Niestechiometryczny CaZrO3 jako ceramiczny elektrolit stały - otrzymywanie oraz właściwości elektryczne i mechaniczne

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

Warianty tytułu

EN

Nonstoichiometric calcium zirconate as a ceramic solid electrolyte - preparation, electrical and mechanical properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy zbadano możliwości otrzymywania niestechiometrycznych proszków i spieków cyrkonianu wapnia, metodami: bezpośredniej syntezy z proszków ZrO2 oraz CaCO3, współstrącania-prażenia oraz cytrynianową. Określono również wpływ mikrostruktury na właściwości elektryczne i mechaniczne otrzymanych spieków pod kątem zastosowania ich jako elektrolitów stałych w urządzeniach elektrochemicznych. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że jednorodne chemicznie proszki jednofazowego cyrkonianu wapnia, zawierającego 4% nadmiaru CaO można otrzymać w temperaturach od 700 do 1000 stopni C technikami współstrącania- prażenia oraz metodą cytrynianową. Najmniejszymi wielkościami krystalitów oraz najlepszą spiekalnością charakteryzuje się proszek otrzymany w procesie cytrynianowym. Zastosowanie tego proszku pozwala na otrzymanie gęstego spieku o średniej wielkości ziaren ok. 0,5 mum już w temperaturze 1450 stopni C. W przeciwieństwie do próbek otrzymanych metodą bezpośredniej syntezy, spieki otrzymane mokrymi metodami chemicznymi, nie wykazują histerezy termicznej przewodnictwa elektrycznego. Natomiast pojawienie się tego zjawiska w próbkach otrzymanych metodą bezpośredniej syntezy z tlenku cyrkonu (IV) oraz węglanu wapnia spowodowane jest prawdopodobnie obecnością wydzieleń CaO jako drugiej fazy w próbkach, której oddziaływanie z parą wodną i dwutlenkiem węgla może prowadzić do niekontrolowanych zmian przewodności elektrycznej. Najwyższymi wartościami przewodności jonowej, oraz odporności na kruche pękanie, charakteryzują się próbki otrzymane metodą cytrynianową. Otrzymane wartości przewodności elektrycznej, jonowej liczby przenoszenia i odporności na kruche pękanie są wystarczające do zastosowania próbek otrzymanych metodą współstrącania-prażenia jak i cytrynianową jako elektrolitów stałych w urządzeniach elektrochemicznych.

EN

Sinterable powders of nonstoichiometric calcium zirconate were obtained with different preparation routes such as: direct synthesis from nanopowders, citrate process as well as co-precipitation-calcination one. Electrical (ionic conductivity, oxygen ion transference number) and mechanical (fracture toughness) properties of the sintered bodies were determined. It was state that citrate process gave the best sinterable powder with the smallest crystallites. The sintered body obtained by citrate route had the highest value of ionic conductivity and the smallest activation energy of conductivity. Sample prepared by direct synthesis showed temperature hysteresis of conductivity due to presence of CaO at grain boundaries. Fracture toughness of all investigated samples were compared to those of cubic zirconia solid electrolytes.

Słowa kluczowe

PL

proszki cyrkonianu wapnia; spieki cyrkonianu wapnia

EN

calcium zirconate

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2003
• Tom: R. 55, nr 3
• Strony: 104--113
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Dudek M.

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

autor

Róg G.

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

autor

Bogusz W.

• Wydział Fizyki, Politechnika Warszawska

autor

Bućko M.M.

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

Bibliografia

• [1] Chandra S.: Superionic Solids, Amsterdam, New York, Oxford, North-Holand 1981.
• [2] Takahashi S.: Superionic solids and electrolytes. Recent trends. Eds. Laskar A., Chandra S., Academic Press Inc. London (1989) str 1-41.
• [3] Adavnces in Ceramics, Science and Technology of Zirconia, 1-5 1982-1993.
• [4] Janke D., Fisher W.: Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 45 (1975) 477-482.
• [5] Esell S., Flengas S.: Journal of the Electrochemical Society, 119 (1972).
• [6] Weyl A., Wei D.. Janke D.: Steel research, 65 (1994) 167-172.
• [7] Janke D.: Metallurgical Transactions, 13B (1882) 477-482.
• [8] Stubican S, Heilman: Journal of the American Ceramic Society 66(1983)260-264.
• [9] Janke D., Fisher W.: Archiv fur das Eisenhuttenwesen, 47 (1975) 525-530.
• [10] Dudek M.. Bucko M.: Solid State Ionics. 157, 1-4 (2003) 183- 187.
• [11] Róg G., Dudek M., Kozłowska-Róg A., Bucko M.: Electrochimica Acta, 47, 28 (2002) 4523-4529.
• [12] Haberko K.: Preparatyka i właściwości proszków dwutlenku cyrkonu. Zeszyty naukowe AGH Kraków 1983.
• [13] Dygas J.R.: Ph.D Thesis, Northwestern University, Evanston, 1986.
• [14] Kiukola K., Wagner C.: Journal of the Electrochemical Society, 104 (1957) 379-387.
• [15] Charette G., Flengas S.: Journal of the Electrochemical Society 115 (1968) 796-80.
• [16] Nihihara K.: Journal of the Materials Science Letters, 2 (1983).
• [ 17] Yamija T., Kazeoka H.: Solid State Ionics, 47 (1991) 271.
• [18] Kurita N.: Journal of the Electrochemical Society, 142 (1995).