Inclusão e remoção térmica de NaCl, Kl e grafite para obtenção de cerâmicas porosas de zircônia estabilizada com ítria

Cerâmicas de zircônia estabilizada com ítria são utilizadas na forma densa como eletrólito e na forma porosa como ânodo em células a combustível de óxido sólido. Neste trabalho cerâmicas porosas de zircônia estabilizada com 8 mol% de ítria foram preparadas por meio da adição de diferentes teores de KI, NaCl e grafite como aditivo sacrificial. A remoção térmica do aditivo foi avaliada por meio de análises termogravimétrica, térmica diferencial e dilatométrica. As amostras foram preparadas por meio de mistura, compactação e sinterização a 1400 ºC/2 h. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X(DRX) e análise topográfica em microscópio de varredura por sonda e microscópio eletrônico de varredura de superfícies polidas e atacadas para avaliação da distribuição do teor de poros e tamanho médio de grãos. O teor do aditivo residual foi avaliado por fluorescência de raios X (FRX). O comportamento elétrico foi analisado por espectroscopia de impedância (EI) na faixa de frequências 5 Hz-10 MHz entre 300 ºC e 450 ºC. Os resultados de FRX mostram que não há resíduo do aditivo após sinterização. A análise de DRX indica que todas as amostras têm fase única, cúbica tipo fluorita. Os diagramas de impedância mostram que há aumento i) das resistividades elétricas intergranular e intragranular, evidenciando a formação de poros em ambas as regiões, ii) do ângulo de descentralização do semicírculo a baixas frequências, devido ao aumento do grau de heterogeneidade pela presença de poros, e iii) do produto do fator de bloqueio R pelo fator de frequência f, consequência do aumento do teor de poros. Esses resultados estão em concordância com os resultados das análises de microscopia de varredura por sonda e de microscopia eletrônica de varredura.

Dense and porous yttria-stabilized zirconia ceramics are used as electrolytes and anodes, respectively, in solid oxide fuel cells. Porous ZrO2: 8 mol% Y2O3 (8YSZ) were prepared by using NaCl, KI and graphite as sacrificial additives. The thermal removal of the additives was evaluated by thermogravimetry, differential thermal analysis and dilatometry. The samples were prepared by thoroughly mixing 8YSZ to the additives, pressing and sintering at 1400 ºC/2 h. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD) and by observation of polished and etched surfaces in scanning probe microscope (SPM) and scanning electron microscope (FEG-SEM) to evaluate pore content. The evaluation of the NaCl and KI content was carried out by X-ray fluorescence (XRF) analysis. The electrical behavior was analyzed by impedance spectroscopy (IS) in the 5 Hz-10 MHz frequency range from 300 ºC to 450 ºC. The XRF results show no remaining KI or NaCl in the sintered samples. The XRD patterns show all samples are single cubic fluorite phase. The IS plots show that there is an increase i) of the intergranular and the intragranular electrical resistivity, an indication of bulk and grain boundary pore formation, ii) of the decentralization angle of the grain boundary semicircle in the impedance plots due to increasing heterogeneity of the samples, and iii) of the product of the blocking factor R to the frequency factor f, as a consequence of the increase in pore content. These results are in agreement with the SPM and SEM observations.