EFECTO DE LA ADICIÓN DE CODOPANTES EN LAS PROPIEDADES CRISTALOGRÁFICAS DE CERÁMICOS DE ZrO2 DOPADA CON SC2O3

VANESA CONTINI; DR. GUSTAVO SUAREZ; DIEGO LAMAS

Jornada; JONICER 2019; 2019

Los materiales a base de circonia (dióxido de circonio, ZrO2) se utilizan comúnmente como electrolito de celdas de combustible de óxido sólido (SOFCs) debido a su excelente conductividad iónica a altas temperaturas. Los cerámicos de circonia dopada con óxidos de metales divalentes o trivalentes son conductores a alta temperatura por ión O2-, debido a la presencia de vacancias de oxígeno generadas por la incorporación del catión dopante en la red cristalina de la ZrO2. Los cerámicos que presentan las fases cúbica o tetragonal tienen alta conductividad, mientras que la presencia de otras fases la puede reducir muy sensiblemente. Los cerámicos de ZrO2 estabilizada con Sc2O3 (ScSZ) tienen gran interés tecnológico porque son los que tienen mayor conductividad a alta temperatura. A temperatura ambiente presentan una fase cristalina romboédrica de pobres propiedades eléctricas, pero se ha encontrado que se puede estabilizar la fase cúbica mediante el agregado de codopantes adecuados, como óxidos de cationes trivalentes. Por otra parte, en trabajos previos se encontró que es posible retener la fase cúbica en cerámicos densos de grano fino si se tiene la microestructura adecuada [1], tema que aún requiere mayor estudio.En este trabajo, se plantea la preparación y evaluación de las propiedades de electrolitos cerámicos de ScSZ y de ScSZ codopado con Y2O3, Sm2O3 o Gd2O3 aplicando mecanosíntesis previa a la sinterización. Este proceso está basado en reacciones en estado sólido y es de gran interés debido a las ventajas económicas y ambientales que ofrece, no necesita uso de solventes y permite la obtención de óxidos sólidos con una alta homogeneidad y tamaño de partícula menores a las que se obtienen por otros métodos.Se seleccionó una composición de ZrO2-10 %molar Sc2O3, que es la más estudiada en la literatura por presentar la mayor conductividad iónica, y se estudió la sinterización sin codopantes (10ScSZ) y con 1 %molar de Y2O3 (1Y10ScSZ), 1 %molar de Sm2O3 (1Sm10ScSZ) o 1 %molar de Gd2O3 (1Gd10ScSZ). Las mezclas fueron homogeneizadas con alcohol isopropílico en un molino a bolas convencional durante 5 horas y luego de secarlas, llevadas a un molino planetario de alta energía FRITSCH Pulverisette 7 a 800 RPM, durante diferentes tiempos, 0, 5, 10, 30 y 60 minutos con bolas de circonia de 5 mm de diámetro en ciclos de 2 minutos para evitar el sobrecalentamiento de la preparación. A partir de estas mezclas, se prepararon pastillas por prensado uniaxial a 100 MPa. Se sinterizaron a 1100, 1200, 1300, 1400 y 1500°C durante 2 horas con una rampa de calentamiento de 5°C/min.Las fases presentes en los cerámicos sinterizados se identificaron por Difracción de Rayos X (DRX). Los cerámicos densos se analizaron, además, por medidas de porosidad y densidad por el método de Arquímides y se obtuvieron medidas de Dureza Vickers. También se observó la evolución del tamaño de grano por microscopía electrónica de barrido.