Diffusion induced grain boundary migration (DIGM) process in ZrO₂-Y₂O₃-MgO ion conductors

• Autorzy: Pawłowski A. , Pędzich Z. , Bućko M. M.

Warianty tytułu

PL

Proces dyfuzyjnie wymuszonej migracji granic międzyziarnowych (DIGM) w przewodnikach jonowych z układu ZrO₂-Y₂O₃-MgO

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Paper contains results of microstructure and chemical composition analyses of micrograms formed on initial grain boundaries in three systems: ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃, ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃+5.4 mol. % MgO and ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃+12 mol. % MgO. It was found out that the micrograins appeared in the process of diffusion induced grain boundary migration (DIGM). They revealed an increased level of Y₂O₃ content (up to 2 mol. %) and a cubic symmetry. DIGM investigations were conducted after a he-at-treatment of the samples at 1500 C for 50 hours and at 1700ºC for 2 hours. Zirconia - yttria solid solution with magnesia particle addition showed the increase of amount of migration nuclei and the size of new-created grains. However, no change in the chemical composition of the grains was detected. The mechanical properties and ion conductivity of the material were investigated. It was established that the ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃ ceramic heat-treated at 1500X showed the highest grain boundary conductivity. In investigated system the ratio increases with the magnesia additive amount. This material has high hardness and slightly decreased fracture toughness. It seems to be a perspective material for solid electrolytes.

PL

W pracy poddano analizie mikrostrukturę i skład powstających na granicach wyjściowych mikroziaren w tworzywach: ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃, ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃+5.4 mol. % MgO oraz ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃+12 mol. % MgO. Stwierdzono, że powstały one w procesie dyfuzyjnie wymuszonej migracji granic międzyziarnowych (DIGM). Mikroziarna będące strefami dyfuzyjnymi posiadają podwyższoną zawartość o około 2% molowych Y₂O₃i symetrię regularną. Badania procesu DIGM prowadzono po wygrzewaniu spiekóww temperaturach 1500ºC przez 50 godzin i 1700ºC przez 2 godziny. Dodatek MgO w postaci cząstek do roztworu stałego powoduje zwiększenie ilości zarodków migracji na granicach i wielkości powstałych mikroziaren, nie zmienia natomiast ich składu. Badano właściwości mechaniczne i przewodnictwo jonowe tworzyw. Ustalono, że ceramika ZrO₂+6 mol. % Y₂O₃, wyżarzana w 1500ºC posiada najwyższe przewodnictwo jonowe po granicach ziaren, natomiast stosunek rośnie wraz z dodatkiem MgO. Ceramika ta wykazuje podwyższoną twardość i nieznacznie obniżoną odporność na kruche pękanie. Tworzywo to może stanowić dobry materiał na elektrolity stałe.

Słowa kluczowe

EN

diffusion; migration; ionic conductor

PL

dyfuzja; migracja; przewodnik jonowy; DIGM

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe PWN SA
• Czasopismo: Archives of Metallurgy
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 45, iss. 1
• Strony: 89--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pawłowski A.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. A. Krupkowskiego PAN, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 25

autor

Pędzich Z.

• AGH, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki, 30-059 Kraków, Al. Mickiewicza 30

autor

Bućko M. M.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. A. Krupkowskiego PAN, 30-059 Kraków, ul. Reymonta 25

Bibliografia

• [1] K. Tashiro, G. R. Purdy, Observation of Chemically Induced Grain Boundary Migration in Several NEW Systems. Scripta Metall. 21, 361 1987.
• [2] A. Pawłowski, P. Zięba, Phase Transformations Controlled by Diffusion at Moving Boundaries. Arch. Metall. PAN. Krakow, 1991
• [3] A. Pawłowski, P. Zięba, Grain Boundary Phenomena in Partially Stabilised Zirconia Polycrystals. Arch. Metall. 44 [1] 3-12 1999.
• [4] A. Pawłowski, Z. Pędzich, M. M. Bućko, Migration of Intergranular Boundaries in Partially Stabilized ZrO2 + 5-6 mol. % Y2O3 Ceramics, in British Ceramics Proceedings No 60, vol. 1, The Sixth Conference and Exhibition of the European Ceramics Society. IOM Communications Ltd. University Press. Cambridge, Wielka Brytania, 1999, 129-130.
• [5] A. Pawłowski, M. M. Bukćo, Z. Pędzich, Microstructure and Properties of Ion Conductors in the ZrO2-Y2O3-MgO System as an Effect of DIGM Process. Arch. Metall. 44 [4] 375 (1999).
• [6] Jun-Wan Jeong, Yoon N. Duk, Migration of Intcegranular Boundaries in Cubic Zirconia - Yttria Induced by Magnesia Addition, J. Amer. Ceram. Soc. 73 [7] 2063-2067 1990.
• [7] Z. Pędzich, K. Haberko, Coprecipitation Conditions and Compaction Behaviour of Y-TZP Nanometric Powders. Ceramics International 20 [2] 85-89 1994.
• [8] M. M. Bućko, W. Pyda, Influence of the Microstructure on the Mechanical and Electrical Properties of Y-CSZ. 9th CIMTEC Proceedings. Advances in Science and Technology 15, P. Vincenzini (Ed.). Techna srl.. Faenza, 1999.