Wpływ jonów Fe3+ na syntezę cyrkonianu wapnia

• Autorzy: Szczerba J. , Śnieżek E. , Madej D. , Prorok R.

Warianty tytułu

EN

Effect of Fe3+ ion on synthesis of calcium zirconate

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Jedno z zagadnień, które w obszarze inżynierii materiałowej ciągle cieszy się dużym zainteresowaniem skupione jest wokół układu dwuskładnikowego CaO-ZrO2, a w szczególności wokół cyrkonianu wapnia CaZrO3. Korzystne właściwości tego materiału umożliwiają zastosowanie go w różnej formie i wykorzystanie zarówno w czystej postaci jak i zmodyfikowanej, między innymi jako materiał ogniotrwały, ogniwa paliwowego, sondy tlenowej, sensorów, stałych elektrod, filtrów, membran i kondensatorów. Do jednych z ważniejszych właściwości CaZrO3 należą: wysoka temperatura topnienia (2368°C), odporność na wstrząsy cieplne, wysoka stała dielektryczna, odporność na działanie alkaliów, przewodnictwo elektryczne, stabilność mechaniczna, chemiczna i termiczna. W artykule omówiono wpływ jonów Fe3+ na mikrostrukturę i syntezę CaZrO3. Sporządzono dwa rodzaje próbek. Pierwszymi, które stanowiły materiał odniesienia były próbki czystego CaZrO3. Drugim rodzajem były próbki CaZrO3 dotowane jonami Fe3+. Do tego celu wykorzystano czyste odczynniki: CaCO3, ZrO2 i Fe2O3. Zastosowano proces wypalania dwustopniowego w 1200°C i 1700°C. Otrzymany w ten sposób materiał dotowany jonami Fe3+, w porównaniu do czystego CaZrO3, charakteryzował się dużym stopniem zagęszczenia, małą porowatością i dobrą spiekalnością. Zdefiniowane pod względem składu fazowego tworzywo (metoda XRD) poddano badaniom porozymetrycznym przeprowadzonym przy użyciu metody rtęciowej. Do analizy mikrostruktury wykorzystano metodę SEM/EDS.

EN

Still, there is a great interest in the binary CaO-ZrO2 phase diagram, and especially in calcium zirconate, CaZrO3, as one of the main topics of materials engineering. Valuable properties of this material allow it to be used in various forms, and offer great opportunities for its application both in a pure form or in modified one, e.g. refractory material, fuel cells, oxygen probes, sensors, solid electrodes, filters, membranes and capacitors. The most important properties of CaZrO3 include high melting point (2345°C), thermal shock resistance, high dielectric constant, resistance to alkalis, electrical conductivity, mechanical, chemical and thermal stability. Influence of Fe3+ ions on microstructure and synthesis of CaZrO3 is reported in this paper. Two series of samples were prepared. The first one, which was a reference material was composed of pure CaZrO3. The second one was CaZrO3 doped with Fe3+ ions. Pure reagents of CaCO3, ZrO2 and Fe2O3 were used to prepared the materials by fi ring at 1200°C, and then, after grinding and compaction, at 1700°C. The material doped with Fe3+ ions when compared to the pure CaZrO3 was characterized by higher density, lower porosity and better sinterability. XRD analysis was used to determine the phase composition of the fi red materials; they were also tested by using mercury porosimetry. The SEM/EDS method was used for microstructure analysis.

Słowa kluczowe

PL

materiały ogniotrwałe; cyrkonian wapnia; mikrostruktura

EN

refractories; calcium zirconate; microstructure

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Ceramiczne
• Czasopismo: Materiały Ceramiczne
• Rocznik: 2011
• Tom: T. 63, nr 4
• Strony: 786--792
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Szczerba J.

autor

Śnieżek E.

autor

Madej D.

autor

Prorok R.

• Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, KTCiMO, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków,

Bibliografia

• [1] Du Y., Jin Z.P., Huang P.Y.: „Thermodynamic calculation of the zirconia-calcia system”, J. Am. Ceram. Soc., 75, (1992), 3040- 3048.
• [2] Noguchi T., Mizuno M., Conn W.M.: „ Fundamental Research in Refractory System with a Solar Furnace – ZrO2-CaO System”, Sol. Energy, 11, (1967), 145-152.
• [3] Yin Y., Argent B.B.: „Phase Diagrams and Thermodynamics of the Systems ZrO2-CaO and ZrO2-MgO”, J. Phase Equilib., 14, (1993), 439-450.
• [4] Ruff O., Ebert F., Stephan E.: „Contributions to the ceramics of highly refractory materials: Ii. System zirconia-lime”, Z. Anorg. Allg. Chem., 180, 2, (1929), 215-224.
• [5] Ross N.L., Chaplin T.D.: „Compressibility of CaZrO3 perovskite: Comparison with Ca-oxide perovskites”, J. Solid State Chem., 172, (2003), 123-126.
• [6] Galuskin E.V., Gazeev V.M., Armbruster T., Zadov A.E., Galuskina I.O., Pertsev N.N., Dzierzanowski P., Kadiyski M., Gyrbanov A.G., Wrzalik R., Winiarski A.: „Lakargiite CaZrO3: A new mineral of the perovskite group from the North Caucasus”, Am. Mineral, 93, (2008), 1903-1910.
• [7] Krishnan V., Fergus J. W.: „Effects of Dispersant Addition in the Synthesis of Indium-Doped Calcium Zirconate by Precipitation Methods”, J. Mater. Sci., 42, (2007), 6117-6122.
• [8] Angers R., Tremblay R., Chaklader A.C.D.: „Effect of Pressure on formation of CaZrO3 by Solid- State Reaction Between CaO and ZrO2”, J. Am. Ceram. Soc., 57, (1974), 231.
• [9] Vinayak P. Dravid, Sung C.M., Notis C.M., Lyman C.E.: Acta Cryst., B45, (1989), 227.
• [10] Ianos R., Barvinschi P.: „Solution combustion synthesis of calcium zirconate, CaZrO3, powders”, J. Solid State Chem., 183, (2010), 491-496.
• [11] Prasanth C.S., Padma Kumar H., Pazhani R., Solomon S., Thomas J.K.: „Synthesis, characterization and microwave dielectric properties of nanocrystalline CaZrO3 ceramics”, J. Alloys Compd., 464, (2008), 306-309.
• [12] Gonenli E., Tas C.: „Chemical Synthesis of Pure and Gd-doped CaZrO3 Powders”, J. Eur. Ceram. Soc., 19, (1999), 2563.
• [13] Szczerba J., Pędzich Z.: Ceram. Int., 36, (2010), 535-547.
• [14] Radovanovic S.: Proceedings UNITECR ’95, (1995), 224.
• [15] Wang C.C., Chen W.H., Akbar S.A.: „High-Temperature ac Electrical Behavior of Polycrystalline Calcium Zirconate”, J. Mater. Sci., 32, (1997), 2305-2312.
• [16] Suzuki Y., Awano M., Kondo N., Ohji T.: „Effect of In-doping on the microstructure and CH4-sensing ability of porous CaZrO3/ MgO composites”, J. Ceram. Soc., 22, (2002), 1177-1182.
• [17] Hwang S.C., Choi G.M., Solid State Ionics, 177, (2006), 3099- 3103.
• [18] Szczerba J., Ceramika, 99, (2007).