen entsprechend mitändert. Die Um char 
untersuchten einkristallinen Proben wurden dabei von der Firma EPCOS OHG (einem Unternehmen m 
der TDK-Gruppe), Deutschlandsberg, Österreich, zur Verfügung gestellt. Quadratische Proben von wo 
2x2 mm? Größe (vergleichbar mit realen F ilterkomponenten) wurden aus kommerziellen Wafern mit pe 
einer Dicke von 130 um geschnitten. An 
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