Przydatność metody cytrynianowej do otrzymywania elektrolitów stałych zawierających cyrkonian wapnia

• Autorzy: Dudek M.

Warianty tytułu

EN

Usefulness of the citrate method for obtaining solid electrolytes based on calcium zirconate

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy scharakteryzowano właściwości proszków, i spieków cyrkonianu wapnia modyfikowanego nadmiarem tlenku wapnia o wzorze (CaO)1+xZrO2, gdzie x jest nadmiarem tego tlenku i wynosi od 0 do 18% mol. Proszki CaZrO3 otrzymano metodą cytrynianową. Najwyższą temperaturą syntezy wynoszącą 1200 stopni C, charakteryzuje się materiał o składzie stechiometrycznym. Zwiększenie nadmiaru CaO od 1 do 6% mol powoduje obniżenie temperatury syntezy CaZrO3 do 800 stopni C. Dalszy wzrost nadmiaru CaO (>6% mol), powoduje pojawienie się tego tlenku jako drugiej fazy zarówno w proszkach jak i spiekach na bazie CaZrO3. Jednofazowe proszki CaZrO3 charakteryzują się krystalitami o rozmiarach wynoszących od 40 do 90 nm. Otrzymane proszki niestechiometrycznego CaZrO3 zagęszczają się powyżej 98% gęstości teoretycznej w temperaturze 1450 stopni C. Pojawienie się CaO jako drugiej fazy prowadzi do znacznego spadku gęstości względnej otrzymanych tworzyw. Materiały na bazie niestechiometrycznego CaZrO3 są praktycznie czystymi przewodnikami jonów tlenu. Najwyższą wartością przewodnictwa elektrycznego sigma w temperaturze 1000 stopni C, charakteryzuje się spiek (CaO)1+xZrO2, gdzie x wynosi 6% mol CaO. Materiał ten może zostać zastosowany jako elektrolit stały w konstrukcji elektrochemicznych sond tlenowych stosowanych w metalurgii. Przeprowadzone badania właściwości proszków niestechiometrycznego CaZrO3 syntezowanych metodą cytrynianową wskazują na pełną przydatność tej metody preparatyki proszków w technologii otrzymywania gazoszczelnych elektrolitów stałych o powtarzalnych właściwościach elektrycznych.

EN

In this paper properties of calcium zirconate with excess CaO over stoichiometry: (CaO)1+xZrO2, for 0 < x < 18% mol powders and sintered bodies were investigated. The CaZrO3 powders were prepared by citrate method. Increasing the CaO excess above 6% mole caused a presence of this oxide as the second phase in CaZrO3 powders and samples sintered at the temperature range 1250-1700 Celsius degrees. The highest temperature (1200 Celsius degrees) of synthesis of CaZrO3 powder was found to stoichiometric composition, whereas calcia excess between 1 and 6% mole in samples led to decrease of CaZrO3 synthesis to 800 Celsius degrees. The particle sizes of single-phase CaZrO3 powders ranged from 40 to 90 nm measured by XRD, BET or TEM methods. The apparent density of nonstoichiometric CaZrO3 samples sintered at 1450 Celsius degrees for 2 hours was above 98% of theoretical density. The presence CaO as the second phase caused in a significant decrease of relative density. The nonstoichiometric CaZrO3 samples were practically pure oxygen ion conductors. The highest value of electrical conductivity sat the temperature 1000 Celsius degrees was found for the composition x = 6% mol and was equal 2.1 x 10 (-2) (S/cm). The electrical properties of material prepared are comparable to CaO or MgO stabilized ZrO2-based solid electrolytes. The (CaO)1+xZrO2, where x = 6 % mol CaO sample can be used as a solid electrolyte in electrochemical oxygen probes applied in metallurgical industry. The presented results indicated that citrate method was suitable technique for preparation Ca-ZrO3 powders suitable for manufacturing ceramic electrolytes, which could be applied in electrochemical oxygen probes.

Słowa kluczowe

PL

metoda cytrynianowa; elektrolity stałe; cyrkonian wapnia

EN

citrate method; solid electrolytes; calcium zirconate

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2005
• Tom: R. 57, nr 3
• Strony: 116--120
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Dudek M.

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

Bibliografia

• [1] Staranka A. , Holizer M. , Piekarska M.: Podstawy fizykochemii procesów metalurgicznych i odlewniczych, Wydawnictwa WNT, Warszawa 1997.
• [2] Weyl A., Wei S., Janke D.: Sensor based on new oxide electrolyte and oxygen reference materials for on -line measurements in steel melis. Steel Research, 65 (1994) 167-172.
• [3] Janke D.: Zirconia, hafnia and thoria-based electrolytes for oxygen control devices in metallurgical processes. [in:] Science and technology of zirconia. I edited by A. Heuer, W. Hobbs. The American Ceramic Society, Inc. Columbus, Ohio 1980. s. 419-437.
• [4] Suzuki Y. Shimada A., Senda S.: Time-dependent change in electrical resistivity on polycrystalline YSZ and CSZ. Solid Stale Ionics, 42 (1990) 121-125.
• [5] Vlasov A.N., Perfiliev M.V.: Ageing of Zr02-based solid electrolytes. Solid Stale Ionics, 25 (1987) 245.
• [6] Janke D., Fischer W.A.: Parameters pe of partial electronic conductivity in Zr02 (CaO) and Th02 (Y203) solid electrolytes between 1200 and 165o•c. Archiv fur das Eisenhuttenwesen 45 (1975) 477-482.
• [7] Janke D.: Oxygen Probes Based on Calcia-Doped Hafnia or Calcium Zirconate for use in metallic melts. Metallurgical Transactions, 138 (1982) 227-235.
• [8] Jacob K.T., Mathews T.: Application of solid electrolytes in galvanic sensors, str. 513-563, [in:] High Conductivity Solid lonic Conductors - Recent Trends and Applications. Editor: T. Takahashi, World Scientific Singapore 1989.
• [9] Fischer W., Janke D.: Calcium zirconate as solid electrolytes at temperatures around 16oo•c . Archiv fur Eisenhuttenwesen, 47 (1976) 525-530.
• [10] Fischer W., Janke D.: Keramische Eigenschaften von Calcium-zirconat bei Temperaturen bis 16oo•c. Archiv fUr Eisenhuttenwesen 47 (1976) 51-56.
• [11] Koopmans H. J, Velde G.M, Gellings P.J.: Powder neutron diffraction study of the perovskites CaTi03 and CaZr03. Acta Crystallographica C 39 1323-1325.
• [12] Dudek M., Bućko M., Electrical properties of non-stoichiometric calcium zirconate samples. Solid Stale Ionics, 157 (1-4) (2003) 183-187.
• [13] Dudek M, Róg G, Bogusz W. Wpływ składu fazowego i mikrostruktury tworzyw ceramicznych na bazie CaZr03 na właściwości elektryczne i dielektryczne. Materiały Ceramiczne 1 (2004) 1-8.
• [14] Róg G., Dudek M., Kozłowska-Róg A., Bućko M.: Caldum zirconate: preparation, properties and application to the solid oxide galvanic cells. Electrochimica Acta, 47 (28) 2002 4523-4529.
• [15] Kiukkola K., Wagner C.: Measurements on galvanic cells in volving solid electrolytes. Journal of the Electrochemical Society, 104 (1957) 379-387.