Envejecimiento y propiedades eléctricas de materiales basados en Y-TZP

Abstract

Se ha estudiado la respuesta eléctrica de policristales tetragonales de ZrO 2 -3mol% Y 2 O 3 (Y-TZP) con distintos tamaños de grano, en el rango de baja temperatura (T<350°C), para analizar su comportamiento en el proceso de envejecimiento que sufren estos cristales. El espectro de impedancia, que inicialmente muestra dos picos relacionados con las contribuciones de grano y frontera de grano (altas y bajas frecuencias, respectivamente), ha sido ajustado mediante un modelo circuital para analizar sus contribuciones. La evolución de los parámetros de ajuste con los ciclos térmicos ha sido analizada para ver cual es la influencia del proceso de envejecimiento sobre éstos. Palabras clave: Y-TZP, policristales, propiedades eléctricas, envejecimiento. Ageing and electrical properties of Y-TZP based materialsThe electrical response of 3mol% yttria tetragonal zirconia polycrystals (Y-TZP) was measured as a function of the grain size in the low temperature range (T<350°C). The impedance spectrum shows two peaks related to grain and grain boundary effects (high and low frequencies, respectively) that were fitted by a circuit model in order to analyse their respective contributions. The evolution of the fitting parameters with the thermal cycles was also studied to determine the thermal unstability (aging). INTRODUCCIÓNEl interés tecnológico en los policristales tetragonales de circona dopada con itria (Y-TZP) reside, por una parte, en su dureza y/o resistencia a la fractura, la cual es atribuida a la transformación, inducida por tensiones, de los granos de la fase tetragonal a monoclínica (t→m); y por otra parte en su alta conductividad eléctrica, fruto de la difusión de vacantes de oxígeno, que los hace interesantes en aplicaciones como sensores de oxígeno, células de combustible, etc.No obstante, estos materiales presentan la gran desventaja de que en su uso a bajas temperaturas (~250°C) sus propiedades mecánicas empeoran dramáticamente. Esta degradación tiene su origen en la transformación espontánea (t→m) que es acompañada por la formación de macro y microgrietas. Está demostrado que la velocidad de la transformación aumenta con el tamaño de grano y con la presencia de agua o vapor de agua (1-5).Desde el punto de vista de las propiedades eléctricas, el proceso de envejecimiento, que implica la formación de grietas, debe estar asociado a un cambio en estas propiedades de manera que se produzca una disminución dramática de la conductividad eléctrica. En este trabajo analizamos la dependencia de las propiedades eléctricas con el tamaño de grano y el envejecimiento. PARTE EXPERIMENTALLas muestras se fabricaron a partir de polvos de 3mol% Y-TZP, suministrados por Tosoh Co. (Japón), que fueron prensados en frío (CIP) a 137 MPa y posteriormente sinterizados a 1400°C durante una hora, obteniéndose un material totalmente denso. El tamaño de grano medio de las muestras, determinado por SEM, fue de 0.3 µm. Para obtener muestras con tamaños de grano mayor se hicieron recocidos a 1550°C durante 24 horas y a 1600°C durante 10 hora...

Wide-frequency-range dielectric response of polystyrene latex dispersions

“…The kind of electrode polarization correction used in this work, based on empirical curve fitting that includes a constant-phase-angle (CPA) frequency dependence of the impedance of the electrodes, has been widely used in impedance spectroscopy of solid samples [29,37,38] and also in dielectric spectroscopy of biological cell suspensions [31]. The procedure allows a complete fit over the entire impedance spectrum by means of a circuit model that takes into account the two contributions to the dielectric response due to electrode polarization and sample.…”