EFECTO DE LA ADICIÓN DE UN CODOPANTE EN LA ESTABILIZACIÓN DE LA FASE CÚBICA EN CERÁMICOS DE ZrO2 DOPADA CON Sc2O3

CONTINI VANESA; SUAREZ GUSTAVO; LAMAS DIEGO

LA PLATA

Congreso; XXII Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2021

Introducción y metodologíaLos cerámicos de circonia (ZrO2) dopada con escandia (Sc2O3) se destacan en comparación con otros cerámicos de circonia porque presentan mayor conductividad iónica en fase cúbica, lo que es muy útil para aplicaciones electroquímicas como celdas de combustible o electrolizadores de óxido sólido, sensores de oxígeno, etc., porque permite reducir la temperatura de operación del dispositivo. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre con otros dopantes (Y2O3, CaO, etc.), la fase cúbica no se estabiliza a temperatura ambiente con Sc2O3, y aparecen fases romboédricas (,  y ) de muy pobres propiedades eléctricas. Por ejemplo, para contenidos de Sc2O3 entre 8 y 12 %molar, la fase estable es la , que transforma a la cúbica a aproximadamente 600 °C. Si bien los dispositivos mencionados suelen operar a alta temperatura para tener una conductividad iónica adecuada, es importante evitar transformaciones de fase porque el cambio de volumen asociado puede degradar al material. En este trabajo se estudia la estabilización de la fase cúbica a temperatura ambiente mediante el agregado de codopantes adecuados. Se prepararon muestras cerámicas densas por compactación uniaxial y sinterizado a alta temperatura, con una etapa previa de molienda de alta energía (mecanosíntesis). La misma permite reacciones en estado sólido, favoreciendo una alta homogeneidad en composición y tamaño de partícula menores a las que se obtienen por otros métodos. Se trabajó con una composición de ZrO2-10% molar Sc2O3, y se estudió la sinterización sin codopantes (10ScSZ) y con 1% molar de los codopantes Y2O3 (1Y10ScSZ), Sm2O3 (1Sm10ScSZ), Gd2O3 (1Gd10ScSZ) y CeO2 (1Ce10ScSZ). Se analizó el efecto del tiempo de molienda (hasta 60 minutos molino planetario de alta energía FRITSCH Pulverisette 7 a 800 RPM) y de la temperatura de sinterizado (1100 a 1500°C, siempre durante 2 h). Resultados y conclusiones La molienda de alta energía permite lograr una excelente homogeneidad en composición, lo que es crítico para estabilizar la fase cúbica deseada, y resultan cerámicos de alta densidad y dureza. Mediante difracción de rayos X se pudo demostrar que todos los codopantes estudiados permiten estabilizar la fase cúbica para temperaturas de sinterizado de 1300 °C o superiores. En trabajos futuros se evaluará el efecto de estos codopantes en la conductividad iónica a alta temperatura.