ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DA ZIRCÔNIA DOPADA COM ÍONS DE Ce+4 E Nd+3 VIA PRECURSORES POLIMÉRICOS
AUTORES: OLIVEIRA, S. D. S. (UFRN) ; ANDRADE, I. M. (UFRN) ; PESSOA, R. C. (UFRN) ; NASAR, M.C. (UFRN) ; NASAR, R. S. (UFRN)
RESUMO: Os compósitos com 10% CeO2 e 5% CeO2/5% Nd2O3 foram sintetizados com o uso do método dos precursores poliméricos, Pechini. O método parte da obtenção de citratos metálicos com a formação de um éster quando se adiciona etilenoglicol na mistura de citratos. Os compósitos foram calcinados nas temperaturas de 350°C/3,5h a 900°C/3h, sendo caracterizadas por DRX com refinamento, MEV, densidade, porosidade e resistência à flexão. De acordo com os resultados foi possível observar a estabilização da zircônia nas fases tetragonal e cúbica.
PALAVRAS CHAVES: método pechini, zircônia, cério
INTRODUÇÃO: A zircônia é um material cerâmico que apresenta três fases, tais como: monoclínica, tetragonal e cúbica. A estrutura monoclínica é estável em temperatura ambiente e as estruturas tetragonal e cúbica só ocorrem a altas temperaturas. O emprego da zircônia necessita da estabilização das fases tetragonal e/ou cúbica em temperatura ambiente evitando a transformação reversível tetragonal-monoclínica que causa um aumento de volume na cela unitária levando a propagação de trincas rompendo o corpo sólido. De acordo com a literatura o cério possui a propriedade de estabilizar a zircônia nas formas tetragonal e/ou cúbica em temperatura ambiente [1], os átomos de cério substituem posições de zircônio se difundindo pela rede cristalina. O dopante age como agente estabilizador local, gerando um campo cristalino [2,3]. O neodímio conhecido como formador de solução sólida com criação de vacâncias é adicionado em uma quantidade inferior a que seria necessário a promover uma estabilização total. O método químico usado foi dos precursores poliméricos baseado no processo Pechini. A síntese consiste na formação de quelatos orgânicos a partir de citratos metálicos. O método foi aplicado para a síntese de zircônia dopada com cério e neodímio mostrando o efetivo preparo da zircônia com as estruturas tetragonal e cúbica.
MATERIAL E MÉTODOS: Inicialmente foi dissolvido uma determinada quantidade de ácido cítrico à frio em água destilada, e aquecido a 70°C sob agitação. Em seguida foi adicionado a esta solução o butóxido de zircônio gota a gota sob agitação constante a uma temperatura de 90°C. Nesta etapa ocorreu a reação de complexação do metal com o ácido cítrico, formando o citrato de zircônio (quelato). Após obter solução límpida e homogênea foi adicionado por gotejamento o etilenoglicol, ocorrendo desta forma a esterificação (formação da resina de zircônio). Para o sistema Zr0,9 Ce0,1 O2,0 foi adicionado à resina de zircônio sob agitação a solução de cério (IV) deixando homogeneizar por uma hora a temperatura de 85°C, a razão da adição do reagente foi Zr/Ce = 0,9/0,1
Para o sistema Zr0,9Ce0,05Nd0,05 O1,975 foi adicionado a resina de zircônio, sob agitação, uma solução de sulfato de cério, ambas, previamente calculadas, deixou-se homogeneizar por uma hora a 85ºC. Em seguida foi adicionada uma solução de nitrato de neodímio. A razão estequiométrica estabelecida para os metais foi Zr/Ce/Nd = 0,9/0,05/0,05 em mol. Os polímeros de baixa resistência mecânica foram pirolisados em forno cumprindo o programa de queima a 350°C/3,5h. Após o peneiramento dos pós Zr0,9 Ce0,1 O2 e Zr0,9Ce0,05Nd0,05O1,975 foram calcinados nas temperaturas 500°, 600°, 700°, 800°, 900°e 1500°C/3h. As amostras foram então caracterizadas por difração de raios X, densidade e porosidade, resistência mecânica à flexão e microscopia eletrônica de varredura.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: Os compósitos com 10% CeO2 e 5% CeO2/5% Nd2O3 foram sintetizados com o uso do método Pechini. Os compósitos foram calcinados nas temperaturas de 350°C/3,5h a 900°C/3h. A difração de raios X mostrou o aumento da cristalinidade com o aumento da temperatura, com incidência de 100% de fase tetragonal da zircônia. Para o material sinterizado a 1500°C/3h o comportamento mostrou-se diferente do calcinado com 1,8% e 26,0% de fase tetragonal, respectivamente. De acordo com os resultados de densidade e porosidade do material sinterizado, mostrou que para a composição com a adição de neodímio ocorreu melhor densificação e com baixa porosidade. As medidas de resistência mecânica a flexão apresentou melhores resultados para a composição com a adição de neodímio, devido ao processo de densificação do material. As análises de microscopia eletrônica de varredura para a composição com a adição de cério mostrou um material bastante poroso. Para a composição com a adição de cério e neodímio mostrou uma inibição do crescimento dos grãos apresentando baixa porosidade. O óxido de neodímio forma fase líquida a 1297°C, aproximadamente. Parte do Nd+3 se difunde pelo grão, o que justifica o efeito da estabilização da zircônia. A fase líquida distribui massa pelos grãos e diminui a porosidade do material. Isto pode ser observado pelos resultados de densidade relativa e os altos valores de resistência mecânica à flexão.
CONCLUSÕES: Com base nos resultados obtidos foi possível observar a formação de fase tetragonal. Essa estrutura é a mais estável da zircônia, que se forma devido a substituições de íons Ce+4 e Nd+3 em posições de Zr+4 na rede cristalina. O Nd+3 causa um desbalanceamento de cargas e assim, devido a eletroneutralidade da estrutura, promove a formação de defeitos, como vacâncias de oxigênio. A adição do íon Nd+3 promoveu o aumento da estabilização da zircônia na fase tetragonal com bons resultados de medidas de resistência mecânica a flexão.
AGRADECIMENTOS: Os autores desse trabalho agradece ao apoio da CNPq - PIBIC
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1]BOKHIMI, S.; MORELES, A.; GARCÍA-RUIZ. 409-418, 142 (1999).
[2]YASHIMA, M., OHTAKE, K., KAKIHANA, M. and YOSHIMURA, M.,. J. Am. Ceram. Soc., 77(10), 2773-2776 (1994).
[3]TSUKUMA, K. Am. Ceram. Soc. Bull, 65(10), 1386-1389 (1986).
