Właściwości elektryczne i mechaniczne elektrolitów ceramicznych cyrkonian wapnia - regularny roztwór stały tlenku wapnia w dwutlenku cyrkonu

• Autorzy: Dudek M.

Warianty tytułu

EN

Electrical and mechanical properties of electrolytes calcium zirconate - cubic zirconia-calcia solid solution

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy scharakteryzowano właściwości elektryczne i mechaniczne tworzyw na bazie cyrkonianu wapnia pod kątem zastosowania ich jako elektrolitów stałych w urządzeniach elektrochemicznych. Stechiometryczny cyrkonian wapnia jest przewodnikiem jonowo-elektronowym o przewodności elektrycznej rzędu 10(-6) (S/cm) w temperaturze 1000 stopni C. Zwiększenie udziału dwutlenku cyrkonu w stosunku do wymagań stechiometrii powoduje pojawienie się w spiekach cyrkonianu wapniowego regularnego roztworu stałego CaO w ZrO2 jako drugiej fazy. Otrzymane spieki w układzie cyrkonian wapnia - regularny roztwór stały CaO w ZrO2, są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenu w zakresie temperatur (600-1000 stopni C) i ciśnienia parcjalnego tlenu 22-100 000 Pa. Badane spieki charakteryzują się porównywalną odpornością na kruche pękanie KIc z roztworami stałymi na bazie regularnego dwutlenku cyrkonu. Określone wartości przewodności jonowej oraz odporności na kruche pękanie Klc tworzyw cyrkonian wapnia - regularny roztwór stały tlenku wapnia w dwutlenku cyrkonu - zawierających powyżej 0,55 mola ZrO2 są wystarczające do zastosowania otrzymanych materiałów jako kolejnych elektrolitów stałych w wysokotemperaturowych urządzeniach elektrochemicznych.

EN

The electrical and mechanical properties of calcium zirconate based samples were determined in this work. Stoichiometric calcium zirconate and calcium zirconate with zirconia excess sintered bodies were prepared. Introduction excess zirconia into calcium zirconate structure causes the formation of calcia-stabilised zirconia as a second phase. Stoichiometric calcium zirconate is a poor oxygen ion conductor, whereas calcium zirconate-calcia stabilised zirconia samples are purely oxygen ion conductors at the temperature range 600-1000 Celsius degrees and oxygen partial pressure 22-100 000 Pa. The obtained values of fracture toughness of the prepared materials were comparable to that zirconia solid solutions fully stabilised with calcia or yttria. The prepared samples containing from 0,55 to 0,70 mol zirconia are promising solid electrolytes for high temperature electrochemical devices.

Słowa kluczowe

PL

elektrolity ceramiczne; cyrkonian wapnia

EN

electrolytes calcium zirconate

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2002
• Tom: R. 54, nr 3
• Strony: 88--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Dudek M.

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

Bibliografia

• [1] Advances in Ceramics, Science and Technology of Zirconia tom 1-5 1982-1993.
• [2] Chandra S.: Superionic Solids. Amsterdam, New York, Oxford, North-Holand 1981.
• [3] Esell T., Flengas S.: ,,N-type conductivity in Stabilised Zirconia Solid Electrolytes”. Journal of the Electrochemical Society, 119 (1972) 1-7.
• [4] Janke D., Fischer W.: „Parameters pe of partial electronic conductivity in Zr02 (CaO) and ThO: (Y:0?) solid electrolytes between 1200-1650°C” Archiv fur das Eisenhuttenwesen, 45 (1975)477-482.
• [5] Janke D.: „Oxygen probes based on calcia- doped hafnia or calcium zirconate for use of in metallic melts”. Metallurgical Transactions, 13B (1982) 227-235.
• [6] Dravid V.P., Sung C.M.: „Crystal symmetry and coherent twin structure of calcium zirconate”. Acta Crystallographica, B45 (1989) 218-227.
• [7] Heilman J.R., Stubican V.S.: „Stable and metastable phase relations in the system Zr02-CaO". Journal of the American Ceramic Society, 66 (1983) 260-264.
• [8] Fischer W., Janke D.: „Calcium Zirconate as solid electrolyte at temperatures around 1600°C" Archiv fur das Eisenhuttenwesen.
• [9] Dudek M., Bućko M.: „Electrical properties of stoichiometric and nonstoichiometric calcium zirconate”. Solid State Ionics 2002 (w druku).
• [10] Róg G., Dudek M., Bucko M., Kozłowska-Róg A.: „Calcium zirconate: preparation, properties and application to the solid oxide galvanic cells”. Electrochimica Acta (w druku).
• [11] Kiukola K., Wagner C.: „Measurements on galvanic cells involving solid electrolytes" Journal of the Electrochemical Society, 104(1957) 379-387.
• [12] Nihihara K.: "A fracture mechanisms analysis of indentation induced Palmqvist crack in ceramics” Journal of the Materials Science Letters, 2 (1983) 221-223.
• [13] Pretis A.D., Longo V., Ricciardiello F., Sbaizero O.: „Consideration on the electrical properties of ceramics based on perovskite - type compounds” Silicates Industrials, 7-8 (1984) 139.
• [14] Davies R.A., Islam M.S., Gale J.D.: „Dopant and proton incorporation in perovskite-type zirconaites”. Solid State Ionics, 130 (1999)323-335
• [15] Novick A.S.: „The conductivity pre-exponential of solid electrolytes in A.L. Lasker, S.Chandra (Eds.) Superionic Solids and Solid Electrolytes, Recent Trends, Materials Science, Academic Press, New York 1989, 381-405.
• [16] Hou T.I., Krieven W.M.: „Mechanical properties of CaSi04- CaZr03 composites”. Journal of American Ceramic Society, 77 (1964) 65-72.