Estudio de la cinética de sinterizado de polvos nanoestructurados de Ce0.9Zr0.1O2 obtenidos por el método de gelificación-combustión

M.G. ZIMICZ; A.L. SOLDATI; LARRONDO S.A.; PRADO, F.D.

Bahía Blanca

Jornada; IX Jornadas Abiertas de Física; 2018

Universidad Nacional del Sur

Los óxidos mixtos basados en CeO2 son un elemento importante de muchos sistemas catalíticos para oxidación [1?2], por lo cual han recibido una considerable atención en la formulación de materiales anódicos para celdas de combustible de óxido sólido que operan con hidrocarburos (SOFCs) [3]. El material anódico debe cumplir requerimientos especiales tales como poseer microestructura estable, alta conductividad iónica y electrónica y alta actividad catalítica a temperaturas intermedias [4]. Un aspecto crítico en el uso de óxidos mixtos de Ce-Zr-O es la estabilidad morfológica. Una etapa de procesamiento que posee gran influencia en la microestructura es el tratamiento térmico utilizado para fijar el material anódico al electrolito. Por esta razón, es importante conocer la cinética de sinterizado del material cerámico. Los polvos de Ce0.9Zr0.1O2 fueron obtenidos mediante el método de gelificación ?combustión siguiendo rutas estequiométricas utilizando glicina (muestra GS) y lisina (muestra LS), y una ruta no estequiométrica utilizando glicina (muestra GN5). Se analizó el proceso de sinterizado de los óxidos por medio de las técnicas de dilatometría isotérmica en etapas (Stepwise Isothermal Dilatometry, SID) y dilatometría a velocidad de calentamiento constante (Constant Heating Rate, CHR). La evolucióndel tamaño de cristalita con la temperatura fue analizada por difracción de rayos X con radiación sincrotrón, y se analizó la morfología de los óxidos mediante microscopía electrónica de barrido y de transmisión. Si bien las muestras de Ce0.9Zr0.1O2 poseen la misma composición y estructura cristalina,el comportamiento durante el sinterizado resultó muy diferente para cada sólido, evidenciando que el proceso de sinterizado es altamente dependiente de la morfología inicial de los polvos. Menores tamaños de partícula llevan a una menor temperatura de inicio de densificación. Se concluyó que el proceso de sinterizado de los óxidos de Ce0.9Zr0.1O2 nanoestructurados es controlado principalmente por difusión por borde de grano para temperaturas por debajo de 1100°C ? 1300°C, dependiendo de la morfología inicial de las muestras. A altas temperaturas, la difusión por borde de grano y la difusión en bulk se convierten en mecanismos paralelos que controlan el sinterizado.