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; 2006

Sociedad Chilena de Metalurgia y Materiales - Sociedad Argentina de Materiales

Los cerámicos basados en circonia (dióxido de circonio, ZrO2) se destacan tanto por sus propiedades eléctricas como mecanicas, 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 oxidos que formen soluciones solidas con ella (Y2O3, CeO2, CaO, etc.). En cambio, la fase tetragonal solo puede ser retenida en forma metaestable en polvos nanocristalinos y en cerámicos de grano submicrométrico.En este trabajo se estudio 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 obtencion de polvos nanocristalinos porosos con alta área específica. Los materiales obtenidos se estudiaron por difracción de rayos X, microscopías electrónicas de barrido y transmisioón, mediciones de área específica BET y dispersión de rayos X a bajos ángulos. En todos los casos se logró la completa retencioón a temperatura ambiente de la fase tetragonal, probablemente debido a los tamaños de cristalita muy pequeños que fueron obtenidos (110 a 255Å, dependiendo del combustible empleado y de la temperatura de calcinacion). Se encontró que estánformados por agregados de 50-100 micrones, con nanoparticulas 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 nanoporos relativamente estrechas para temperaturas de calcinacion entre 600 y 700°C, centradas en radios en el rango de 30-45Å, mientras que los polvos sintetizados con ácido citrico presentaron distribuciones muy anchas. El ánalisis realizado sugiere que los nanoporos se encuentran entre las cristalitas nanometricas que forman los agregadosmicrométricos. Al crecer la temperatura de calcinacion, tanto las cristalitas como los nanoporos crecen, siguiendo, posiblemente, un proceso de coalescencia del que resultan distribuciones de nanoporos anchas.