Wpływ składu fazowego i mikrostruktury tworzyw ceramicznych na bazie CaZrO3 na ich właściwości elektryczne i dielektryczne

• Autorzy: Dudek M. , Bogusz W. , Róg G.

Warianty tytułu

EN

Influence of phase composition and microstructure on the electrical and dielectric properties of calcium zirconate

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy scharakteryzowano skład fazowy, mikrostrukturę oraz właściwości elektryczne i dielektryczne stechiometrycznego cyrkonianu wapnia oraz zawierającego nadmiar tlenku wapnia. Proszki cyrkonianu wapnia o zróżnicowanym udziale CaO, który zapisano formułą ZrO2(CaO)1+x, dla wartości x zmieniających się od 0 do 0,4 otrzymano metodą bezpośredniej syntezy. Prekursorami cyrkonianu wapnia były: nanometryczny proszek ZrO2, który otrzymany metodą strącania-prażenia oraz komercyjny CaCO3. Wypraski cyrkonianu wapnia, spiekano swobodnie w temperaturze 1700 stopni C przez 2 godziny. Wprowadzenie nadmiaru CaO w ilości nie przekraczającej 6% mol do struktury CaZrO3 powoduje wzrost objętości komórki elementarnej. Z kolei wprowadzenie większych ilości CaO prowadzi do pojawienia się tego tlenku jako drugiej fazy w spiekach. Właściwości elektryczne i dielektryczne określono metodą spektroskopii impedancyjnej. Pomiary impedancyjne wskazują na to, że granica rozpuszczalności CaO w cyrkonianie wapnia nie jest wyższa od x = 4% mol. Stechiometryczny cyrkonian wapnia, jest bardzo słabym przewodnikiem jonowo-elektronowym o przewodności (sigmac) rzędu 10(-8) (S/cm) w temperaturze 700 stopni C. Zwiększenie udziału CaO w tworzywach na bazie CaZrO3 powoduje wzrost przewodności elektrycznej o cztery rzędy wielkości. Niestechiometryczne jednofazowe spieki cyrkonianu wapnia są praktycznie czystymi przewodnikami tlenowymi w temperaturach wyższych od 700 stopni C. W pracy stwierdzono, że stechiometryczny CaZrO3, charakteryzuje się stabilną w szerokim zakresie częstości pola elektrycznego i temperatury stałą dielektryczną oraz małym tangensem stratności (tg delta), co pozwala na zastosowanie tego materiału jako kondensatora w układach elektronicznych.

EN

Stoichiometric calcium zirconate and calcium zirconate with calcia excess over stoichiometry ZrO2(CaO)1+x for 0< x < 40 sintered bodies were prepared. XRD analysis was used to determine the changes of cell parameters and the Rietveld method was used to refine calcium zirconate structure. The scanning electron microscopy was used to observe microstructure of sintered bodies. The electrical and dielectric properties were investigated by means of impedance spectroscopy method in the frequency range 10(-2) to 10(7) Hz and in the temperature range 200-800 Celsius degrees. Analysis of impedance spectra of the samples indicates that solubility limit of CaO in calcium zirconate is not higher than x = 0,04. Stoichiometric calcium zirconate appeared to be a poor and mixed ionic-electronic conductor, whereas calcium zirconate with excess calcia exhibit purely oxygen ion conductivity. The dielectric properties of stoichiometric calcium zirconate are suitable for application this material in electronic devices.

Słowa kluczowe

PL

cyrkonian wapnia

EN

calcium zirconate

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2004
• Tom: R. 56, nr 1
• Strony: 3--14
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Dudek M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

autor

Bogusz W.

• Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska

autor

Róg G.

• Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie

Bibliografia

• [1] Ullman H., Trofimenko N.: Solid State lonics, 119 (1999) 1-8.
• [2] Steele C. H.: Solid State Ionics, 86-88 ( 1996) 1223-1234.
• [3] Hellman J.R, Stubican V.S.: Journal of the American Ceramic Society, 66 ( 1983) 260-264.
• [4] Pretis A.D., Longo V., Ricciardiello F., O. Sbaizero: Silicates Industrials. 1984 (7-8) 139
• [5] Wang C. C., Akbar S.A., Sensors and Actuators, A 58 (1997) 237-243.
• [6] Davies R.A., Islam M.S., Gale J.D.: Solid State Ionics, 126 (1999) 323-335.
• [7] Yamija T., Kazeoka H., Yogo T.: Solid State Ionics, 47 (1991) 271-275.
• [8] Fischer W .. Janke D.: Archiv fur Eisenhunenwesen, 47 (1976) 525-530.
• [9] Janke D.: Metallurgical Transactions 13B (1982) 227-235.
• [10] Róg G .. Dudek M., Kozłowska-Róg A., Bućko M.: Electrochimica Acta. 47 (28) (2002) 4523-4529.
• [11] Motoki T.: Key Engineering Materials, 181-182 (2000) 7-10.
• [12] Dygas J.R.: Ph.D Thesis, Northwestern University, Evanston, 1986.
• [13] Desu S., Payne A.: Journal of the American Ceramic Society, 73 (1990) 3391.
• [14] Desu S., Payne A.: Journal of the American Ceramic Society, 73 (1990) 3407.
• [15] Kurita N . . Fukatsu N. : Journal of the Electrochemical Society 142 (1995) 1552.
• [16] Nowick A.S., Du Y.: Solid State Ionics, 77 (1995) 137-46.
• [17] Jonscher A. K.: Universal relaxation law, Chelsea Dielectrics Press London 1996.
• [18] Almand D.P.: Journal of Materials Science, 19 (1984) 3236.
• [19] Bogusz W., Dygas J., et.al.: Phys. Stal. Sol. (a), 183 (2001), 323.
• [20] Orlikukas A., Dindune A., et. all: Solid State Ionics, l 57 (2003) 177-181.
• [21] Stetson H., Schwartz B.: Journal of the American Ceramic Society, 44 (1961) 420
• [22] Azad A., Subramaniam S.: Materials Research Bulletin, 37 (2002) 11-21.