YSZmecanicas Sintesis Barreras Termicas

Preparación y propiedades de ZrO2
estabilizada con Y2O3
YSZ
La circonia pura presenta tres estructuras dependiendo de la temperatura.
A temperatura ambiente la fase estable tiene estructura monoclínica.
Aproximadamente a los 1170 ˚C, se encuentra una transformación
martentísica a la fase tetragonal, mientras que a 2370 ˚C se transforma a la
fase cúbica. La fase cúbica tiene una estructura tipofluorita (CaF2),
mientras que la tetragonal presenta los aniones O2- apenas desplazados
en el eje c y el parámetro c es levemente mayor que el a. Las fases de alta
temperatura tetragonal y cúbica tienen excelentes propiedades eléctricas y
mecánicas, mientras que la fase monoclínica tiene muy pobres
propiedades.

Elecciones simples de las celdas unidad de las fases monoclínica (a), tetragonal
(b) ycúbica (c) de la circonia.

Fases de la ZrO2 pura
MONOCLÍNICA
Fases de
la circonia

TETRAGONAL
CÚBICA

Fases importantes
por sus propiedades
eléctricas y mecánicas

1170°C

MONOCLÍNICA

2370°C

TETRAGONAL
1000°C
Transformación martensítica

CÚBICA

Las fases de alta temperatura tetragonal y cúbica
pueden retenerse a temperaturas más bajas
dopando a la ZrO2 con otros óxidos de metales
divalenteso trivalentes (MO o M2O3). Estos óxidos
introducen vacancias de oxígeno.

TZP: “Tetragonal Zirconia
Polycrystals” (Fase t)
CLASIFICACIÓN

PSZ: “Partially Stabilized
Zirconia” (Fases t y c)
FSZ: “Fully Stabilized
Zirconia” (Fase c)

Sistema ZrO2-Y2O3
• La fase cúbica es estable
a T ambiente para altas
concentraciones
de
dopante.
• La fase tetragonal no es
estable a T ambiente (la
fase
estable
esla
monoclínica), pero se la
puede retener en forma
metaestable en polvos
nanocristalinos
y
en
cerámicos
de
grano
submicrometrico.

Estructura cristalina de la fase cúbica

Cationes Zr4+
y dopantes
Aniones O2y vacancias

a
La fase cúbica presenta una estructura tipo fluorita
(CaF2).

Aplicaciones de la circonia
- Sensores de oxígeno. Sonda λ
Propiedades
eléctricas

- Bombas de oxígeno

-Celdas decombustible de óxido
sólido

- Refractarios
Propiedades
mecánicas

- Herramientas de corte
-Piezas sometidas a condiciones
extremas de tensión

Propiedades mecánicas: mecanismo de
tenacidad por transformación
Este método de reforzamiento aprovecha la
transformación de t m de la circonia,
con la consecuente absorción de energía y
aumento del volumen.

Mecanismos de reforzamiento
Mecanismos dereforzamiento que permiten que una grieta en un material cerámico pueda detenerse. Los
mecanismos de reforzamiento (izquierda) se basan en el cambio de estructura cristalina (de tetragonal a
monoclínica) que sufren los granos de circonia, cuando se someten a tensiones en el extremo de una grieta.
Los materiales cerámicos también se pueden hacer resistentes a la fractura entrelazándolos con fibrascerámicas (centro), como en el caso de los materiales compuestos. Las fibras amarran la grieta y evitan que
se ensanche y crezca. Un tercera vía para frenar una grieta consiste en esparcir la concentración de tensiones
del extremo sobre una superficie mayor. Para conseguirlo se crean grietas diminutas, denominadas
microgrietas (derecha), en el material cerámico durante su procesado. Cuando lamicrogrieta se funde, en su
aproximación, con una microgrieta, su extremo se redondea

Propiedades mecánicas: mecanismo de
tenacidad por transformación

Propiedades eléctricas.
Electrolitos solidos
 Los cerámicos de circonia cúbica tienen interés como electrolitos
sólidos desde fines del siglo XIX. El primero en sugerir que la
circonia es un conductor iónico por ión óxido fue W. Nernst en
1899, pero laexplicación del mecanismo de conducción fue dada
recién en 1943 por C. Wagner
 En términos generales la conductividad iónica de estos grupos de
óxidos se incrementa desde los valores del grupo I hasta los
correspondientes al grupo V. Desafortunadamente, las
posibilidades de utilización disminuyen según la misma dirección,
de modo que aquellos materiales con mayor conductividad son
también los...