INFLUENCIA DE LA INCORPORACIÓN DE Sm2O3 COMO CODOPANTE EN ELECTROLITOS CERÁMICOS DE ZrO2 DOPADOS CON Sc2O3

CONTINI VANESA; GUSTAVO SUAREZ; CARRIZO MELINA; LARRALDE SUSANA; LOPEZ C.A.; DIEGO LAMAS

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Congreso; XVI REUNIÓN ANUAL DE LA AACR; 2021

Los electrolitos cerámicos de ZrO2 tienen una conductividad iónica por ion óxido (O2- ) óptima cuando son dopados con Sc2O3 en composiciones entre 9 y 11 %molar [1]. Este efecto se produce cuando se encuentra en su fase cúbica, pero esta fase no es estable a temperatura ambiente. Por debajo de los 550°C el polimorfo estable es una fase romboédrica conocida como fase , de muy pobres propiedades eléctricas. Para estabilizar la fase cúbica de interés se suele introducir un óxido adicional (codopante), como CeO2 o Y2O3. En este trabajo se propuso evaluar cerámicos basados en ZrO2, con 10 %molar de Sc2O3 como dopante y 1 %molar de Sm2O3 como codopante, ya que en la literatura hay muy escasos estudios sobre el efecto de este óxido. Los materiales se prepararon a partir de los óxidos simples mediante reacción de estado sólido con activación mecanoquímica, ya que los efectos mecánicos de la molienda, como la reducción del tamaño de partícula, la activación de la superficie y la mezcla de los óxidos, dan como resultado reactivos muy activos con alta energía superficial y una disminución de la temperatura de reacción con los beneficios de un tamaño de grano más pequeño y, teóricamente, una mejor conductividad iónica. Se combinaron distintos tiempos de molienda entre 0 y 60 minutos, y se sinterizaron a distintas temperaturas entre 1100 °C y 1500 °C. La molienda de alta energía permitió lograr una excelente homogeneidad en composición, lo que es crítico para estabilizar la fase cúbica, confirmada por los datos de Difracción de Rayos X. Se encontró que la completa retención de la fase cúbica se logra para altos tiempos de molienda, de por lo menos 30 minutos, y temperaturas de sinterizado de 1300°C o superiores. Por otra parte, se verificó que se trata de cerámicos de alta densidad y dureza. La conductividad iónica a alta temperatura fue evaluada por Espectroscopía de impedancia Electroquímica, en un rango de temperatura de 200 a 800°C, lo que permitió estudiar no sólo la conductividad iónica total sino también las contribuciones de volumen y de borde de grano. Los resultados indicaron que, gracias a la incorporación de Sm2O3, se puede retener completamente la fase cúbica en todo el rango de temperatura sin una caída importante de la conductividad iónica. Además, se encontró una excelente conductividad iónica por borde de grano (intergranular).