Effect of grain size on electrical properties of scandia-stabilized zirconia

Abstract

10 mol % Sc 2 O 3 -stabilized ZrO 2 (10ScSZ) was sintered by several processes including spark plasma sintering, milliwave sintering and conventional sintering. The electrical conductivity of the sintered 10ScSZ samples was obtained by AC impedance spectra, and compared with grain size and the crystal phase. As average grain size decreased, the electrical conductivities decreased and increased at temperatures higher and lower than the phase transition point, respectively. These trends suggested that the fraction of a low conductivity rhombohedral phase increases with increasing grain size at a temperature lower than the phase transition point, and that the total thickness of the grain boundary affects the electrical conductivity at a temperature higher than the phase transition point.

Dense zircon (ZrSiO4) ceramics by high energy ball milling and spark plasma sintering

“…1400 8C) and short time sintering (i.e. 10 min) [30][31][32][33][34][35]. Unlike conventional methods (i.e., pressureless sintering, hot-pressing), the current activated sintering methods, as spark plasma sintering (SPS), permits to lower sintering temperature and shorten the holding time.…”

“…As result, the SPS leads to remarkable improvements in properties of consolidated materials. The low SPS temperatures and short holding times enable the densification of nanometric powders to near theoretical values with limited grain growth [30][31][32][33][34][35].…”

Densificação e condutividade elétrica da Zircônia-Escândia-Céria

“…Alguns autores, a partir da sinterização por SPS, conseguiram obter amostras densas de ScSZ com tamanho médio de grãos na ordem de 0,3 µm e estabilizar a fase cúbica, eliminando a descontinuidade da curva da condutividade elétrica (18,50,51) . A sinterização por SPS pode promover a obtenção de grãos ainda menores, na ordem de 10 nm, como foi obtido para materiais à base de zircônia e céria (19) .…”

“…A temperatura foi selecionada com base nos resultados de dilatometria, enquanto que, o tempo de patamar foi selecionado de acordo com o reportado na literatura para a zircônia-escândia (18,51) . Após sinterização, as amostras apresentaram-se densas, com densidade relativa maior que 95%.…”

Investigação da estabilidade de fases da zircônia-escândia

“…44 Além disso, a utilização de outras técnicas de sinterização pode promover a densificação desses materiais. 36,95,96 Tabela XI. Valores de densidade relativa (ρ R ) encontrados para amostras de 10Sc1DySZ e 10Sc1NbSZ preparadas por coprecipitação, calcinadas a 500 °C por 2 h e sinterizadas em diferentes temperaturas (T) e tempos de patamar (t).…”