بررسي تاثير افزودني اكسيد مس بر روند زينترينگ، ريز ساختار و هدايت پروتوني تركيب زيركونات باريم

Effect of CuO on the Sintering Behavior, Microstructure and Proton Conductivity of Yttrium Doped Barium Zirconate

در اين پژوهش، تاثير افزودن 2 درصد وزني اكسيد مس بر رفتار زينترينگ، ريز ساختار نهايي و هدايت پروتوني تركيب خالص زيركونات باريم مورد بررسي قرار گرفته است. تركيب زيركونات باريم حاوي 2 درصد وزني اكسيد مس به روش سنتز در فاز جامد و از مواد اوليه ي كربناتي و اكسيدي تهيه شد. بمنظور بررسي ساختار كريستالي فاز سنتز شده از روش تجزيه ي XRD استفاده شد. عمليات زينترينگ نمونه هاي خامي كه به روش فشردن در قالب، تهيه شده بودند، در محدوده ي دمايي 1300 تا 1500 درجه ي سانتيگراد و به مدت 5 تا 20 ساعت انجام گرفت. بررسي ريز ساختار نمونه ها بمنظور تعيين كيفي اندازه ي تخلخل هاي برجا مانده و اندازه ي تقريبي دانه ها، با استفاده از تصوير برداري به روش SEM از سطح مقطع شكست نمونه ها انجام گرفت. هدايت پروتوني تركيبات سنتز شده پس از انجام عمليات زينترينگ در اتمسفر احيا كننده (مرطوب و خشك) و با استفاده از روش تجزيه ي امپدانس تعيين گرديد. نتايج اين پژوهش نشان دادند كه كاربرد افزودني اكسيد مس نقشي بسيار موثر در كاهش دماي زينترينگ و رشد دانه هاي تركيب زيركونات باريم دارد؛ به گونه اي كه در حضور 2 درصد اكسيد مس، دماي زينترينگ تركيب ياد شده تا حدود 1400 درجه ي سانتيگراد كاهش يافته و اندازه ي دانه هاي آن بيش از 5 برابر افزايش مي يابد. اين نتايج هم چنين، نشان دادند كه كاربرد افزودني اكسيد مس، به دليل تاثير قابل ملاحظه بر رشد دانه-ها، بر افزايش هدايت پروتوني نيز تاثيري مثبت دارد.

In the present work, the effect of addition of 2 wt% CuO on the sintering behavior, microstructure and proton conductivity of the yttrium doped barium zirconate has been studied. Yttrium doped barium zirconate (BZY20) including 2 wt% CuO, as sintering aid, was produced via solid state synthesis method using carbonate and oxides as raw materials. To characterize the crystal structure of the synthesized compounds, XRD analysis was used. The green samples, produced by dry pressing, were sintered in the range of 1300 to 1500 oC for 5 to 24 h. Microstructure of the sintered samples was studied by the means of SEM to determine the amount of remained porosities and the grain sizes. Proton conductivity of the samples was determined using impedance analyzer in a wet and dry reducing atmosphere. The results showed that using 2 wt% CuO is so effective in reducing the sintering temperature and also in increasing the size of the grains. So that the sintering temperature decreased to 1400 oC and grain size increased to more than 5 times. These results also showed that in the presence of 2 wt% CuO the conductivity of the BZY20 compounds can be improved.