Cuantificación del contenido de t-ZrO2 en mezclas de nanopolvos comerciales de zirconia monoclínica y parcialmente estabilizada por ATD, DRX y DRX-Rietveld

MATIAS GAUNA; SUSANA CONCONI; NICOLAS M. RENDTORFF; GUSTAVO SUÁREZ; ESTEBAN F. AGLIETTI

Olavarria

Congreso; XI Congreso Internacional de Cerámica, Vidrio y Refractarios; 2013

La relación entre la estructura atómica, las propiedades macroscópicas y comportamientos de un material constituyen un objetivo de la ciencia de los materiales, en particular en el diseño y desarrollo de los materiales cerámicos. Las fases cristalinas y las fases amorfas así como los poros, bordes de granos, etc. afectan las propiedades mecánicas y de fractura, la resistencia química, las propiedades eléctricas, etc., de los materiales cerámicos. Estos aspectos estarán ligados a las materias primas y a la ruta de procesamiento de dichos materiales. La zirconia es un material cerámico muy versátil y con muchas aplicaciones que van desde los refractarios a los biomateriales y las celdas de combustibles. En condiciones normales la zirconia presenta tres variedades polimórficas: monoclínica, tetragonal y cúbica en función de la temperatura. Sin embargo la zirconia dopada (con diversos cationes Ca, Mg, Y, Ce, etc.) estabilizan total o parcialmente las inestables a temperatura ambiente (t o c) en función del contenido del dopante. Y cada una de estas fases posee distintas propiedades. Cabe destacar que la transformación de monoclínica a tetragonal de la zirconia es martensítica; sucede alrededor de los 1170ºC en el calentamiento y los 800ºC en el enfriamiento y presenta un cambio de volumen considerable (≈4%). La cuantificación de estas fases puede hacerse por diversas vías dentro de estas se encuentran las basadas en la difracción de rayos X y el análisis térmico diferencial. Se han desarrollado algunos métodos semi-empíricos de cuantificación de zirconia basados en relaciones de las intensidades relativas en los difractogramas de los picos principales de la zirconia monoclínica y tetragonal. Por otra parte, el método de Rietveld ha demostrado ser una herramienta eficaz para realizar análisis cuantitativo de fases en diversos materiales, el mismo es un método iterativo que minimiza la diferencia entre un difractograma experimental y uno teórico y toma información de todo el difractograma, no solo los picos principales. El objetivo del presente trabajo es comparar los resultados de las cuantificaciones de mezclas de nanopolvos por vías térmicas y estructurales con las nominales, para poder ponderar la capacidad de las técnicas ya que presentan diversos costos operativos y errores. Para lo cual se estudiaron una serie completa de mezclas de nanopolvos comerciales (D50≈100 nm) de zirconia monoclínica y zirconia parcialmente estabilizada (3% de óxido de Ytrio). Se realizó difracción de rayos X, se cuantificaron las relaciones m:t por el método de Garvie Nicholson, el método de Toroya y el método de Rietveld, los mismos fueron comparados con los valores obtenidos de las integraciones los pico de ATD de las transformaciones m-t y t-m. Los resultados mostraron la mayor precisión de la cuantificación por el método de Rietveld. Así mismo mostraron que los métodos semiempíricos presentan ciertas desviaciones en los extremos cuando alguna de las fases está a bajas concentraciones. El mismo comportamiento se observó en las cuantificaciones basadas en el análisis térmico pero se suma que tiene un elevado un costo operativo.