Estudio de la región rica en Bi₂O₃ en el sistema binario ZnO-Bi₂O₃

Abstract

Los materiales cerámicos basados en el sistema binario ZnO-Bi 2 O 3 tienen su principal aplicación en el campo de los varistores. El sistema binario ZnO-Bi 2 O 3 resulta especialmente relevante para la formación de la microestructura funcional de varistores. La determinación de las diferentes fases en equilibrio a alta temperatura en la región rica en Bi 2 O 3 en el sistema binario ZnO-Bi 2 O 3 permitirá interpretar correctamente el desarrollo microestructural. El estudio de las fases en equilibrio se ha llevado a cabo mediante difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido (MEB) y análisis térmico diferencial (ATD). Tratamientos a diferentes temperaturas, en la zona rica en Bi 2 O 3 del sistema, han permitido determinar la presencia del compuesto 19Bi 2 O 3 ·ZnO como fase estable en equilibrio, en lugar del compuesto 24Bi 2 O 3 ·ZnO. Palabras clave: diagrama de fases, varistores, microestructuraStudy at the Bi 2 O 3 -rich region of the ZnO-Bi 2 O 3 system Ceramic materials based in the ZnO-Bi 2 O 3 system have their principal application as varistors. The binary system ZnO-Bi 2 O 3 is specially relevant to the formation of the microstructure responsable of the varistor behaviour. The study of the different equilibrium phases at high temperatures at the Bi 2 O 3 -rich region of the ZnO-Bi 2 O 3 will allow a correct understanding of the microstructural development. Equilibrium phases have been analyzed by XRD, SEM and DTA. Different temperature treatments of samples formulated in the Bi 2 O 3 rich region of the ZnO-Bi 2 O 3 binary system have allowed to determine the phase 19Bi 2 O 3 ·ZnO as the equilibrium one instead of the 24Bi 2 O 3 ·ZnO phase. Keywords: phases diagrams, varistors, microstructure INTRODUCCIÓNLos materiales cerámicos multicomponentes basados en ZnO dopados con pequeñas cantidades de Bi 2 O 3 muestran un alto grado de no linealidad en su respuesta eléctrica corriente-voltaje. Este comportamiento no óhmico es consecuencia de la microestructura, donde granos de ZnO semiconductores están separados por una fase intergranular rica en Bi 2 O 3 dando lugar a la formación de barreras de potencial.La importancia del diagrama de fases ZnO-Bi 2 O 3 para el procesamiento de materiales varistores es consecuencia de la baja temperatura del eutéctico así como la baja solubilidad del Bi 2 O 3 en ZnO. Dicho diagrama continua siendo objeto de estudio y existen en la literatura fuertes discrepancias en cuanto a fases en equilibrio así como la presencia de fases metaestables, como se refleja en la bibliografía.Levin y Roth [1] en su estudio destacan la presencia de un eutectico a 740ºC, así como la presencia de la fase estable 6Bi 2 O 3 ·ZnO molar, de fusión congruente.Posteriormente Safronov et al [2] mediante estudios de ATD y DRX confirmó la presencia del eutectico a 740ºC para una composición: 86% moles de Bi 2 O 3 -14% moles de ZnO (6.14Bi 2 O 3 ·ZnO) y la transformación de fase de α-Bi 2 O 3 a δ-Bi 2 O 3 a 735ºC, así como la presencia de la fase 24Bi 2 O 3 ·ZnO (Bi 48 ZnO 73 ), que funde incongrue...

Estudio termodinámico de la región rica en Bi₂O₃ del sistema Bi₂O₃-ZnO

“…There is no data on the composition of the composition of the peritectic liquid, so that, the thermodynamic assessment of the system offer a friable estimation of this point. The location of the peritectic liquid in the system is in good agreement with the extension of the compatibility field proposed by de la Rubia et al (22,23) The invariant eutectic point calculated is located between those suggested by Guha et al (21), Safronov et al (11) and Hwang et al (12). Also the temperature of the eutectic point is accordance with the suggested by the different authors.…”

“…In the rich-Bi 2 O 3 region of the system, Figure 2, the liquidus line fits with the data reported by Safronov et al (11) and de la Rubia et al (22,23) at higher temperatures. In this region, the incongruent fusion of the 19Bi 2 O 3 ·ZnO compound can be observed.…”

“…Recently de la Rubia et al (22,23) observed the presence of the 19Bi 2 O 3 ·ZnO compound as stable phase in the righ-Bi 2 O 3 region of the system. According with their results, the eutectic point of the system should be located at higher fraction of ZnO than the proposed by Safronov et al (11), close to the suggested by Guha et al (21).…”

Varistores cerámicos basados en óxido de cinc

“…A pesar de que en la actualidad se dispone de numerosas técnicas experimentales, tales como la espectroscopía transitoria de nivel profundo (DLTS), la fotoluminiscencia, o la espectroscopía fotoelectrónica de Rayos X (XPS), con las que poder medir la energía de estados electrónicos discretos (13), lo cierto es que a día de hoy, ni los propios defectos del ZnO ni el origen de los estados de interfase MARCO PEITEADO el Bi 2 O 3 (37). De acuerdo con el diagrama de fases del binario ZnO-Bi 2 O 3 ambos óxidos son prácticamente insolubles el uno en el otro (38,39). El bismuto induce estados electrónicos de superficie capaces de atrapar carga en la interfase ZnO-ZnO, contribuyendo eficazmente a la formación de la barrera de potencial.…”

Análisis de la distribución temática en el Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio

“…Los avances en cerámicas dieléctricas se han centrado en varistores cerámicos (39)(40)(41), estos trabajos presentan relación con la reciente iniciativas empresariales. La incipiente industria nacional en Electrocerámica y en materiales cerámicos avanzados con aparición de varias empresas en los últimos años parece un buen aval de futuro.…”