Efeito da segregação e solubilização do MgO na morfologia de pós de ZrO2 durante a síntese pelo método Pechini

Abstract

Trabalhos realizados em vários sistemas de óxidos cerâmicos têm demonstrado que a segregação dos íons durante a síntese de materiais cerâmicos pelo método Pechini tem conseqüências muito importantes tanto para a morfologia dos pós como para a sinterização. Este trabalho tem como objetivo estabelecer a influência da segregação/solubilização do MgO na morfologia e na sinterização de pós à base de ZrO2. O estudo foi realizado em pós preparados por síntese química derivada do método Pechini a 500 °C por 15 h. Observa-se que para concentrações de MgO até o limite de solubilidade no ZrO2 ocorre o crescimento de partículas e uma diminuição da área de superfície específica por causa da solubilização e do aumento do coeficiente de difusão pela geração de vacâncias de oxigênio. Contudo, após o limite de solubilidade, ocorre um aumento gradual da área de superfície específica devido à segregação dos íons na superfície dos pós e à diminuição da energia de superfície. Concentrações de MgO até 60 % molar foram utilizadas e áreas de superfície específica tão elevadas quanto 120 m²/g foram obtidas, mas as fases cristalinas formadas foram exclusivamente da zircônia solução sólida sem a presença de fases cristalinas de MgO.Studies carried out in several ceramic oxide systems have shown that segregation of ions during synthesis of ceramic materials by the Pechini's method has important morphology consequences for the powder. The aim of this paper is to establish the influence of the MgO segregation/solubilization on the morphology of ZrO2 powders. The study was performed in powders prepared by chemical synthesis derived from the Pechini's method at 500 ºC for 15 h. It is observed that MgO concentrations up to the solubility limit promote ZrO2 particle coarsening and a reduction of specific surface area by increasing the diffusion coefficient. However, MgO amounts higher than the solubility limit increase the specific surface area due to the segregation of Mg ions onto powder surfaces, and the decrease of surface energy. MgO concentrations as high as 60 mol % were used and specific surface areas about 120 m²/g were achieved. However, only zirconia solid solution crystalline phase was observed, without MgO crystalline phases.