EFECTO DE LA ADICIÓN DE CODOPANTES EN LAS PROPIEDADES CRISTALOGRÁFICAS DE CERÁMICOS DE ZrO2 DOPADA CON Sc2O3

DIEGO LAMAS; VANESA CONTINI; DR. GUSTAVO SUAREZ

Jornada; JONICER 2019; 2019

Las celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) son dispositivos cerámicos que suelen operar a alta temperatura, típicamente 900-1000°C, con electrolitos de circonia estabilizada en fase cúbica con itria (YSZ). Para intentar reducir la temperatura se operación se han explorado otros materiales y se ha encontrado que los cerámicos de circonia estabilizada con escandia (ScSZ) tienen mayor conductividad a temperaturas mayores a 600°C, pero a temperaturas más bajas transforma a una fase romboédrica de pobre conductividad iónica. Esta transformación de fases no es deseable porque los cambios de volumen asociados pueden degradar el dispositivo, especialmente luego de varios ciclos de operación. Por lo tanto, prologar la vida útil de este tipo de sistemas, es necesario evitar la fase romboédrica. Para retener la fase cúbica, la estrategia habitual es el agregado de codopantes, pero también se ha logrado retenerla en cerámicos densos de grano submicrométrico, controlando el crecimiento de grano para conseguir la microestructura adecuada [1]. Para seguir avanzando en la comprensión de los mecanismos de retención de la fase cúbica, en este trabajo se estudiaron las fases presentes en materiales sinterizados por Spark Plasma Sintering (SPS), con una etapa previa de mecanosíntesis. Los efectos "mecánicos" de la molienda se acompañan de efectos químicos, resultando en materiales muy activos con alta energía superficial. En el proceso de SPS la corriente que atraviesa el conjunto de moldes y pistones, y la presión uniaxial aplicada permite reducir el tiempo total de sinterización. Dado que los tiempos prolongados favorecen el crecimiento de grano, esta técnica favorece la preparación de cerámicos de grano submicrométrico.Se seleccionó una composición de ZrO2-10 %molar Sc2O3, y se estudió la síntesis sin codopante (10ScSZ) y con 1 % molar de Y2O3 (1Y10ScSZ). Las mezclas fueron homogeneizadas con alcohol isopropílico en un molino a bolas convencional durante 5 horas y luego llevadas a un molino planetario de alta energía FRITSCH Pulverisette 7 a 800 RPM, durante 30 minutos con bolas de circonia de 5 mm de diámetro. A partir de estas dos mezclas, se prepararon cerámicos densos a 75 MPa por SPS con una rampa de calentamiento de 200°C/min a 1100°C, 1200°C y 1300°C manteniendo a temperatura durante 15 minutos.Las fases presentes en las muestras (sin calcinar y calcinadas) y en los cerámicos sinterizados se identificaron por Difracción de Rayos X (DRX). Se estudiaron también las medidas de porosidad y densidad por el método de Arquímides de los cerámicos densos.