Caracterización morfológica de polvos nanocristalinos de ZrO2-Y2O3 sintetizados por gelificación-combustión

I. O. FÁBREGAS; J. R. CASANOVA; M. P. BASILICO; G. E. LASCALEA; D. G. LAMAS; R. KEMPF,; N. E. WALSÖE DE RECA; A. F. CRAIEVICH; C. V. SANTILLI

Santiago - Chile

Congreso; Congreso CONAMET-SAM; 2006

Los cerámicos basados en circonia (dióxido de circonio, ZrO2) se destacan tanto por sus propiedades eléctricas como mecánicas, por lo que tienen gran interés tecnológico. Por ejemplo, se emplean en sensores de oxígeno, bombas de oxígeno, electrolitos de celdas de combustible de óxido sólido, etc.La circonia pura presenta tres fases según la temperatura: la fase monoclínica, la fase tetragonal y la fase cúbica. La fase monoclínica es la estable a temperatura ambiente, pero tiene pobres propiedades, tanto eléctricas como mecánicas. La fase cúbica puede ser estabilizada completamente a temperatura ambiente dopando a la circonia con óxidos que formen soluciones sólidas con ella (Y2O3, CeO2, CaO, etc.). En cambio, la fase tetragonal sólo puede ser retenida en forma metaestable en polvos nanocristalinos y en cerámicos de grano submicrométrico.En este trabajo se estudió la morfología de polvos nanocristalinos de ZrO2 dopada con Y2O3, sintetizados por el método de gelificación-combustión empleando distintos compuestos orgánicos como combustible (ácido cítrico, alanina, glicina y lisina). Este tipo de síntesis, que involucra una combustión sumamente vigorosa y exotérmica, permite la obtención de polvos nanocristalinos porosos con alta área específica.Los materiales obtenidos se estudiaron por difracción de rayos X, microscopías electrónicas de barrido y transmisión, mediciones de área específica BET y dispersión de rayos X a bajos ángulos.En todos los casos se logró la completa retención a temperatura ambiente de la fase tetragonal, probablemente debido a los tamaños de cristalita muy pequeños que fueron obtenidos (110 a 255 Å, dependiendo del combustible empleado y de la temperatura de calcinación). Se encontró que están formados por agregados de 50-100 μm, con nanopartículas débilmente aglomeradas. Los estudios por dispersión de rayos X a bajos ángulos indicaron que la morfología de los nanopolvos estudiados puede interpretarse con un modelo de dos densidades electrónicas, con nanoporos esféricos polidispersos no correlacionados inmersos en una matriz homogénea. Los polvos sintetizados por las rutas con alanina, glicina o lisina como combustible presentaron distribuciones de anoporos relativamente estrechas para temperaturas de calcinación entre 600 y 700°C, centradas en radios en el rango de 30-45 Å, mientras que los polvos sintetizados con ácido cítrico presentaron distribuciones muy anchas. El análisis realizado sugiere que los nanoporos se encuentran entre las cristalitas nanométricas que forman los agregados micrométricos. Al crecer la temperatura de calcinación, tanto las cristalitas como los nanoporos crecen,siguiendo, posiblemente, un proceso de coalescencia del que resultan distribuciones de nanoporos anchas.