Caracterización de películas en base a circonia con aplicaciones nucleares y para pilas de combustible

MANSILLA, Y.; ARCE, MAURICIO D.; TROIANI, HORACIO E.; GONZALEZ OLIVER, C.; SERQUIS, ADRIANA

Buenos Aires

Congreso; XIV Reunión Anual de la Asociación Argentina de Cristalografía; 2018

Asociación Argentina de Cristalografía

Los materiales basados en circonia poseen excelentes propiedades ópticas, mecánicas y eléctricas, las cuales son responsables de las diferentes aplicaciones de estos materiales [1,2]. La circonia pura (ZrO2), debido a su alta resistencia eléctrica y mecánica, puede ser utilizada para recubrimientos de diferentes materiales. Además, cuando el tamaño de cristalita alcanza la escala nanométrica (≤25 nm) se producen cambios importantes en el diagramas de fase y, por lo tanto, en las propiedades del material. En nanocristales de circonia, las fases cúbica y tetragonal pueden ser retenidas a temperaturas menores que las predichas por el diagrama de fases para el material de bulk, las cuales presentan mejores propiedades eléctricas y mecánicas [3]. Por otro lado, la circonia estabilizada con itria (YSZ), por su alta conductividad iónica pura a elevada temperaturas, es uno de los principales materiales de electrolito en SOFC [4].En este trabajo se sintetizaron películas de ZrO2 para recubrir separadores de Zircaloy-4 utilizados en ensayos de flujo crítico de calor, en los que se simulan las condiciones térmicas e hidrodinámicas en los elementos combustibles nucleares. Se requieren películas que sean aislantes eléctricos, presenten buena resistencia mecánica y buena adherencia con el material de sustrato. Las películas de YSZ fueron sintetizadas como electrolito de SOFC, con lo cual se buscan películas delgadas y densas, para poder así disminuir la temperatura de operación. La síntesis se realizó mediante el método sol-gel y fueron depositadas por dip-coating. Se caracterizaron por Difracción de Rayos X (XRD), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y de Transmisión (TEM). Sus propiedades eléctricas se estudiaron por espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) y mediciones de conductividad. Como se observa en la Fig. 1 a y b se obtuvieron películas densas, uniformes y con buena adherencia a los sustratos con un espesor de 200 a 500 nm. En las películas de ZrO2 se obtuvo una fase tetragonal, y en las películas de YSZ la fase cúbica, como puede observarse en la Fig. 1 c.