イットリア安定化ジルコニアの協調焼結助剤としての酸化モリブデンと硝酸ニッケル

Molybdenum Oxide and Nickel Nitrate as Cooperative Sintering Aids for Yttria-Stabilized Zirconia.

• Clay Hunt
• John Kyle Allemeier
• David Driscoll
• Adam Weisenstein
• Stephen Sofie

抄録

モリブデンと酸素が豊富な雰囲気下でのニッケル浸潤イットリア安定化ジルコニア(8YSZ)の焼結性能の向上の全くの偶然の観察が探究された。モリブデンとニッケルは8YSZの焼結助剤として相乗効果を発揮することがわかった。しかし、焼結は、流れる酸素の雰囲気で行われなければならなかった。空気中で焼結したサンプルは一貫して破裂した。MoとNiを添加した8YSZの焼結性能、組織、結晶構造を、純8YSZ、Niのみを焼結助剤として添加した8YSZ、Moのみを焼結助剤として添加した8YSZの焼結性能、組織、結晶構造と比較した。Mo-Ni添加8YSZでは、他の焼結試料と比較して緻密化と結晶成長が促進されていることが明らかになった。Mo-Ni 8YSZでは、純8YSZに比べて焼結速度が桁違いに増加した。最大焼結温度1200℃と1時間の滞留では、Mo-Ni試料で85%の理論密度(5.02g/cm)の焼結密度が達成された：同じ焼結プロファイルで焼結された純8YSZと比較して57%の密度増加。EISの結果は、750℃以上の温度でこれら2つの焼結助剤を使用しても導電性に悪影響を与えないことを示唆している。最後に、走査型電子顕微鏡室内で真空下に放置した後、5mol.%Mo-Ni浸潤した8YSZ試料上でニッケルモリブデンナノロッドの自発的な生成が観察された。

The entirely accidental observation of increased sintering performance of nickel-infiltrated yttria-stabilized zirconia (8YSZ) in a molybdenum and oxygen rich atmosphere was explored. Molybdenum and nickel were found to be synergistic sintering aids for 8YSZ. However, sintering had to take place in an atmosphere of flowing oxygen. Samples sintered in air consistently burst. The sintering performance, microstructure, and crystal structure of 8YSZ with additions of both Mo and Ni together are compared to the sintering performance, microstructure, and crystal structure of pure 8YSZ, 8YSZ with only Ni added as a sintering aid, and 8YSZ with only Mo added as a sintering aid. Enhanced densification and grain growth is observed in the Mo-Ni 8YSZ samples when compared to all other sintering samples. Order of magnitude sintering rate increases are observed in the Mo-Ni 8YSZ over that of pure 8YSZ. With a maximum sintering temperature of 1200 °C and a one-hour dwell, sintered densities of 85% theoretical density (5.02 g⁄cm) are achieved with the Mo-Ni samples: a 57% increase in density over pure 8YSZ sintered with the same sintering profile. EIS results suggest conductivity may not be negatively impacted by the use of these two sintering aids at temperatures above 750 °C. Finally, the spontaneous generation of nickel-molybdenum nano-rods was observed on the 5, and 10 mol.% Mo-Ni infiltrated 8YSZ samples after being left under vacuum in a scanning electron microscope chamber, suggesting evaporation of a possible nickel-molybdenum compound from the sample fracture surfaces.