6
311-318
R. Román, T. Hernández, and M. González.
Se han utilizado dos diferentes síntesis por vía húmeda para la preparación de polvos de alúmina con el fin de comparar
las características de los productos finales y su comportamiento durante la sinterización. La Precipitación Homogénea (HP)
da lugar a polvos nanoparticulados de unos 2nm. Se observa sin embargo, como estas partículas se agregan rápidamente
y crecen con la temperatura de calcinación. La Síntesis por Polimerización Orgánica-Inorgánica (POI) produce polvos de
tamaño de partícula homogéneo (en torno a 1 micra) después de la descomposión de la resina. La caracterización de la
superficie de los polvos es la base de un control eficiente del proceso. Los parámetros de caracterización de las partículas
obtenidas (morfología, cristalinidad y grado de agregación) se obtienen por diferentes técnicas como DTA/TG, IR, XRD, SEM
y TEM, y se comparan entre estos métodos de síntesis. Los resultados muestran la evolución desde el amorfo a la fase de
corindón de la alúmina para ambos procesos y su capacidad para la sinterización.
Palabras clave:alúmina, síntesis, nanopartículas, precipitación homogénea, PVA
Nano or micro grained alumina powder? A choose before sintering.
Two different wet routes have been used to synthesize alumina powders in order to compare the characteristics of the final
product and its behaviour during sintering. The Homogeneous Precipitation (HP) gives rise to nanoparticulated powders
of about 2 nm. However, such particles quickly aggregate and grow with calcination temperature. The Polymerized
Organic-Inorganic Synthesis (POI) produces homogeneous particle size powders (about 1 micron) after resin charring.
The characterization of the powder surface is the basis of an efficient process control. Particle characterization parameters
(morphology, crystallinity and degree of aggregation) are characterized by different techniques, such as DTA/TG, IR, XRD,
SEM and TEM, and compared between these synthesis methods. The results show the evolution from the amorphous to the
corundum alumina phase for both processes and their ability for sintering, as well discuses the beneficial of nanoparticles
obtained by HP during sintering.
Key words:
alumina, synthesis, nanoparticles, homogeneous precipitation, PVA
319-326
M. Morales, S. Piñol, F. Espiell.
La utilización de electrolitos soportados en el ánodo es una estrategia muy útil para mejorar las propiedades eléctricas de
las pilas de combustible de óxido sólido, debido a que permiten disminuir considerablemente el espesor de los electrolitos.
Para este trabajo, se han preparado exitosamente pilas de combustible de óxido sólido con electrolitos de ceria dopada con
Gd, Ce1-xGdxO2-y (CGO) soportados sobre un ánodo formado por un cermet de Ni/CGO. Dichas pilas se han instalado y
caracterizado en un reactor de una sola cámara donde se ha hecho circular una mezcla de propano y aire. Para ello, se han
preparado mezclas de polvos de NiO y de ceria dopada con gadolinia, con diferentes composiciones y tamaño de partículas,
para obtener los ánodos con porosidades apropiadas y así utilizarlos como soporte del electrolito en las pilas. Los polvos de
los electrolitos de CGO se han preparado por la técnica sol-gel y se han depositado por “dip coating” con diferentes espesores
(15-30 μm) utilizando una tinta preparada a partir de partículas nanométricas dispersadas en una resina comercial. Los
cátodos de La1-xSrxCoO3-S (LSCO) se han preparado también por la técnica sol-gel y se han depositado sobre la capa fina del
electrolito. Finalmente, las propiedades eléctricas se han determinado en un reactor de una sola cámara dónde el propano se
ha mezclado con aire sintético por encima del límite superior de inflamabilidad. En estas condiciones experimentales se han
obtenido altas densidades de potencia estables, controlando las velocidades de flujo total de gas transportador y la presión
parcial de propano.
Palabras clave:SOFC, monocámara, ceria, cobaltita, propano
Anode-supported single-chamber SOFCs based on gadolinia doped ceria electrolytes.
The utilization of anode supported electrolytes is a useful strategy to increase the electrical properties of the solid oxide fuel
cells, because it is possible to decrease considerably the thickness of the electrolytes. We have prepared successfully singlechamber
fuel cells of gadolinia doped ceria electrolytes Ce1-xGdxO2-y (CGO) supported on an anode formed by a cermet of
Ni-CGO. Mixtures of precursor powders of NiO and gadolinium doped ceria with different particle sizes and compositions
were analyzed to obtain optimal bulk porous anodes to be used as anode supported fuel cells. Doped ceria electrolytes were
prepared by sol-gel related techniques. Then, ceria based electrolytes were deposited by dip coating at different thickness
(15-30 µm) using an ink prepared with nanometric powders of electrolytes dispersed in a commercial liquid polymer.
Cathodes of La1-xSrxCoO3-S (LSCO) were also prepared by sol-gel related techniques and were deposited by dip coating on
the electrolyte thick films. Finally, electrical properties were determined in a single-chamber reactor where propane as fuel
was mixed with synthetic air above the higher explosive limit. Stable density currents were obtained in these experimental
conditions, but flow rates of the carrier gas and propane partial pressure were determinants for the optimization of the
electrical properties of the fuel cells.
Key words:
SOFC, single-chamber, ceria, cobaltite, propane
327-332
M. N. Ibarra Castro, J.M. Almanza Robles, D.A. Cortes Hernandez, J.C. Escobedo Bocardo, J. Torres Torres
Se obtuvieron materiales refractarios a base de mullita resistentes a la corrosión por aluminio líquido mediante la adición
de sulfato de estroncio. Se sinterizaron sustratos de mullita-20 %e.p. SrSO4 y sílice- 20%e.p. SrSO4 a 1400 oC por 6 h. Se
realizaron pruebas de corrosión con aluminio puro de 750 a 900 oC por periodos de 2 a 10 h. Los sustratos se analizaron
por Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y Difracción de Rayos X (DRX). Patrones de DRX mostraron la presencia de
mullita y SrAl2Si2O8 en la mezcla de mullita-SrSO4. En la mezcla de sílice-SrSO4, se detectó la presencia de sílice y SrSiO3.
Para las muestras de mullita sin adición de SrSO4 se encontró una capa de corrosión compuesta de alúmina con un espesor
de 2 mm para una temperatura de 900 oC por 10 h. Las muestras que contienen estroncio presentaron una capa de corrosión
de aproximadamente 100 μm bajo las mismas condiciones. Por otro lado, los análisis de MEB mostraron que la adición de
sulfato de estroncio a la sílice no incrementó la resistencia a la corrosión por aluminio líquido.
Palabras clave:Mullita, SiO2, SrSO4, corrosión
Chemical interaction of mullite-SrSO4 and SiO2-SrSO4 substrates with liquid aluminum.
Refractory materials resistant to aluminum corrosion were developed by the addition of SrSO4. Substrates of Mullite-20 %wt.
SrSO4 and SiO2-20 %wt. SrSO4, were sintered at 1400 °C for 6 h. Corrosion test by liquid aluminum were performed from
700 to 900 °C for several periods of time (2-10 h). The samples were analyzed by SEM (Scanning electron microscopy) and
XRD (X ray diffraction). Results of XRD showed the formation of SrAl2Si2O8 for the sample Mullite-SrSO4 and the formation
of SrSiO3, for the sample SiO2-SrSO4 after sintering. Mullite samples without Sr addition showed a corrosion layer of about
2 mm for a corrosion test for 10 h at 900 °C. Samples of mullite with Sr addition showed a corrosion layer of about 100 mm
under the same conditions. The addition of Sr to the SiO2 was not effective to improve corrosion resistant.
Key words:
Mullite, SiO2, SrSO4, corrosion
333-338
A. CHÁVEZ, G. VARGAS, J.M. ALMANZA
Cinvestav-Unidad Saltillo,
Coah. México.
Muestras de ceniza volante fueron caracterizadas por medio de absorción atómica, espectroscopía de plasma, ATD/ATG,
MEB/EDXS, DRX y difracción láser con el propósito de realizar recubrimientos de ceniza volante sobre substratos de acero
inoxidable por medio de la técnica de deposición electroforética. Los polvos de ceniza fueron molidos y el carbón residual
y el Fe2O3 fueron eliminados por medio de calcinación y separación magnética, respectivamente. Se realizaron suspensiones
de ceniza volante molida en los siguientes medios polares: agua, etanol, isopropanol y acetona. El pH fue controlado por
medio de adición de soluciones acuosas de NaOH y HCl. Los resultados de movilidad dinámica y potencial zeta efectuados
a estas suspensiones por medio de la técnica electroacústica en un intervalo de pH de 4 a 12, mostraron que la ceniza volante
presenta mejor estabilidad en acetona-solución acuosa de NaOH. El valor más elevado de potencial zeta en este medio fue
de -50 mV. Los recubrimientos electroforéticos fueron realizados a 100, 200 y 300 V durante 1 a 5 minutos. Los recubrimientos
caracterizados por MEB/EDX mostraron un excelente empaquetamiento de partículas y una superficie homogénea sin
agrietamiento. Además el tratamiento térmico de los recubrimientos a 1050°C permitió una sinterización parcial de los
mismos.
Palabras clave:ceniza volante, recubrimientos, suspensiones, potencial zeta
Preparation and characterization of fly ash for use as ceramic coatings on metallic substrates.
Fly ash samples were characterized by atomic absorption, plasma spectroscopy, DTA/TGA, SEM/EDS, XRD and laser
diffraction in order to obtain fly ash coatings on stainless steel substrates by electrophoretic deposition. Fly ash was milled
and residual carbon and Fe2O3 were eliminated by calcination and magnetic separation, respectively. Fly ash suspensions
were prepared with several organic media such as water, ethanol, isopropanol and acetone. The pH of the suspensions was
controlled by the addition of NaOH and HCl aqueous solutions. The results of dynamic mobility and zeta potential in a
range of pH from 4 to 12 showed that fly ash has better stability in acetone-NaOH aqueous solution. The greatest value of
zeta potential in this medium was -50 mV. The electrophoretic coatings were carried out at 100, 200 and 300 V during 1 to 5
minutes. The coatings characterized by SEM/EDS, showed an excellent particle packing and a homogenous surface without
cracking. Additionally, the coatings thermal treatment at 1050°C allowed their partial sintering.
Key words:
fly ash, coatings, suspensions, zeta potential
339-344
J. Albors-Garrigós, P. Márquez Rodríguez, J.L. Hervás-Oliver.
La industria cerámica, como otras industrias tradicionales, se encuentra inmersa en un contexto de constantes cambios
marcado por una importante competencia a nivel mundial. La función distribución no es una excepción y viene cobrando
un rol cada vez más relevante en la economía globalizada. Por otra parte, la proliferación de información y su fácil acceso
sobre productos y servicios esta obligando a los distribuidores e intermediarios tradicionales a buscar nuevas formas de
relacionar a compradores y vendedores a través de mecanismos que garanticen la completa satisfacción del usuario final.
Este trabajo tiene como objeto explorar la influencia y el rol de los canales de distribución en la creación de valor en el sector
cerámico español. En este sentido se analizan tres factores moderadores en el modelo: Actividades de orientación al mercado;
intercambio de información estratégica con fabricantes; y servicios complementarios ofrecidos al cliente final.
Palabras clave:cadena de valor, relaciones fabricante-distribuidor, sector cerámico español, marketing relacional
Relationships manufacturer distributor as key competitive elements in the case of the spanish tile ceramic cluster. Empirical analysis of the moderating factors.
The tile ceramic industry, as other traditional industries, is immersed in a context of constant changes driven by relevant
competition world-wide. The distribution function is not an exception and is playing an increasing role in a global economy.
On the other hand, the abundance of information and easy access to products and services is forcing distributors and
traditional intermediaries to search new forms to relate with buyers and salesmen through mechanisms which guarantee the
final end user complete satisfaction. This paper objective is exploring the influence and role of distribution channels in the
creation of value in the case of Spanish tile ceramic industry. In this direction three moderating factors in the model have
been analyzed: market oriented activities; strategic exchange of information with manufacturers; and offer of complementary
services by distributors to final clients.
Key words:
value chain, manufacturer-distributor relationships, relational marketing
345-351
E. García, M.I. Osendi, P. Miranzo.
El buen comportamiento de los materiales cerámicos en ambientes corrosivos y a altas temperaturas los sitúa, preferentemente,
en todos aquellos procesos industriales que buscan el ahorro energético, en particular los procesos de combustión de gases
o de derivados del petróleo. Sin embargo, las atmósferas de combustión que se producen en ciertas aplicaciones producen la
degradación de estos materiales. En este trabajo se estudian dos ejemplos de materiales cerámicos empleados en este tipo de
aplicaciones; un material de cordierita, empleado como quemador de gas radiante para su posible aplicación en calderas de
combustión domésticas y un recubrimiento de ZrO2 estabilizado con Y2O3, empleado como barrera térmica en componentes
de una turbina de gas para la producción de energía eléctrica. El estudio de la microestructura, la composición química y de
fases cristalinas de ambos materiales después de su degradación en uso permite determinar cuales son los mecanismos que
han tenido lugar y qué elementos de la atmósfera de trabajo han sido los causantes de dicha degradación.
Palabras clave:Cordierita, Y-ZrO2, Quemadores, Recubrimientos, Barreras Térmicas, Corrosión
Degradation of ceramic materials in combustion environments: two practical cases: gas burners and turbines
The use of ceramic materials in energy applications with the aim of power saving through the use of high working temperatures
is widely extended due to their better behaviour in those working conditions compared to than metallic materials. However,
the combustion environments developed in specific applications can lead to the degradation of such materials. In this work,
two ceramic materials employed in these applications are studied; a cordierite material, used as gas radiant burner for its
possible application in domestic combustion boilers, and an Y2O3 stabilized ZrO2 coating, used as thermal barrier coating on
metallic components of a gas turbine for power generation. The microstructure and phase evolution in both materials after
ageing under working conditions allows identifying the main degradation mechanism responsible of the degradation.
Key words:
Cordierite, Y-ZrO2, Burners, Thermal Barrier Coatings, Corrosion
352-357
FJ. Ester, D. Sola, J.I. Peña.
En este artículo se describen las tensiones térmicas generadas durante el enfriamiento de barras eutécticas de Al2O3/ZrO2
(Y2O3) crecidas por fusión zonal con láser. Se ha calculado el diámetro máximo con el que se pueden crecer las barras sin que
se agrieten por los elevados gradientes térmicos presentes durante el crecimiento, siendo este diámetro de 1.2 mm. De forma
experimental se ha determinado que, para bajas velocidades de crecimiento (20 mm/h), se pueden obtener barras libres de
grietas con diámetros inferiores a 1.3 mm. Este trabajo completa uno anterior en el que se describía la estabilidad de la zona
fundida durante el crecimiento de estos materiales.
Palabras clave:zona fundida, sistema Al2O3-ZrO2(Y2O3), solidificación direccional, tensiones térmicas
Thermal stresses in the Al2O3-ZrO2 (Y2O3) eutectic composite during the growth by the laser floating zone technique
A study on the thermal stresses induced by the high thermal gradients during the growth by laser floating zone of Al2O3-ZrO2
(Y2O3) bars in the eutectic composition is presented. We have calculated a maximum diameter of 1.2 mm for bars free of cracks
very close to the experimental one of 1.3 mm. This work completes a previous one that described the stability conditions of
the floating zone during the growth of this material.
Key words:
floating zone, Al2O3-ZrO2(Y2O3) system, directional solidification, thermal stresses
358-365
F. Orgaz
Mullita de composición 3 Al2O3 -2 SiO2 ha sido preparada mezclando coloides de sílice y alúmina en un mezclador de alta
velocidad a pH<3. Los geles formados eran secados, tamizados por debajo de 125 micras y prensados isostáticamrente para
formar varillas de unos 6 mm de diámetro. Los diferentes procesos que ocurren durante el proceso de sinterización, tales
como polimerización- condensación y la competición entre cristalización y densificación, han sido analizados utilizando las
ecuaciones de ecuaciones de velocidad de calentamiento constantte y experimentos de dilatometría utilizando un software
que permite realizar ensayos a velocidad de contracción constante. Cambios en las pendientes han permitido la identificación
de tales procesos y el calculo de la energia de activación para la formación de mullita. Calentamiento rápido (20-30 K/min) en
el rango critico de formación de mullita entre 1230-1505ºC y bajas velocidades de calentamiento (2-3 K/min) en las zonas de
densificación por flujo viscoso daban lugar a mullitas sinterizadas con densidad cercana a la teórica y fina micro-estructura.
Altas velocidades de densificación (o,5% a 1%/min) son las mas adecuadas para sinterizar mullita de alta densidad. Flujo
viscoso de la sílice amorfa es el mecanismo que controla la velocidad del proceso antes de disolver la alúmina y formar
mullita por un proceso de nucleación y crecimiento. Se observan también desviaciones del modelo lineal de Frenkel para el
flujo viscoso.
Palabras clave:mullita, coloidal, sol-gel, cinética, dilatometría
Densification and crystalization kinetics of mullite diphasic gels from non_isothermal dilatometry experiments
Mullite (3 AI2O3_2 SiO2) was processed by mixing silica and alumina colloids at pH below 3 in a high shear blender. The gels
were sieved to ‹ 125 microns and cold isostatically pressed to form rods. The various processes involved during the sintering
process such as condensation-polymerization and the competition between mullite crystallization and densification were
analysed from constant heating rate equations and rate controlled sintering dilatometer experiments. Changes in the slopes
permitted the identification of such processes and the activation energy for mullitization was calculated. Fast firing (20-30
K/min) in the critical mullitization temperature range of 1230-1505”C and low heating rates (2-3 K/min) in the viscous flow
densification intervals of below 1230ºC and higher than 1505 gives rise to near full density and fine grain microstructures of
sintered mullite. Fast firing and high (0.5 to 1 % /min) densification rate controlled processes seem to be the most suitable
approaches to high density gel processed mullite. Amorphous silica is the rate controlling mechanism for the viscous flow
densification process before alumina is solved and nucleation and crystallization of mullite appears. Deviations from the
linear Frenkel model for viscous flow are also observed.
Key words:
mullite, colloidal, sol-gel, kinetics, dilatometry
366-369
R. Beerkens, K. Bange, A. Durán
La Comisión Internacional del Vidrio (ICG) organizó un encuentro de expertos en Brig, Suiza, en marzo de 2008 para discutir
acerca del futuro del vidrio. El Workshop “Materiales futuros y avanzados y tecnologías para el año 2020”, fue financiado por
la UE a través del proyecto EFONGA. Se celebraron dos sesiones paralelas que cubrieron una serie importante de temas, bajo
los títulos de “Avances en materiales: vidrios, vitrocerámicos, cerámicos” e “Innovaciones en tecnologías de fusión de vidrio:
revolución o evolución”. Tres meses más tarde, en Trencin, Eslovaquia, se celebró la 9ª conferencia de la Sociedad Europea
del Vidrio (ESG) junto con la reunión anual de la ICG. La conferencia no solo trató el estado del arte en ciencia y tecnología
del vidrio sino que abordó las cuestiones clave de futuros desarrollos, aplicaciones y desafíos del sector, prestando especial
atención al papel de la ICG.
Palabras clave:cadena de valor, relaciones fabricante-distribuidor, sector cerámico español, martketing relacional
Glass - the challenge for the 21st century
The International Commission on Glass (ICG) invited international experts to take a look into the future of glass. The
ICG organized a Top-level expert meeting on the “Future of Advanced Materials and Glass-Melting Technologies for the
year 2020” in Brig (Switzerland), In March 2008, financed by the European Union within the framework of the EFONGA
project. Two expert workshops were held in parallel and covered the topics “Advances in materials: glasses, glass-ceramics,
ceramics” as well as “Innovation in glass melting technology: revolution or evolution”. Three months later, the 9th ESG
Conference along with the Annual Meeting of the ICG, hosted by the Slovak Glass Society, was held in June 2008 in Trenčín,
Slovakia. The conference was intended to deal not only with the state-of-the art in the areas (glass science and technology
today) concerned, but also to address the questions of future developments, applications and challenges in glass science and
technology. Special attention was paid to the future role of the ICG (International Commission on Glass).
Key words:
value chain, manufacturer-distributor relationships, relational marketing
5
259-266
A.M. FERNANDEZ1, A.M. GUZMAN1, E. VERA2, J.E. RODRIGUEZ PAEZ1
1 Grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales Cerámicos-CYTEMAC.
Universidad del Cauca (Colombia).
2 Grupo de superficies, electroquímica y corrosión
UPTC / Tunja – Boyacá
El efecto de fotodegradación es ampliamente utilizado para la purificación del agua, acción que contribuye a la conservación y protección del medio ambiente; el óxido de titanio (TiO2) es uno de los semiconductores que pueden degradar contaminantes mediante procesos de oxidación, lo que lo hace apto para el tratamiento de aguas residuales. En este trabajo se conformaron recubrimientos de TiO2 y TiO2-SiO2, por el método Sol-Gel, y se estudio la degradación que experimentaba una solución de azul de metileno al introducirle estos recubrimientos e iluminarlos con una radiación de λ=365nm para activar su propiedad fotocatalítica. Los recubrimientos fueron caracterizados microestructuralmente utilizando Microscopía de Fuerza Atómica (MFA) y Espectroscopía de Fotoelectrones de rayos X (XPS). Los resultados obtenidos de los ensayos de fotodegradación indican que los recubrimientos con una cantidad pequeña de silicio presentan un mayor efecto de fotodegradación indicando que el silicio puede generar puntos de anclaje que facilitan las reacciones de fotocatálisis. Por otro lado, la formación de centros activos, constituidos principalmente por carbono, también contribuyeron al desarrollo de estas reacciones.
Palabras clave:Recubrimientos; TiO2; TiO2,-SiO2,; Sol-Gel; fotocatálisis.
Photodegradation effect produced by TiO2 and TiO2-SiO2 coatings obtained by Sol-Gel. A.M. FERNANDEZ1, A.M. GUZMAN1, E. VERA2, J.E. RODRIGUEZ PAEZ1 1 Grupo de Ciencia y Tecnología de Materiales Cerám
Photodegradation effect is widely used for water purification this contributes to preservation and protection of environment. Titanium oxide, (TiO2), is a compound that shows up this phenomenon. TiO2 is a semiconductor which may degradate pollutants through of a oxidation process. It permit the treatment of the residual water. It this work we has conformed coatings of TiO2 y TiO2-SiO2, utilized Sol-Gel method and investigated the degradation of the blue Methylene. For this, we introduced these coatings in the blue methylene solution which was illuminated with radiation of λ=365nm to activate its photocatilist properties. The structures of the coatings were characterized using Atomic Force Microscopy (AFM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS).
Key words:
Coatings; TiO2; TiO2,-SiO2,; Sol-Gel; photodegradation.
267-272
A.J. DOS SANTOS-GARCÍA 1, J.C. RUIZ-MORALES 2 and J. CANALES-VÁZQUEZ 1
1 Instituto de Energías Renovables, Universidad de Castilla la Mancha-Parque Científico y Tecnológico de Albacete, 02006 Albacete, Spain.
2 Departamento de Química Inorgánica, Universidad de La Laguna, 38200 La Laguna, Spain.
La utilización simultánea de un mismo material cerámico como ánodo y cátodo en pilas de combustible de óxido sólido simétricas (SFCs) aporta una serie de beneficios entre los que figura una fabricación más sencilla, reducción de los costes de producción, así como resistencia a la formación de depósitos de carbón por craqueo del combustible. Recientemente, cromitas y cromomanganitas han sido propuestos como materiales capaces de adoptar esta novedosa configuración SOFC y, si bien los resultados obtenidos son prometedores, se requiere de una mayor investigación para el desarrollo de nuevas composiciones que presenten eficiencias más elevadas. En el presente trabajo, se evalúan la evolución de la estructura desde celdas cúbicas a ortorrómbicas al aumentar el contenido en Fe y las prestaciones del sistema La4Sr8Ti12-xFexO38-δ (LSTF) y se compara su respuesta con otros electrodos simétricos, observándose que el rendimiento es hasta un 20% mayor en el caso de emplear electrodos LSTF que en otros sistemas basados en perovskitas.
Palabras clave:Pilas de Combustible de Óxido Sólido, Pilas de combustible de óxido sólido simétricas, electrodos, perovskitas, composites.
Studies on Perovskite-Based Electrodes for Symmetrical SOFCs
The use of the same material as anode and cathode in symmetrical solid oxide fuel cells (SFCs) promises notable benefits as easier fabrication, hence lower cost production and resistance to carbon formation upon fuel cracking. Although chromites and chromo-manganites have been proposed as candidate electrode materials for this novel SOFC configuration, demonstrating promising performances, further work is required to develop compositions exhibiting higher efficiencies. In the present work we evaluate the structural evolution from cubic to orthorhombic unit cells with increasing the Fe content and the performance of La4Sr8Ti12-xFexO38-δ (LSTF) phases and compare their response with other symmetrical electrodes. The electrochemical performance is 20% higher when using graded LSTF electrodes than in other perovskite-based systems.
Key words:
Solid Oxide Fuel Cells, Symmetrical solid oxide fuel cells, electrodes, perovskite, composites.
273-277
J. A. Rodríguez G.1, J. Torres T.1, J. M. Almanza R.1
1CINVESTAV-IPN, Unidad Saltillo. Carretera Saltillo-Monterrey Km. 13.
Saltillo, Coahuila, México.
La cinética de descomposición térmica del carbonato de Estroncio (SrCO3) en el sistema SrCO3-Al2O3-SrSO4 se estudió por medio de análisis térmico gravimétrico (ATG), utilizando el método isotérmico. Se prepararon mezclas de polvos 3:3:1 molar de SrCO3, Al2O3 y SrSO4 grado reactivo, las cuales fueron homogenizadas y tratadas a temperaturas entre 750 hasta 1100°C, por periodo de 4 horas. Adicionalmente se estudio el efecto del tiempo de activación mecánica del SrCO3 sobre la cinética de descomposición. Se obtuvieron curvas representativas de la pérdida de peso de las muestras al incrementar la temperatura, a partir de ellas se realizó el estudio cinético. Para el rango de temperatura de 750 a 900°C, el mecanismo de reacción que rige el proceso de descomposición corresponde a una contracción geométrica mediante la frontera de grano (R1.1) con una energía de activación (Ea) de 106.21KJmol-1. En el rango de temperatura de 950 a 1100°C, el mecanismo de reacción que rige la descomposición corresponde a un proceso de nucleación y crecimiento (P1.1), con un valor de Ea de 44.87KJmol-1. La energía de activación disminuye conforme se incrementa el tiempo de activado mecánico hasta un 35% para el caso de siete horas.
Palabras clave:cinética, análisis termo gravimétrico, método isotérmico, activación mecánica, energía de activación.
Kinetics of Thermal decomposition of strontium carbonate in the SrCO3-Al2O3-SrSO4 system
The thermal decomposition of strontium carbonate in the SrCO3-Al2O3-SrSO4 system was studied by thermal analysis under isothermal experiments. Powder of reactive grade of SrCO3, Al2O3 y SrSO4 in molar ratio 3:3:1 were prepared. The powders were heat treated from 750 to 1000 °C for 4 h. Loss weight for each temperature was registered and the kinetics parameter were determine using the classical fit method. The effect of mechanical activation of SrCO3 was studied as well. The reaction mechanism for 750 to 900 °C temperature range corresponded to a geometric shrinkage in the grain boundary (R1.1) with an activation energy of 106. 21 Kjmol-1. The reaction mechanism for 900 to 1100 °C temperature range corresponded to a nucleation and growing (P1.1) with an activation energy of 44.87 Kjmol-1. The activation energy was reduced in 35% for the samples that contained SrCO3 mechanically activated.
Key words:
kinetics, thermal gravimetric analysis, isothermal method. Mechanical activation, activation energy.
278-286
A. MOSQUERA, J.E. RODRIGUEZ-PAEZ
Grupo CYTEMAC. Departamento de Física/FACENED. Universidad del Cauca.
A pesar que el método de precursor polimérico, Pechini es ampliamente utilizado en la síntesis de óxidos, los procesos fisicoquímicos que ocurren durante el mismo no se han discutido en detalle; tal es el caso de la conformación de la resina que se obtiene en una de las etapas del proceso. Conociendo la evolución de esta resina, y como se modifican los parámetros más importantes de la misma, se podrían determinar las condiciones más adecuadas para conformar películas delgadas a través de este maétodo. En este trabajo se estudio la evolución de la resina del sistema de estaño considerando parámetros como pH, viscosidad, tiempo y temperatura de calentamiento de la misma. Para este estudio se utilizó espectroscopía infrarroja (FTIR) y medidas de viscosidad de la resina en diferentes instantes del proceso. Los resultados de espectroscopía IR indican que a medida que avanza el tiempo de envejecimiento de la resina, a una temperatura entre 80 y 100ºC y un pH de ∼6,5, se fortalecen los enlaces Sn-O. Con esta resina se conformaron recubrimientos definiéndose un valor de 110cP como el más adecuado para favorecer la homogeneidad y adherencia de los mismos. El tamaño de grano en la película fue de ∼110nm lo que indica que el proceso realizado permite obtener nano-estructuras bidimensionales.
Palabras clave:SnO2, Pechini, Resina, películas delgadas, nano-estructura.
Bidimensional nanostructures of SnO2 obtained by the pechini method: study of the resin conformation
Pechini method has been widely used in the synthesis of oxides, but the physicochemical process that happens during this one have not been discussed in detail, for example the resin conformation that is obtained in one of the stages of the process. Knowing the resin evolution and since the most important parameter of this one are modified, it could determinate the most appropriate conditions to conform thin films though the Pechini method. In this work the resin evolution of the tin system considering parameters like pH, viscosity, time and temperature of heating were studied. Infrared spectroscopy (FTIR) and viscosity measures in differents steps of the process were used. The IR spectroscopy results shows that as it advances the aging time of the resin, to a temperature between 80 and 100ºC and a pH of 6,5, Sn-O bonds are strengthen. Films were conformed with the resin obtained during the pechini process, it being defined a value of 110cP as the most appropriate to favor the homogeneity and adherence of this ones. The grain size film was of ∼110nm what indicates that the realized process allows to obtain bidimensional nano-structures.
Key words:
SnO2, Pechini, Resin, Thin films, Nano-structure.
287-292
I. Tortajada, B. Defez, G. Peris-Fajarnés, F. Brusola, T. Magal
Departamento de Ingeniería Gráfica
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE VALENCIA
Hoy en día, una gran mayoría de las empresas cerámicas continúan realizando la clasificación de la producción mediante personal especializado (clasificadores) de manera visual. La base del conocimiento que poseen dichos clasificadores proviene de la propia experiencia práctica desarrollada en el puesto de trabajo, no disponiéndose de referencias precisas que marquen procedimientos para usar de manera sistemática herramientas de medida de color, por lo que los criterios utilizados por cada uno de ellos no son los mismos. La evidente mejora que se podría obtener mediante una uniformidad de criterios justifica la búsqueda de procedimientos objetivos para realizar el proceso de clasificación visual.
En este trabajo se proponen criterios homogéneos de clasificación de color para baldosa cerámica. Para ello se plantean una serie de experiencias, realizadas por observadores especializados (clasificadores en activo) y no especializados, a partir de un tipo específico de muestras acromáticas. La capacidad de discriminación de los observadores viene determinada por la ordenación adecuada de las muestras en escalas de grises, estableciendo un procedimiento objetivo para clasificarlas. Además, utilizando ciertas muestras como elementos patrones, se obtiene una agrupación de los estímulos acromáticos que sirve para conocer el intervalo de aceptación en la determinación de la capacidad de discriminación cromática de una población de observadores.
Palabras clave:Proceso de clasificación, Inspección visual, Umbral de discriminación de color.
Chromatic discrimination capacity in the ceramics sorting process.
Nowadays, the most of the ceramic tile companies keep on sorting their production visually by means of specialized staff (classifiers). The know how of these classifiers comes from their own practical experience developed in the working place, not having at one’s disposal accurate references that indicate the procedures to systematically use tools for color measurement . Therefore, the criteria employed by each of them are not the same. The evident improvement that could be achieved thanks to uniform criteria justifies the search for objective procedures to carry out the visual classification process.
In this paper we propose homogeneous criteria for color classification. In this sense, we put forward a series of experiments, executed by specialized (classifiers) and non-specialized observers, based on a specific set of achromatic samples. The discrimination capacity of the classifiers is determined by the adequate arrangement of the samples according to a greyscale, establishing an objective procedure for their sorting. Moreover, using particular samples as patterns, we obtain a group of the chromatic stimulus that is useful to know the acceptance interval in the determination of the chromatic color-differential thresholds of a set of observers.
Key words:
Sorting Process, Visual inspection, Color-differential thresholds.
293-297
J. FORMOSA1, M.A. ARANDA1, J.M. CHIMENOS1, J.R. ROSELL2,
A.I. FERNÁNDEZ1, O. GINÉS1.
1Dpto. Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica, Facultad de Química, Universidad de Barcelona. Barcelona.
2Laboratorio de Materiales. Escuela Politécnica Superior de Edificación de Barcelona (EPSEB). Universidad Politécnica de Cataluña. Barcelona.
Es posible obtener cementos de fosfato de magnesio y potasio (KMgPO4·6H2O; K-estruvita), mediante la reacción en medio acuoso del óxido de magnesio y el dihidrogenofosfato de potasio, siendo ésta una reacción exotérmica muy rápida que permite el fraguado del material en pocos minutos. Estos cementos, formulados a partir de óxidos de magnesio de elevada pureza y coste elevado, se encuentran descritos en la bibliografía para su utilización en el encapsulamiento de residuos especiales y como morteros de cemento para la reparación de hormigón. Sin embargo cabe la posibilidad de poder formular este mismo tipo de cementos con óxidos de magnesio de bajo contenido, cuyo precio es del orden de 10 a 15 veces más barato que el óxido de magnesio de elevada pureza. En el presente estudio se evalúa la utilización de óxidos de magnesio de bajo contenido (≈70% MgO), obtenidos en el proceso de calcinación de la magnesita natural, para la formulación de cementos de K-estruvita. En este estudio se pretende determinar la formulación óptima de estos cementos a partir de la evaluación tanto de las propiedades mecánicas como de los tiempos de fraguado de las diferentes composiciones.
Palabras clave:cementos de fosfato; K-estruvita; cementos químicos; fosfato de magnesio y potasio.
Chemically bonded cements formulated with by-products of magnesium oxide.
The casting of magnesium and potassium phosphate (KMgPO4·6H2O; K-struvite) cements becomes possible after the aqueous reaction between magnesium oxide and potassium dihydrogen phosphate. This reaction is quite exothermic and allows the resulting paste setting in just few minutes. Those cements, when are cast with magnesium oxides of high purity, are used to retain and encapsulate special residues and as repairing concrete mortar, as it is described in the bibliography.
However, it is also possible formulate those cements using low grade magnesium oxides, which cost are nearly 10 or 15 times cheaper than those of high grade.
The aim of this work is to evaluate the possibility of using low grade magnesium oxides (≈70% MgO), obtained from the calcinations process of natural magnesites, for KMgPO4·6H2O cement casting. The research and selection of the best formulation for obtaining that cement will be done also from the point of view of their mechanical properties as for their setting time.
Key words:
phosphate cement, K-struvite, chemical cement, magnesium and potassium phosphate.
298-304
R. Marin
Ikerlan Energía, Centro de Investigaciones Tecnológicas, Juan de la Cierva 1,
Parque Tecnológico de Álava, Miñano Menor, Álava, España.
Los materiales cerámicos han sido utilizados en la fabricación de quemadores radiantes desde largo tiempo atrás. Ello se debe a que las propiedades de los materiales cerámicos resultan muy adecuadas para el desarrollo de quemadores:
- Elevado punto de fusión, adecuado para soportar las elevadas temperaturas de la llama.
- Elevada resistencia a la oxidación, que confiere a los quemadores larga vida sin degradación.
- Muy bajo coeficiente de expansión térmica, que reduce las tensiones termomecánicas.
- Muy baja conductividad térmica, con fuertes gradientes de temperatura a través del quemador que evitan el retroceso de llama.
- Elevada eficiencia radiante, que reduce la temperatura de los humos y minimiza la producción de NOx.
- Facilidad de conformado en diferentes estructuras: esponjas, placas con orificios, empaquetaduras de fibras, etc., cada una adecuada para un tipo de quemador.
Todo ello ha provocado una gran expansión de los materiales cerámicos para el diseño de quemadores de gas en los sectores doméstico, comercial e industrial de baja potencia. Desde los quemadores radiantes de superficie hasta los quemadores para hidrógeno, pasando por los quemadores volumétricos porosos, el abanico de posibilidades es inmenso. Solo hay que encontrar la combinación material-estructura adecuada.
Palabras clave: gas, quemadores cerámicos radiantes porosos.
Ceramic materials and structures applicable in gas burners design.
Ceramic materials have been extensively used in the production of radiant gas burners since decades. The properties of these materials are well adapted for the development of burners:
- High melting temperature, adequate for the high flame temperatures.
- Good oxidation resistance, producing a long burner lifetime.
- Extremely low thermal expansion coefficient, thus reducing thermo-mechanic stress.
- Very low thermal conductivity, with strong temperature gradients through the burner head, thus avoiding flame flash-back.
- High radiant efficiency, lowering the fumes temperature and NOx production.
- Variety of burner shapes and structures: foams, holed plaques, fibres, etc. allowing to produce different burner types.
As a consequence, a strong expansion of the ceramic materials application in the development of gas burners for the domestic, catering, and industrial sectors, has been experienced. From the surface radiant burners to the burners for hydrogen or the porous radiant burners, there is a wide range of possibilities for the design of ceramic gas burners. There is a sole requirement: to find out the proper combination material-structure.
Key words:
gas, ceramic, porous radiant burners.
305-310
J. SICRE-ARTALEJO1, M. CAMPOS1, J.M. TORRALBA1, J. ZBIRAL2, H. DANNINGER2, P. PENA3
1Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química,
Universidad Carlos III. Avda. de la Universidad 30, 28911, Leganés, Madrid.
2Technische Universität Wien, Institut für Chemische Technologien und Analytik, A-1060 Vienna, Austria
3Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC. Campus de Cantoblanco, Madrid, España.
En este trabajo se estudia la degradación de los refractarios de un horno de sinterización, cuando están involucrados en el proceso aceros de baja aleación con adición de manganeso. Dada la elevada Pvapor del manganeso y las atmósferas habituales de sinterización para este tipo de aceros, se produce su sublimación durante el ciclo térmico. Se proporciona así, una fase gaseosa, que pudiendo ser beneficiosa para la difusión en las muestras de acero, puede alterar la composición de los refractarios. Se sabe que en la corrosión de materiales cerámicos refractarios son muchos los procesos individuales que contribuyen, pero siempre basados en las propiedades físico-químicas del agente corrosivo así como de las propiedades intrínsecas del refractario, como la porosidad interconectada y la presencia de múltiples fases (1). Independientemente del mecanismo de actuación, puede generar productos que alteren el comportamiento del refractario, acelerando su envejecimiento y disminuyendo su vida en servicio. Por ello, se estudia la evolución de los refractarios con el tiempo de exposición a atmósferas que contengan vapor de manganeso a la temperatura usual de sinterización, 1120ºC. Los cambios microestructurales en los refractarios, como consecuencia de la presencia de Mn(g), se analizan mediante microscopía óptica, electrónica con microanálisis de RX (EDS), difracción de RX y fluorescencia de RX.
Palabras clave:Corrosión, Refractarios, Alúmina, Acero, Manganeso.
Study of the degradation of the alumina refractory during the sintering process of steels modified with Mn.
The present work studies the degradation of the refractory bricks for sintering furnace, when steels with Mn are sintered. Due to the high Pvapour of Mn and the standard sintering atmospheres for this type of steels, Mn sublimates during the thermal cycle. This sublimation results in a gaseous phase beneficial to the diffusion processes related to the sintering of the steel but it could also alter the refractory’s composition. It is known that in the corrosion of refractory ceramics are many the individual processes involved, but always based on the physical-chemical properties of the corrosive agent, as well as the intrinsic properties of the refractory such as the interconnected porosity and the presence of multiple phases (1). Independently of the operating mechanism, new compounds can be produced altering the refractory behaviour, accelerating the ageing and diminishing its working conditions. For this matter, it is studied the evolution of the refractory tiles with the exposure time to Mn containing atmospheres at a standard sintering temperature, 1120 ºC. Microstructural changes in the refractory elements, as a consequence of the presence of Mn(g) are analysed through optical microscopy, scanning electron microscopy with XR microanalyses (EDS), XR diffraction and XRF fluorescence studies.
Key words:
Corrosion, Refractory, Alumina, Steel, Manganese.
4
183-188
J. C. RUIZ-MORALES1,*, J. CANALES-VÁZQUEZ2, H. LINCKE1, J. PEÑA-MARTÍNEZ1, D. MARRERO-LÓPEZ1, D. PÉREZ-COLL1, J.T.S. IRVINE3 AND P. NÚÑEZ1
1Dpt. Inorganic Chemistry, University of La Laguna, CP: 38200, Tenerife, Canary Islands, Spain.
2Renewable Energy Research Institute, Universidad de Castilla la Mancha, 02006 Albacete, Spain.
3School of Chemistry. University of St. Andrews, KY16 9ST, St. Andrews, Scotland, UK.
Cromitas, titanatos y cermets de Pt-YSZ-CeO2 han sido investigados como potenciales materiales de electrodo para un concepto alternativo de Pilas de Combustible de Óxidos Sólidos (SOFC), las pilas SOFC simétricas (SFC). En esta configuración, el mismo material de electrodo se utiliza simultáneamente como ánodo y cátodo.
Materiales utilizados de interconector, como las cromitas, podrían ser considerados como potenciales electrodos SFC, al menos con hidrógeno puro como combustible y a temperaturas relativamente elevadas, debido a que no presentan una actividad catalítica relevante hacia la oxidación de hidrocarburos. Esto puede ser superado mediante la sustitución parcial del Cr, en el sitio B de la perovskita, por otro metal de transición como Mn. La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ (LSCM) es un buen candidato para SFCs, generando rendimientos superiores a 500 y 300mW/cm2 empleando hidrógeno y metano puro como combustibles, respectivamente, a 950 oC.
De igual manera, conductores electrónicos comunes, tipo-n, tradicionalmente considerados como materiales de ánodo, como los titanatos de estroncio, podrían también funcionar bajo condiciones oxidantes como cátodos, substituyendo parte del contenido en Ti por Fe para introducir conductividad tipo-p. Estudios electroquímicos preliminares en SFCs basadas en La4Sr8Ti12-xFexO38-δ muestran que pueden funcionar razonablemente bien bajo hidrógeno húmedo a alta temperatura.
Un tercer grupo de materiales lo constituye la base típica de cualquier material cermet de ánodo, esto es YSZ, CeO2 más un colector de corriente. Se ha encontrado que esta combinación puede ser optimizada para funcionar como electrodo SFC, dando lugar a rendimientos del orden de 400mW/cm2 en hidrógeno puro húmedo a 950oC.
Palabras clave:Pila de Combustible de Óxidos Sólidos, Electrodos simétricos, titanatos, cromitas, cermet
Potential electrode materials for symmetrical Solid Oxide Fuel Cells
Chromites, titanates and Pt-YSZ-CeO2 cermets have been investigated as potential electrode materials for an alternative concept of Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), the symmetrical SOFCs (SFC). In this configuration, the same electrode material is used simultaneously as anode and cathode.
Interconnector materials, such as chromites, could be considered as potential SFC electrodes, at least under pure hydrogen-fed at relatively high temperatures, as they do not exhibit significant catalytic activity towards hydrocarbon oxidation. This may be overcome by partially substituting Cr in the perovskite B-sites by other transition metal cations such as Mn. La0.75Sr0.25Cr0.5Mn0.5O3-δ (LSCM) is a good candidate for such SFCs, rendering fuel cell performances in excess of 500 and 300mW/cm2 using pure H2 and CH4 as fuel, at 950 oC.
Similarly, typical n-type electronic conductors traditionally regarded as anode materials, such as strontium titanates, may also operate under oxidising conditions as cathodes by substituting some Ti content for Fe to introduce p-type conductivity. Preliminary electrochemical experiments on La4Sr8Ti12-xFexO38-δ-based SFCs show that they perform reasonably well under humidified H2, at high temperatures.
A third group of materials is the support material of any typical cermet anode, i.e. YSZ, CeO2 plus a current collector. It has been found that this combination could be optimised to operate as SFC electrodes, rendering performances of 400mW/cm2 under humidified pure H2 at 950oC.
Key words:
Solid Oxide Fuel Cell, Symmetrical electrodes, Titanates, Chromites, Cermet.
189-195
R. CAMPANA*,**, A. LARREA*, R.I. MERINO*, I. VILLARREAL**, V.M. ORERA*
*Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza-CSIC, c/ Pedro Cerbuna 12, E-50.009, Zaragoza, Spain.
**IKERLAN-Energía, Parque Tecnológico de Álava, c/ Juan de la Cierva 1, 01510 Miñano, Álava, Spain.
La principal ventaja de las SOFC tubulares frente a las planares es el sellado de la cámara anódica y catódica a bajas temperaturas. Además la densidad de energía volumétrica de las pilas tubulares es inversamente proporcional al diámetro del tubo, que añadido a los tiempos cortos de encendido y apagado hacen que las mini-tubulares sean interesantes para usos de baja potencia.
Se han fabricado y caracterizado SOFC tubulares soportadas en ánodo de 3mm de diámetro y de 150 mm de longitud, 400µm de espesor, con electrolito de YSZ depositado por spray de 15-20 µm. Los tubos de NiO-YSZ son producidos por prensado isostático. La caracterización eléctrica se ha realizado empleando H2-Ar como combustible anódico (5, 10, 100%vol) y aire para el cátodo. Los cátodos empleados son pintura de Pt o capas de LSF (con YSZ o SDC) de entre 20-50µm. Los OCV medidos ajustan con la predicción prevista de la ley de Nernst lo que indica que las capas de YSZ son estancas al paso de gas. Las curvas I-V muestran una corriente eléctrica máxima próxima a 500mW/cm2 operando a 850ºC. También se han realizado medidas de impedancia compleja para determinar la resistencia de los diversos componentes de la pila.
Palabras clave:Pilas de Combustible de Oxido Sólido, YSZ, Cermet Ni-YSZ.
Mini-tubular YSZ based SOFC
Tubular SOFC have the advantage over planar SOFC of the low temperature sealing and more resistance to thermal shock. On the other hand the volumetric power density of tubular Fuel Cells goes with the inverse of the tube diameter which added to the faster warm-up kinetics makes low diameter tubular SOFC favorable for low power applications.
Anode supported tubular SOFC of 3mm diameter and 150 mm length with YSZ electrolyte were fabricated and tested by V-I measurements using H2-Ar (5, 10, 100 vol%) as fuel and air for the cathode. The NiO-YSZ tubes of about 400 µm thickness were produced by hydrostatic pressure and then coated with an YSZ film of 15-20 µm. The electrolyte was deposited using a manual aerograph. After sintering either Pt paste or LSF (with YSZ or SDC) coatings of about 20-50 µm thickness were deposited for the cathode. The OCV of the cells were excellent, very close to the expected Nernst law prediction indicating that there were not gas leaks. The maximun electrical power of the cell was near to 500mW/cm2 at 850ºC operation temperature. Complex impedance measurements of the cells were performed in order to determine the resistance of the different cell components.
Key words:
Solid Oxide Fuel Cell, YSZ, Ni-YSZ Cermet.
196-200
V. GIL, J.TARTAJ, C. MOURE
Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC. Campus de Cantoblanco, Madrid, España
El objetivo de este trabajo es estudiar en un amplio rango de temperaturas (1000-1450ºC) y mediante difracción de rayos-X (DRX) las posibles reacciones en estado sólido que pueden tener lugar en las regiones interfaciales de sistemas constituidos por composites NiO-Ce0.9Gd0.1O1.95 (NiO-GDC) con un 50% en peso de NiO, y de Cermets Ni- Ce0.9Gd0.1O1.95 (Ni-GDC) con un 39% en volumen Ni, y electrolitos basados en soluciones sólidas Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC). Y así mismo, estudiar la compatibilidad termoquímica y termomecánica entre los distintos materiales cerámicos que constituyen los sistemas electrolito/ánodo.
Se confirma mediante MEB y análisis EDAX que los sistemas cosinterizados entre 1350 y 1400ºC durante 2h y constituidos por un electrolito basado en ceria (GDC) y un ánodo basado en un cermet níquel-ceria (Ni-GDC), presentan una buena adherencia entre capas, sin la formación de defectos y sin la presencia de interdifusión de especies a lo largo de la región interfacial. Es decir, se confirma que ambos materiales, Ni-GDC y GDC son compatibles termoquímica y termomecánicamente.
Palabras clave:CeO2-Gd2O3, Ni-CGO cermet, compatibilidad química, compatibilidad termomecánica.
Ni-GDC anode for GDC electrolyte-based IT-SOFC
The purpose of this work is to investigate the possible solid state reactions between the NiO-Ce0.9Gd0.1O1.95 (NiO-GDC) composites with 50% wt NiO, and cermets Ni- Ce0.9Gd0.1O1.95 (Ni-GDC) with 39 vol. % of Ni, and electrolyte solid solutions based on Ce0.9Gd0.1O1.95 (GDC) employing the X-ray diffraction technique. At the same time the thermochemical and thermomechanical compatibility between these materials was established.
Results obtained from SEM and EDAX analysis showed that the electrolyte based on ceria (GDC) and the anode based on nickel-ceria cermet (Ni-GDC) present good adhesion and well defined interfaces. No reactive phases and other type of defects were detected. This study showed that both materials, Ni-GDC and GDC are thermochemical and thermomechanically compatible.
Key words:
CeO2-Gd2O3, Ni-CGO cermet, thermal compatibility, chemical compatibility.
201-206
D. Ivanova, A. Kovalevsky, V.V. Kharton, F.M.B. Marques
CICECO/Ceramics and Glass Eng. Dept.
University of Aveiro, 3810-193 Aveiro, Portugal
Se prepararon materiales compuestos basados en óxido de cerio dopado con gadolinio (TGO) con adicciones de sílice, con sílice y óxido de lantano y silicato del lantano, mediante procesamiento cerámico convencional con objeto de confirmar el papel secuestrante de sílice de las adicciones. La caracterización estructural, microestructural y eléctrica de las muestras confirmó la formación de una fase tipo apatito basada en silicato de lantano a partir de la reacción de la sílice con el óxido de lantano. La formación de esta fase ocurre en paralelo con un incremento significativo de la conductividad a través del borde de grano de estos materiales. La interacción entre los constituyentes, incluyendo la difusión del La al CGO, y el Ce y el Gd a la fase apatito, no tiene consecuencias significativas sobre el comportamiento eléctrico de estos materiales. Resumiendo, el óxido de lantano es capaz de eliminar las fases silicias del borde de grano del CGO.
Palabras clave:ceria, efecto secuestrante, sílice, borde de grano
Silica-scavenging effects in ceria-based solid electrolytes
Composite materials based on gadolinium doped ceria (CGO) with additions of silica, with both silica and lanthanum oxide, and with lanthanum silicate, were prepared by the conventional ceramic route, to assess the silica scavenging role of lanthanum oxide additions. Structural, microstructural and electrical characterization of these samples confirmed the formation of one apatite type lanthanum silicate-based phase from reaction of silica with lanthanum oxide. The formation of this phase occurred in parallel with a significant enhancement of the grain boundary conductivity of these composite materials. Further interaction between constituents, involving diffusion of La to CGO, and Ce and Gd to the apatite phase, had no significant consequences on the electrical performance of these materials. Overall, lanthanum oxide was shown to remove the siliceous phases from the grain boundaries of CGO.
Key words:
ceria, scavenging effect, silica, grain boundary
207-212
C. CAMPOS1, G. PECCHI1, Y. MORENO1, C. MOURE2, V. GIL2, P. BARAHONA3, O. PEÑA4
1 Facultad de Ciencias Químicas, Universidad de Concepción, Concepción, Chile
2 Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Electroceramics Department, 28049 Madrid, Spain
3 Instituto de Ciencias Básicas, Universidad Católica del Maule, Talca, Chile
4 Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
El fenómeno cooperativo constituye un importante mecanismo para explicar las propiedades magnéticas de las perovskitas manganitas TRMnO3, en las que el catión de tierra rara, TR, y/o el catión Mn3+ son parcialmente reemplazados por cationes divalentes. Por esta vía el ión de manganeso cambia de estado de valencia (Mn3+ Mn4+), generando fuertes interacciones magnéticas. En el presente trabajo se describe el caso de las soluciones sólidas GdCoxMn1-xO3 (0.0 ≤ x ≤ 1.0) para las que la interacción antiferromagnética entre la subred del Gd3+ y la red Mn/Co lleva a una inversión del momento magnético a baja temperatura. No se ha observado inversión para la serie LaCoxMn1-xO3, en que la temperatura de orden puede alcanzar un máximo de 235K para LaCo0.50Mn0.50O3, mientras que en el caso de GdCo0.50Mn0.50O3, en que sí se observa inversión, la temperatura de orden es sólo de 120 K para una razón Co/Mn similar.
Las propiedades magnéticas se describen en términos de dos regímenes diferentes: uno, para x < 0.5, cuando Co sustituye al Mn en la manganita GdMnO3 y otro, para x > 0.5, cuando Mn sustituye a Co en la cobaltita GdCoO3. Las interacciones magnéticas se maximizan a x(Co) = 0.50. Esta hipótesis se discute en términos de los respectivos estados de oxidación de ambos cationes: manganeso (Mn3+ / Mn4+) y cobalto (Co2+ / Co3+).
Palabras clave:Perovskitas, Óxidos Magnéticos , Propiedades Ferromagnéticas , Valencias mixtas
Mn-substituted perovskites RECoxMn1-xO3 : a comparison between magnetic properties of LaCoxMn1-xO3 and GdCoxMn1-xO3
Cooperative phenomena constitute important mechanisms to explain the magnetic properties of the perovskite manganites REMnO3, in which the rare-earth and/or Mn is partially replaced by divalent elements. In this way, the manganese ion changes its valence state (Mn3+ Mn4+), triggering strong magnetic interactions. In this work we describe the case of GdCoxMn1-xO3 (0.0 ≤ x ≤ 1.0) for which the antiferromagnetic interaction between the Gd sublattice and the Mn/Co network leads to a reversal of the magnetic moment at low temperature. No inversion is observed for the LaCoxMn1-xO3 series, in which the ordering temperature may attain a maximum of 235 K for LaCo0.50Mn0.50O3, while it is only 120 K for similar Co/Mn ratio in the case of GdCo0.50Mn0.50O3.
Magnetic properties are described in terms of two regimes: one, for x < 0.5, when Co substitutes Mn in the GdMnO3 manganite and another one, for x > 0.5, when Mn substitutes Co in the GdCoO3 cobaltite, while the magnetic interactions are maximized at x(Co) = 0.50. This hypothesis is discussed in terms of the respective oxidation states of both manganese (Mn3+ / Mn4+) and cobalt (Co2+ / Co3+).
Key words:
Perovskites, Magnetic Oxides, Ferromagnetic Properties, Mixed Valence.
213-218
D. MARRERO-LÓPEZ1,*, J. PEÑA-MARTÍNEZ1, J. C. RUIZ-MORALES1, D. PÉREZ-COLL1, M. C. MARTÍN-SEDEÑO2, P. NÚÑEZ1
1Department of Inorganic Chemistry, University of La Laguna, 38200-La Laguna, Tenerife, Spain.
2Department of Inorganic Chemistry, University of Malaga, 29071-Malaga, Spain.
La serie de compuestos La2Mo2-yByO9-δ (B=Cr and Nb) ha sido preparada en forma de materiales nanocristalinos a partir de un método de precursores liofilizados. La caracterización estructural y estabilización del polimorfo-β de alta temperatura fueron investigadas por difracción de rayos-X de alta resolución (XRD) y calorimetría diferencial de barrido (DSC). La conductividad total fue estudiada por espectroscopía de impedancia en el rango de temperaturas de 200-800ºC. El Nb tiene una solubilidad límite de solo y=0.1 en La2Mo2O9 y estabiliza el polimorfo-β a temperatura ambiente. Por otra lado, el Mo puede ser parcialmente substituido por Cr hasta y=1 estabilizando también el polimorfo-β. Estas sustituciones no mejoran la conductividad iónica de la fase original La2Mo2O9. Únicamente la muestra con mayor contenido en Cr mostró un aumento significativo de la conductividad, el cual parece ser explicado por un incremento de la contribución electrónica debido a la reducción del Cr.
Palabras clave:La2Mo2O9, electrolito sólido, transición de fase.
Structural and electrical characterisation of Nb5+ and Cr6+ substituted La2Mo2O9
La2Mo2-yByO9-δ (B=Cr and Nb) series have been prepared as nanocrystalline materials from a freeze-drying precursor method. The structural characterisation and stabilisation of the high temperature β-polymorph were investigated by high resolution X-ray diffraction (XRD) and differential scanning calorimetry (DSC). The overall conductivity was studied by impedance spectroscopy in the temperature range of 200-800ºC. Nb has a solubility limit of y<0.1 in La2Mo2O9, stabilising the β-polymorph at room temperature. On the other hand, Mo can be partially substituted by Cr up to y=1 and it also stabilises the β-polymorph. These substitutions do not improve the ionic conductivity compared to non-substituted La2Mo2O9. Only the sample with highest Cr-content showed a significant enhancement of the overall conductivity, which seems to be explained by an increase of the electronic contribution due to Cr reduction.
Key words:
La2Mo2O9, solid electrolyte, phase transition.
219-224
S. Yáñez-Vilar, M. Sánchez-Andújar, S. Castro-García, M. A. Señarís-Rodríguez
Dpto. Química Fundamental,
Universidade da Coruña, 15071 A Coruña.
Se han conseguido preparar monocristales de 10 óxidos mixtos de la serie LnMn2O5 (Ln= Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho y Er) mediante síntesis hidrotermal optimizada, en un único paso y sin tratamientos térmicos posteriores partiendo de las correspondientes sales metálicas en disolución acuosa a 240 ºC. Los monocristales obtenidos son relativamente grandes, de varias micras y su morfología varía a lo largo de la serie: es poligonal en el caso de los compuestos de los lantánidos del inicio de la serie (Ln= Pr, Nd, Sm, Eu y Gd) y acicular en el caso de los compuestos de Y y de los lantánidos del final de la serie (Ln= Tb, Dy, Ho y Er). Tras el análisis de los productos obtenidos empleando distintas condiciones de síntesis atribuimos la diferente morfología a una mayor velocidad de crecimiento cristalino a lo largo del eje c cuando intervienen los iones más pequeños (Y, Tb, Dy, Ho y Er) debido a la mejor adaptación de éstos últimos a la estructura cristalina del compuesto.
Palabras clave:Monocristales, síntesis hidrotermal, multiferroicos, óxidos de manganeso.
Hydrothermal synthesis of LnMn2O5 (Ln= Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho and Er) single crystals
Ten single crystals of the series LnMn2O5 (Ln= Y, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho and Er) were synthesized by hydrothermal synthesis in a single step and without subsequent thermal treatments from aqueous solutions of metals salts at 240 ºC. The obtained single crystals have a size of various micrometers and their morphology changes throughout the serie: they are polygonal in the case of the compounds with Ln= Pr, Nd, Sm, Eu and Gd and needle-like in the case of the compounds with Ln= Y, Tb, Dy, Ho and Er. After the analysis of the obtained products employing different conditions of synthesis we attributed the different morphology to a greater growth rate along the c axis when the smaller ions (Y, Tb, Dy, Ho y Er) are involved, due to their better adaptation to the compound’s crystal structure.
Key words:
Single crystals, hydrothermal syntesis, multiferroics, manganese oxides.
225-228
A. SOTELO1, E. GUILMEAU2, M. A. MADRE1, S. MARINEL2, S. LEMONNIER2, J. C. DIEZ1
1ICMA (UZ-CSIC), Depto. de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos, C/María de Luna 3, E-50018, Zaragoza (Spain)
2CRISMAT Laboratory, UMR 6508 CNRS-ENSICAEN, 6 Bld Maréchal Juin, 14050 Caen cedex (France)
Las prestaciones termoeléctricas de las cerámicas basadas en óxidos de cobalto pueden ser aumentadas por la disminución de la resistividad eléctrica. Esto puede realizarse aumentando el tamaño de grano y alineándolo en una dirección preferencial, utilizando el método de zona flotante inducida por láser (LFZ). En este trabajo, se han crecido cerámicas termoeléctricas de composición Bi2Ca2Co1.7Ox a tres velocidades diferentes, 15, 30 y 50 mm/h. Se ha encontrado que las condiciones de crecimiento tienen poca influencia en las propiedades termoeléctricas. En todos los casos, la microestructura está formada por capas alternadas de cobaltitas, con pequeñas inclusiones de CoO. A pesar de ello, el poder termoeléctrico medido es mayor de lo habitual para este tipo de materiales preparados por métodos convencionales en estado sólido. Este resultado preliminar está originado, probablemente, por la formación de vacantes de oxígeno.
Palabras clave:Propiedades eléctricas, cobaltitas, poder termoeléctrico.
Bi2Ca2Co1.7Ox thermoelectric ceramics textured by laser floating zone method
Thermoelectric performance on cobaltite ceramics can be increased raising the electrical conductivity. This can be performed by increasing grain size and aligning them along a preferential direction by the Laser Floating Zone (LFZ) method. In this work, Bi2Ca2Co1.7Ox ceramics have been directionally grown at three different speeds, 15, 30 and 50 mm/h. It has been found a small influence of the growth conditions on the thermoelectric properties. In all the cases, the microstructure shows alternated cobaltite layers with small CoO inclusions. In despite, the thermopower is higher than usual in misfit cobaltites obtained by conventional solid state routes. This preliminary result originates probably from oxygen vacancies.
Key words:
Electrical properties, cobaltites, thermoelectric power.
229-232
J.M.A. GIMENEZ1, C.R. GRANDINI1, A.R. JURELO2, M.S. GÓES3
1 UNESP, Grupo de Relaxações Anelásticas, 17.033-360, Bauru, SP, Brazil
2 UEPG, Departamento de Física, 84.010-919, Ponta Grossa, PR, Brazil
3 UNESP, Departamento de Química, 14.801-970, Araraquara, SP, Brazil
Desde el descubrimiento de los superconductores de alta Tc, muchas investigaciones han sido realizadas sobre las diferentes propiedades de estos materiales, especialmente sobre la temperatura de transición dentro del estado superconductor. Los cupratos de rutenio pertenecen a una nueva clase de compositos, los cuales fueron sintetizados por primera vez por Bauernfeind en 1995. Bernhard y colaboradores descubrieron, en 1999, la coexistencia del ferromagnetismo y la superconductividad en esta fase, lo cual es conocido como un fenómeno antagonistico en el electromagnetismo debido a las interacciones spin-carga establecidas en estos estados. Sin embargo, la naturaleza física de los estados superconductores y magnéticos aun no son muy claros. El oxigeno no-estequiométrico (intersticial) es considerado como una causa de la no-uniformidad de las propiedades de la muestra. En este articulo, los resultados de espectroscopia mecánica en muestras de Ru-1212 son presentados, mostrando un espectro anelástico complejo, el cual fue atribuido a la movilidad de los átomos de oxigeno intersticial en la red de Ru-1212.
Palabras clave:Espectroscopia mecánica, Ru-1212, Movilidad del Oxígeno
Anelastic characterization and superconducting properties of RuSr2GdCu2O8+δ
Since the discovery of the high Tc superconductors, many researches have been carried out on the different properties of these materials, especially on the transition temperature into the superconducting state. The rutheno-cuprates belong to a new class of composites, which were synthesized for the first time by Bauernfeind in 1995. Bernhard and collaborators discovered, in 1999, the coexistence of the ferromagnetism and the superconductivity in this phase, which is known as antagonistic phenomenon in the electromagnetism due to spin-charge interactions established in these states. However, the physical nature of the superconducting and magnetic states is still very obscure. The non-stoichiometric (interstitial) oxygen is considered as a possible cause for the non-uniformity of the sample properties. In this paper, results of mechanical spectroscopy in Ru-1212 samples are presented showing complex anelastic spectra, which were attributed to the mobility of the interstitial oxygen atoms in the Ru-1212 lattice.
Key words:
Mechanical Spectroscopy, Ru-1212, Oxygen Mobility
233-237
P. Gonçalves 1, J. Canales-Vázquez 2, F. M. Figueiredo 1,3
1 Ceramics and Glass Engineering Dep, CICECO, University of Aveiro, 3810 Aveiro, Portugal
2 Renewable Energy Research Institute, Universidad de Castilla la Mancha, 02006 Albacete, Spain
3 Science and Technology Dep, Universidade Aberta, P. da Escola Politécnica 147, 1269-001, Lisboa, Portugal
La mecanosíntesis de CaTi1-xMnxO3-δ nanocristalino es presentada por primera vez. Polvos reactivos de CaO, TiO2 anatasa y Mn2O3 (Aldrich) fueron pesados en las cantidades estequiométricas adecuadas para obtener CaTi1-xMnxO3-δ (x=0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.50 y 0.80) por molienda en seco en un molino planetario de alta energía utilizando contenedores y bolas de circona, en una relación masa de bolas : masa de polvo de 10:1. La rotación del planetario se mantuvo constante a 650 revoluciones por minuto (rpm) y la del contenedor a 1300 rpm, en el sentido inverso. La formación de una fase con estructura de perovskita fue identificada a través del análisis de los polvos por difracción de rayos X, siendo esta fase claramente mayoritaria en los polvo molidos durante 180 min y sin observarse la formación de compuestos intermediarios. Los patrones de difracción de rayos X también indicaron una disminución de los parámetro de red con el aumento del contenido en Mn, en acuerdo con el menor rayo iónico de Mn3+ o Mn4+ comparado con el del catión Ti4+. El tamaño medio de los cristales fue estimado entre 5 y 30 nm a partir de gráficos de Williamson-Hall y confirmado por microscopia electrónica de transmisión.
Palabras clave:Conductor mixto, titanato, mecanosíntesis.
Mechanosynthesis of nanocrystalline CaTi1-xMnxO3-δ
The mechanosynthesis of nanocrystalline CaTi1-xMnxO3-δ is reported for the first time. Powdered CaO, TiO2 anatase and Mn2O3 (Aldrich) were weighed in the appropriate stoichiometric quantities in order to obtain CaTi1-xMnxO3-δ (x=0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.50 and 0.80) and dry milled in a planetary high-energy ball mill, using zirconia containers and balls, with a 10:1 ball/mass ratio. The planetary rotation was kept constant at 650 rpm and the container at 1300 rpm, in the opposite direction. Powder XRD patterns revealed a perovskite forming from the early milling stages and a completed reaction after 180 min, with no apparent crystalline or amorphous intermediates, indicating significant Mn solubility in CaTiO3. Patterns show a decrease in lattice volume upon Mn substitution, as expected from the lower Mn3+ or Mn4+ ionic radii when compared to Ti4+. The average crystallite size is in the range 5-30 nm, as determined from Williamson-Hall plots and confirmed by high resolution transmission electron microscopy.
Key words:
mixed conductor, titanate, mechanosynthesis.
238-241
Alexander Tkach, Paula M. Vilarinho
Department of Ceramics and Glass Engineering, CICECO, University of Aveiro, 3810-193
Se sintetizaron materiales cerámicos de titanato de estroncio dopado con escandio mediante reacción en estado sólido De acuerdo a la composición Sr1-1.5xScxTiO3 con x= 0-0.1. Las propiedades estructurales y el desarrollo microestructural se estudiaron mediante XRD y SEM. La propiedades dieléctricas se estudiaron como función de la temperatura y de la frecuencia en el rango de la frecuencias de radio. Se observó que los parámetros de red, la densidad y el tamaño del grano disminuyen ligeramente con el contenido en Sc. La permitividad dieléctrica y las perdidas también disminuyen. El dopado con Sc tiene un efecto muy ligero sobre el comportamiento paraeléctrico cuántico del titanato de estroncio y no se observó anomalías dioeléctricas , lo que está probablemente relacionado con la baja solubilidad del Sc en posiciones del Sr en la estructura tipo perovskita del titanato de estroncio.
Palabras clave: dopantes, microestructura, propiedades eléctricas-dieléctricas, aislantes, titanato de estroncio, cerámica.
Scandium doped Strontium Titanate Ceramics: Structure, Microstructure, and Dielectric Properties
Sc-doped strontium titanate (ST) ceramics were synthesised by solid state reaction, according to the composition Sr1-1.5xScxTiO3 with x = 0-0.01. Structural properties and microstructure development was examined by XRD and SEM. The dielectric properties were evaluated as a function of the temperature and frequency in the radio frequency range. Lattice parameter, density and grain size, were found to decrease slightly with increasing Sc content. The dielectric permittivity and losses decrease also. Sc-doping has only a weak effect on the quantum paraelectric behaviour of ST and no dielectric anomaly was observed, what is probably related to the limited solubility of Sc on the Sr site of the perovskite lattice of ST.
Key words:
Dopants, Microstructure, Electric/Dielectric properties, Insulators, Strontium Titanate, Ceramics.
242-244
Jinzhong Wang1,1∗, Elangovan Elamurugu1, Vincent Sallet2, Alain Lusson2, Gaëlle Amiri2,
François Jomard2, Rodrigo Martins1 and Elvira Fortunato1
1Materials Science Department, CENIMAT-I3N and CEMOP, FCT-UNL, Caparica Campus, 2829-516 Caparica, Portugal
2Groupe d’Etude de la Matière Condensée, CNRS-Université de Versailles St-Quentin, 1 Place Aristide Briand, 92195 MEUDON CEDEX, France
Se depositaron películas de ZnO sobre sustratos de zafiro (001) utilizando dietil zinc y butanol terciario como precursores. La influencia de los diferentes gases portadores (H2 y He) sobre las propiedades se estudió mediante la caracterización estructural (XRD), microestructural (SEM) y composicional (SIMS). La intensidad del pico de difracción más importante del plano (002) del ZnO aumentó en dos órdenes de magnitud cuando se utiliza He como gas portador indicando un incremento significativo de la cristalinidad. La superficie de las muestras crecidas utilizando H2 y He está formada por granos en forma de hoja y de forma esférica respectivamente. El contenido en hidrógeno (H) en la película es mayor cuando se utiliza H2 que cuando se utiliza He, indicando que la cantidad de hidrógeno está influenciada por el H2 del gas portador. La emisión ultravioleta domina el espectro PL de baja temperatura. La emisión de las películas de ZnO utilizando He muestra mayor calidad óptica y más centros de emisión.
Palabras clave:estructura Capas delgadas de ZnO, MOCVD, perfil de SIMS, espectro PL.
Influence of different carrier gases on the properties of ZnO films grown by MOCVD
ZnO films were grown on sapphire (001) substrate by atmospheric MOCVD using diethyl zinc and tertiary butanol precursors. The influence of different carrier gases (H2 and He) on the properties was analyzed by their structural (XRD), microstructural (SEM) and compositional (SIMS) characterization. The intensity of the strongest diffraction peak from ZnO (002) plane was increased by about 2 orders of magnitude when He is used as carrier gas, indicating the significant enhancement in crystallinity. The surface of the samples grown using H2 and He carrier gases was composed of leaf-like and spherical grains respectively. Hydrogen [H] content in the film grown using H2 is higher than that using He, indicating that the [H] was influenced by the H2 carrier gas. Ultraviolet emission dominates the low temperature PL spectra. The emission from ZnO films grown using He show higher optical quality and more emission centers.
Key words:
ZnO thin films; MOCVD; SIMS profile; PL spectra.
245-251
A. ALBAREDA, R. PÉREZ, J.E. GARCÍA, D.A. OCHOA
Dept. Física Aplicada. Univ. Politècnica Catalunya. E-08034 Barcelona. Spain
Los altos valores de los coeficientes dieléctricos y piezoeléctricos en las piezocerámicas son debidos a la superposición de los efectos intrínsecos y extrínsecos. El objetivo de este trabajo es profundizar en los mecanismos presentes en las cerámicas y que producen estos efectos. Se asume que el efecto intrínseco tiene un comportamiento lineal que es independiente de la temperatura, mientras que el efecto extrínseco, producido por el movimiento de paredes de dominio, tiene una dependencia no lineal y depende de la temperatura. También puede aceptarse que a muy baja temperatura la contribución extrínseca desaparece, debido a que los dominios se congelan. Además se considera que los efectos intrínsecos y extrínsecos son independientes y pueden sumarse. Estas hipótesis permiten calcular los coeficientes lineal, intrínseco y extrínseco. Se han realizado medidas lineales de los coeficientes elásticos, dieléctricos y piezoeléctricos a muy baja temperatura, así como medidas no lineales, sobre diferentes cerámicas. Se analiza la diferente repercusión de las paredes de dominio de 180º y de no-180º en los coeficientes dieléctricos y piezoeléctricos. Se ha desarrollado un modelo de contribución extrínseca por dominios de no-180º con estructura laminar de dominios ferroeléctricos en los granos de la cerámica. La anisotropía dieléctrica no lineal, (∆ε11)NL>(∆ε33)NL, se ha medido y confirma dicho modelo.
Palabras clave:piezoelectricidad, extrínseco, no linealidad, cerámicas.
Intrinsic and extrinsic behaviours in piezoceramics
High values of dielectric and piezoelectric coefficients in piezoceramics are due to the superposition of extrinsic and intrinsic effects. The aim of this paper is to gain insights into the intrinsic and extrinsic mechanisms present in ceramics. It is assumed that the intrinsic effect has a linear behaviour and is temperature-independent. On the other hand, the extrinsic effect, which corresponds to the domain wall movement, has a non-linear dependence, and is temperature-dependent. Therefore, it can be assumed that at a very low temperature the extrinsic contribution disappears because the domains freeze up. Also, it is considered that the intrinsic and extrinsic effects are independent and may be added together. From these hypotheses, the linear, intrinsic and extrinsic coefficients may be obtained. Linear dielectric and piezoelectric measurements have been carried out at very low temperatures, as well as non-linear measurements, using different piezoceramic materials. An analysis of the 180º and non-180º domain wall extrinsic contribution is conducted producing different contributions on the dielectric and piezoelectric coefficients. A model of the extrinsic contribution of non-180º domain wall in grain ceramics with a ferroelectric domain laminar structure has been developed. The non-linear dielectric anisotropy, (∆ε11)NL>(∆ε33)NL, is measured and supports the previous model.
Key words:
piezoelectricity, extrinsic, non-linear, ceramic.
252-257
J. A. R. PACHECO DE CARVALHO1, 2, A. D. REIS1
1U. Det. Remota, 1Dep. de Física, 2Centro de Informática, Universidade da Beira Interior,
Rua Marquês d’Avila e Bolama, 6201-001 Covilhã, Portugal.
Este artículo trata de simulación por ordenador y del análisis de superficies mediante técnicas nucleares, que son no destructivas. Se usa el “método de análisis en energia” para reacciones nucleares, así como el de difusión elástica. Se simulan en ordenador espectros en energía que se comparan com datos experimentales, de lo que resulta la obención de información sobre la composición y los perfiles de concentración de la muestra. Este método se aplica con éxito em muestras espesas y planas de grafito, cuarzo y zafiro y muestras conteniendo películas finas de óxido de aluminio. Se calculan perfiles en profundidad de núcleos de 12C y de 16O a través de reacciones (d,p) y (d,α) inducidas por deuterones. Se utiliza también la difusión elástica de iones (4He)+, tanto a Rutherford como resonante.
Palabras clave: Películas espesas/finas, Superficies, Tests no destructivos, Reacciones nucleares, Difusión elástica.
Applications of computer simulation, nuclear reactions and elastic scattering to surface analysis of materials
This article involves computer simulation and surface analysis by nuclear techniques, which are non-destructive. Both the “energy method of analysis” for nuclear reactions and elastic scattering are used. Energy spectra are computer simulated and compared with experimental data, giving target composition and concentration profile information. The method is successfully applied to thick flat targets of graphite, quartz and sapphire and targets containing thin films of aluminium oxide. Depth profiles of 12C and 16O nuclei are determined using (d,p) and (d,α) deuteron induced reactions. Rutherford and resonance elastic scattering of (4He)+ ions are also used.
Key words:
Thick/thin films, Surfaces, Non-destructive tests, Nuclear reactions, Elastic scattering.
3
123-128
J. E. GARCÍA, A. RODRÍGUEZ, R. PÉREZ, A. ALBAREDA
Departament de Física Aplicada, Universitat Politècnica de Catalunya,
c/ Jordi Girona 1-3, mòdul B4, 08034 Barcelona, Spain
El proceso de conmutación ferroeléctrica ha sido investigado en cerámicas de composición Pb(Zr1-xTix)O3, con x=0.40 y 0.47, dopadas con Nb5+ o Fe3+. Las muestras fueron sometidas a un alto campo eléctrico sinusoidal de baja frecuencia. Los resultados revelaron una fuerte dependencia con el tipo de dopaje. En estado virgen, los materiales con dopaje donador presentan valores mayores de la polarización remanente y de la polarización de saturación que los materiales con dopaje aceptor. Los materiales dopados con Nb5+ muestran un ciclo de histéresis normal, mientras que en los materiales dopados con Fe3+ el ciclo de histéresis muestra un fuerte pinzamiento. Se estudió la variación de las propiedades ferroeléctricas con el número de ciclos aplicados a la muestras. En los materiales con dopaje donador se observa que la fatiga afecta más a los materiales en la frontera de fase morfotrópica que a los materiales en fase romboédrica. Los materiales con dopaje aceptor muestran un típico proceso de desanclaje. En ese tipo de muestras, la reorientación de los defectos complejos produce una rápida eliminación del pinzamiento del ciclo.
Palabras clave:conmutación, histéresis, fatiga, PZT.
Ferroelectric switching and fatigue in Pb(Zr1-xTix)O3-based ceramics.
Polarization switching process was investigated in Nb- or Fe-doped Pb(Zr1-xTix)O3 bulk ceramics, with x=0.40 and 0.47. High sinusoidal electric field at low frequency was applied to the samples. The results revealed a strong dependence with the kind of doping. At the virgin state, donor-doped materials present higher values of remanent and saturation polarizations than acceptor-doped. Nb-doped materials shown a normal hysteresis loop while Fe-doped materials shown a strong pinching loop. We studied the variation of the remanent polarization and coercive field with the number of hysteresis loops previously performed. In donor-doped samples, it is shown that fatigue affects more to materials at morphotropic phase boundary than at rhombohedral single phase. Acceptor-doped samples showed the expected depinning process. In this case, complex defect reorientation produces a quick elimination of pinching loop.
Key words:
switching, hysteresis, fatigue, PZT.
129-132
O. PEÑA1, T. GUIZOUARN1, C. MOURE2, V. GIL2, J. TARTAJ2
1 Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
2 Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Electroceramics Department, 28049 Madrid, Spain
Los titanatos de hierro y bismuto con estructura laminar tipo Aurivillius, (BiFeO3)nBi4Ti3O12, tienen un gran interés tecnológico debido a sus aplicaciones como memorias ferroeléctricas no volátiles y como piezoeléctrico cerámico de alta temperatura. La síntesis y la caracterización cristalina de una nueva familia de compuestos (LnFeO3)nBi4Ti3O12 han sido recientemente reportadas, en la que el catión diamagnético Bi3+ ha sido sustituido por los paramagnéticos Ln3+ en los bloques de perovskita.
Se estudian las propiedades magnéticas de muestras cerámicas en volumen con Ln = Nd, Eu, Gd y Tb, y n = 1 y 2. Los materiales con n=1 son paramagnéticos y similares al no sustituido Bi5FeTi3O15, y muestran efectos de campo cristalino debido al entorno cristalino de Eu3+ y Tb3+. Se han detectado algunas anomalías en la magnetización M(T) de los compuestos n=2 (LnFeO3)2Bi4Ti3O12 que están relacionadas con el fuerte magnetismo de Tb y Gd, que aparecen débilmente para Nd y que no aparecen para el ión VanVleck Eu3+ ni en el compuesto pariente Bi6Fe2Ti3O18.
Palabras clave:materiales multiferroicos, interacciones de supercanje, perovskitas con lantánidos, estructura Aurivillius.
Magnetic properties of Aurivillius lanthanide-bismuth (LnFeO3)nBi4Ti3O12 (n = 1,2) layered titanates
Bismuth titanates of Aurivillius layer-structure (BiFeO3)nBi4Ti3O12, are of great technological interest because of their applications as non-volatile ferroelectric memories and high-temperature piezoelectric materials. The synthesis and crystallographic characterization of a new family of compounds (LnFeO3)nBi4Ti3O12 was recently reported, in which the layers consist of LnFeO3 perovskites with a lanthanide Ln3+ substituting diamagnetic Bi3+.
We report herein the magnetic properties of bulk samples, with Ln = Nd, Eu, Gd and Tb, and n = 1 and 2. Single-layer materials are paramagnetic, similar to non-substituted bismuth titanate Bi5FeTi3O15, and show crystal field effects due to the crystallographic environment of Eu3+ and Tb3+. Several anomalies are detected in the magnetization M(T) of double-layer (LnFeO3)2Bi4Ti3O12 compounds, related to the strong magnetism of Tb and Gd, since they weakly appear for Nd and they are absent in the VanVleck Eu3+ ion and in the parent Bi6Fe2Ti3O18 compound.
Key words:
multiferroic materials, superexchange interactions, lanthanide perovskites, Aurivillius structure
133-137
R. SAEZ PUCHE1, M. J. TORRALVO FERNANDEZ1, V. BLANCO GUTIERREZ1, R. GOMEZ2, V. MARQUINA2, M.L. MARQUINA2, J.L. PEREZ MAZARIEGO2 , R. RIDAURA2.
1Departamento de Química Inorgánica, Facultad de Química, Universidad Complutense, Madrid, España.
2Departamento de Física, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F., México
Se han preparado mediante el método hidrotermal nanopartículas de ferritas MFe2O4 (M = Ni, Zn). Las muestras obtenidas fueron caracterizadas mediante difracción de rayos X y electrones, microscopía electrónica de transmisión y barrido y espectroscopia Mössbauer. Las imágenes de transmisión muestran partículas de forma y tamaño homogéneo de 10 a 40 nm según la naturaleza del catión M. La espectroscopia Mössbauer revela una relación de ocupación entre los sitios A y B por los átomos de hierro de 0.7 en el caso del óxido NiFe2O4.
Las medidas de magnetización DC (2 – 300 K) muestran un comportamiento superparamagnético para la muestra ZnFe2O4 con una temperatura de bloqueo de 20 K. En el caso de las nanopartículas de NiFe2O4 la temperatura de bloqueo parece estar por encima de los 300 K mostrando por debajo de la misma, comportamiento ferrimagnético provocado por las interacciones de superintercambio que tienen lugar en esta espinela inversa. Los resultados de espectroscopia Mössbauer confirman los datos de las medidas magnéticas.
Palabras clave:ferritas, nanopartículas, superparamgnetismo, ferrimagnetismo, espinela inversa.
Ferrites nanoparticles MFe2O4 (M = Ni and Zn): hydrothermal synthesis and magnetic properties
MFe2O4 (M = Ni and Zn) nanoparticles were prepared by the hydrothermal method. The obtained samples were characterized by X-ray and electron diffraction, Scanning and Transmission Electron Microscopy and Mössbauer spectroscopy. The transmission images show homogeneous shape and particle size ranging from 10 to 40 nm, depending on the nature of the M cation. Mössbauer spectroscopy yields to a ratio of occupancy between the A and B sites of 0.7 in the case of NiFe2O4 oxide.
DC magnetization (2-300 K) measurements reveal a superparamagnetic behaviour for the ZnFe2O4 sample with a blocking temperature of 20 K. By contrast, in the case of the NiFe2O4 ferrite the blocking temperature appears to be above 300 K and at lower temperature, it shows a ferrimagnetic behaviour arising from the superexchange interactions that take place in this inverse spinel. Mössbauer spectroscopy results confirm the bulk magnetic measurements.
Key words:
ferrites, nanoparticles, superparamagnetism, ferrimagnetism, inverse spinel.
138-142
O. PEÑA1, P. BARAHONA2, V. GIL3, J. TARTAJ3,C. MOURE3
1 Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
2 Instituto de Ciencias Básicas, Universidad Católica del Maule, Talca, Chile
3 Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Electroceramics Department, 28049 Madrid, Spain
La sustitución parcial de Mn por un catión divalente en manganitas de tierras raras TRMexMn1‑xO3 induce la presencia simultánea de Mn3+ y Mn4+. La subred TR tiene sus propiedades intrínsecas y puede interactuar con el campo local impuesto por la red ferromagnética del Mn. Su orientación difiere dependiendo de la naturaleza de la TR, adoptando una dirección paralela con respecto al campo local, o puede alinearse en sentido opuesto, produciendo una estructura antiferromagnética no compensada.
Para cationes divalentes (Ni2+), la solución sólida está limitada a TRNi2+0.5Mn4+0.5O3; en este límite, las interacciones de supercanje Ni2+-O-Mn4+ se optimizan. Para Me = Co el límite se amplía a causa de que el cobalto puede tomar el estado 3+; en este caso, la presencia de Co3+ modifica el acoplamiento magnético llevando a comportamientos cualitativamente diferentes durante los ciclos ZFC/FC. En el presente trabajo se ha escogido la composición específica TRMe0.50Mn0.50O3 para la cual se esperan las interacciones magnéticas más intensas, remarcando los resultados obtenidos para Me = Ni y Co y comparando varios elementos de tierras raras (TR = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd y Er). Como se esperaba de acuerdo con el comportamiento general de las soluciones sólidas (TR,Ca)MnO3, se ha hallado que en las series TR(Mn,Me)O3, cuanto mayor es el radio iónico de la TR mayor es la temperatura de transición, alcanzando 235 K para composiciones LaCo0.50Mn0.50O3 frente a 68 K para ErCo0.50Mn0.50O3.
Palabras clave:Ferromagnetismo, acoplamiento magnético, inversión de espin.
Magnetic behavior of solid solutions REMe0.50Mn0.50O3 (RE = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd, Er ; Me = Ni,Co)
Partial substitution of Mn by a divalent metal in rare-earth manganites REMexMn1‑xO3 results in the simultaneous presence of Mn3+ and Mn4+. The RE sublattice has its own properties and can interact with the local field imposed by the ferromagnetic Mn network. Its orientation differs depending on the RE nature, adopting a parallel direction with respect to the local field, or it may align in opposite direction, resulting in uncompensated antiferromagnetic structure.
For divalent elements (e.g., Ni2+), the solid solution is limited to RENi2+0.5Mn4+0.5O3 ; at this frontier composition, the ferromagnetic superexchange Ni2+-O-Mn4+ interactions are optimized. For Me = Co, this limit can be extended, meaning that part of cobalt takes a 3+ state ; in this case, presence of Co3+ modifies the magnetic coupling, leading to qualitatively different behaviours during the ZFC/FC cycles. In this work, we have chosen the specific composition REMe0.50Mn0.50O3 for which the strongest magnetic interactions are expected, emphasizing the results obtained for Me = Ni and Co and comparing various rare-earth elements (RE = Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd and Er). As expected from the general behaviour of the series (RE,Ca)MnO3, we find that in the RE(Mn,Me)O3, the larger the RE ionic radius, the highest the transition temperature, reaching 235 K in LaCo0.50Mn0.50O3 compared to 68 K in ErCo0.50Mn0.50O3.
Key words:
Ferromagnetism, Magnetic coupling, Spin Reversal.
143-147
B. MEHDAOUI, O. PEÑA, M. BAHOUT, A.B. ANTUNES, G. MARTINEZ
1 Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
2 GEMA, Centro Universitário FEEVALE, Novo Hamburgo, RS, Brazil
3 Institute of Physics, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brazil
Se presentan estudios de la variación térmica de la magnetización a bajo campo de espinelas policristalinas de la solución sólida MgxMn3-xO4 (0 ≤ x ≤ 2). Con la utilización del modelo de Lotgering, que equivale al modelo de Néel de dos subredes, se ha obtenido un conjunto de constantes de campo molecular λAB, λBB y λAA, para 0 ≤ x ≤ 0.4 a partir del ajuste de χ entre TC y temperatura ambiente. Además, este modelo ajusta consistentemente los ángulos ψ de espín canteado de la subred B a baja temperatura. La temperatura de Curie TC, así como los parámetros de canje JAB, JBB and JAA, muestran que las interacciones BB son mucho mayores que las AA y AB que son ambas del mismo orden, en contraste con lo hallado usualmente en espinelas magnéticas. Cuando la concentración del ión no-magnético Mg2+, aumenta en los lugares tetraédricos, TC decrece desde 42 K (para x = 0), mientras que el comportamiento ferromagnético se debilita a expensas de una frustración magnética, resaltando así la gran influencia de los iones no-magnéticos localizados en lugares A y B, sobre el orden magnético
Palabras clave: estructura Yafet-Kittel, modelo de Lotgering, dilución magnética, frustración, vidrio de espín.
Propiedades magnéticas del sistema espinela MgxMn3-xO4 (0 ≤ x ≤ 2)
Temperature-dependent studies of the low-field magnetization of the polycrystalline spinel oxide MgxMn3-xO4 (0 ≤ x ≤ 2) are reported. With the use of Lotgering’s model, which is equivalent to the Néel’s two-sublattice model, a set of molecular field constants λAB, λBB and λAA, has been obtained for 0 ≤ x ≤ 0.4 from the fit of χ between TC and room temperature. Moreover, this model fits consistently the low-temperature canted-spin angles ψ of the B‑sublattice. The Curie temperatures TC, as well as the exchange parameters JAB, JBB and JAA, show that the BB interactions are much greater than AA and AB, which are of the same order, in contrast to the situation usually found in magnetic spinels. As the concentration of the non-magnetic ion Mg2+ increases at the tetrahedral site (A), TC decreases from 42K (for x = 0) while the ferromagnetic behaviour diminishes at the expense of a magnetic frustration, thus highlighting the great influence of the non-magnetic ions located at the A and B-sites on the magnetic order.
Key words:
Yafet-Kittel structure, Lotgering’s model, magnetic dilution, frustration, spin glass.
148-152
M. A. MADRE, H. AMAVEDA, M. MORA, A. SOTELO, L. A. ANGUREL, J. C. DIEZ
ICMA (CSIC-UZ), Depto. de Ciencia y Tecnología de Materiales y Fluidos,
C/María de Luna 3, E-50.018, Zaragoza (Spain)
Se han preparado polvos cerámicos de composición (Bi1.6Pb0.4)Sr2CaCu2O8+δ + x % Ag en peso (con x = 0, 1 y 3) mediante un proceso sol-gel. Estos polvos se han utilizado para fabricar precursores que se texturaron por medio del método de fusión zonal flotante. Se ha encontrado un gran cambio en la microestructura cuando se compara con muestras de composición pura Bi2Sr2CaCu2O8+δ. Tanto la resistividad eléctrica a temperatura ambiente, como la corriente crítica, así como la resistencia a flexión se mejoran cuando la Ag se adiciona a estas muestras dopadas con Pb, mientras que no se observa cambio en la temperatura crítica. Por otra parte, se ha encontrado que las muestras de composición (Bi1.6Pb0.4)Sr2CaCu2O8+δ + Ag presentan una gran pendiente de la curva E-I en la zona de transición entre el estado superconductor y el estado normal. Con estas composiciones, se han encontrado valores de n (E∼In) de hasta 45 a 65K.
Palabras clave:Superconductores, propiedades eléctricas, propiedades mecánicas, Bi-2212, fusión zonal
Barras texturadas de (Bi1.6Pb0.4)Sr2CaCu2O8+δ dopadas con Ag
In this work, superconducting samples of (Bi1.6Pb0.4)Sr2CaCu2O8+δ with Ag additions have been studied. (Bi1.6Pb0.4)Sr2CaCu2O8+δ + x wt.% Ag (with x = 0, 1 and 3) powders were synthesized using a sol-gel method. The obtained powders were used as precursors to fabricate long textured cylindrical bars through a floating zone melting method. A drastic change on the microstructure has been found when comparing with undoped Bi2Sr2CaCu2O8+δ samples. The results showed that electrical resistivity at room temperature, critical current as well as flexural strength are improved when Ag is added to these Pb doped samples, while critical temperature does not change. On the other hand, it has been found that samples with composition (Bi1.6Pb0.4)Sr2CaCu2O8+δ + Ag shown E-I curves with very high sharpness values on the zone of the superconducting to normal transition, reaching n-values (E∼In) as high as 45 at 65K.
Key words:
Superconductors, electrical properties, mechanical properties, Bi-2212, melting zone
153-158
J. Peña-Martínez, D. Marrero-López, J.C. Ruiz-Morales, P. Núñez
Department of Inorganic Chemistry, University of La Laguna, E-38200, Tenerife, Spain.
La conductividad total y los números de transporte iónico de las composiciones, basadas en el galato de lantano,
La0,9Sr0,1Ga1-xMgxO3-δ (x=0,05-0,30), La0,9A0,1Ga0,8Mg0,2O3-δ (A=Sr, Ba, Ca) y La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2-yCoyO3-δ (y=0.015; 0,045) fueron estudiadas mediante una combinación de técnicas de espectroscopia de impedancia compleja y fuerza electromotriz (fem). La composición La0,9Sr0,1Ga0,8Mg0,2O2,85 (LSGM) presenta el mayor número de transporte iónico, concretamente 0,99 en el rango de temperaturas 900-1173 K, tanto en gradiente de O2/aire como de H2/aire.
Palabras clave:Conductividad iónica, EMF, LSGM, Número de transporte, SOFC
Determination of the ionic transport numbers of lanthanum gallate materials by impedance spectroscopy and modified EMF method
A combination of impedance spectroscopy and a modified electromotive force method (emf) were used to evaluate the ionic transport numbers and the overall conductivity of several doped lanthanum gallate materials, i.e. La0.9Sr0.1Ga1-xMgxO3-δ (x=0.05-0.30), La0.9A0.1Ga0.8Mg0.2O3-δ (A=Sr, Ba and Ca) and La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2-yCoyO3-δ (y=0.015 and 0.045). La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85 (LSGM) sample showed the maximum ionic transport number in the temperature range 900-1173 K, around 0.99 in both
O2/air and H2/air gradients.
Key words:
EMF, LSGM, Ionic conductivity, SOFC, Transport number
159-164
J. A. DÍAZ-GUILLÉN1, M. R. DÍAZ-GUILLÉN 1, K. P. PADMASREE1, J. M. ALMANZA1,
A. F. FUENTES1, J. SANTAMARÍA2, C. LEÓN2.
1Cinvestav Saltillo, Apartado Postal 663, 25000-Saltillo, Coahuila, Mexico
2GFMC, Departamento de Física Aplicada III, Facultad de Física, Universidad Complutense de Madrid, 28040-Madrid, Spain
Partiendo de mezclas estequiométricas de los óxidos correspondientes, se prepararon por molienda mecánica y a temperatura ambiente diferentes composiciones en la solución sólida Gd2-yLayZr2O7 (0 ≤ y ≤ 1) con estructura de tipo pirocloro y conductora de iones oxígeno. Independientemente del contenido de lantano, los polvos extraídos del molino presentaron difractogramas similares al de una fluorita no estequiométrica aunque en todos los casos, el tratamiento térmico a 1500°C indujo la aparición del ordenamiento de largo alcance de cationes y vacancias aniónicas característico de pirocloros. La energía de activación para el proceso de migración de iones oxígeno en la serie disminuye a medida que se incrementa el contenido de lantano, desde 1.13 eV de Gd2Zr2O7 hasta 0.81 eV de GdLaZr2O7, mientras que la conductividad resultó ser prácticamente independiente del mismo hasta y ≤ 0.8 para T = 500°C e y ≤ 0.4 para T = 800°C. Estos resultados se explican en términos de una menor interacción entre portadores de carga en las estructuras más ordenadas (a medida que se incrementa el contenido de La) y subraya la influencia del orden/desorden estructural en la dinámica de iones móviles.
Palabras clave:Pirocloros; molienda mecánica; circonatos; pilas de combustible cerámicas; lantano.
Synthesis and electrical properties of the pyrochlore-type Gd2-yLayZr2O7 solid solution
Different compositions in the pyrochlore-type Gd2-yLayZr2O7 solid solution (0 ≤ y ≤ 1) were prepared at room-temperature by mechanically milling stoichiometric mixtures of the corresponding oxides. Irrespective of their lanthanum content, as-prepared powder samples consist of single-phase anion deficient fluorite materials, although long-range ordering of cations and anion vacancies characteristic of pyrochlores was observed in all cases after firing the samples at 1500°C. Interestingly, activation energy for oxygen migration in the series decreases as La-content increases, from 1.13 eV for Gd2Zr2O7 to 0.81 eV for GdLaZr2O7, whereas ionic conductivity was found to be almost La-content independent, at least for y ≤ 0.8 at T = 500°C and y ≤ 0.4 at T = 800°C. These results are explained in terms of weaker ion-ion interactions in better ordered structures (i.e., as La-content increases) and highlight the importance of structural ordering/disordering in determining the dynamics of mobile oxygen ions.
Key words:
165-170
M. L. SANJUÁN1, P. B. OLIETE1, A. VÁREZ2, J. SANZ3
1 Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, Universidad de Zaragoza-CSIC, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, 50009 Zaragoza, Spain
2 Dpto. de Materiales, Universidad Carlos III de Madrid, Avda. Universidad 30, 28911 Leganés, Spain
3 Instituto de Ciencia de Materiales (CSIC), Cantoblanco, 28049 Madrid, Spain
Presentamos una caracterización estructural y espectroscópica de fibras cristalinas de Ce0.4Zr0.6O2 crecidas mediante fusión zonal asistida por láser (LFZ). Una barra del material precursor, de composición Ce0.4Zr0.6O2, fue sinterizada a 1500 ºC en atmósfera de aire y después procesada por LFZ con un láser de CO2. El material procesado fue caracterizado por difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y espectroscopía Raman. En la fibra recién procesada, de color gris oscuro, el espectro Raman varía radialmente desde un espectro de tipo t’, correspondiente a una composición Ce0.37Zr0.63O2, en el borde de la fibra, hasta un espectro muy ensanchado y débil, de aspecto cúbico, en el centro. El grado de reducción del cerio y la no estequiometría del oxígeno se determinaron a través de las medidas del Raman electrónico del Ce3+. La señal de Ce3+ era muy intensa en el centro de la fibra, lo que indica una fuerte reducción, mientras que no se detectó en el borde. Para restablecer el contenido de oxígeno y de Ce4+ una parte de la fibra fue reoxidada a 620 ºC durante 24 h. El espectro de la muestra reoxidada, de color amarillo pálido y muy homogénea, fue asignado a una fase t’ de composición Ce0.42Zr0.58O2.
Palabras clave:ZrO2-CeO2, diagrama de fases, fusión zonal por láser, Raman, Ce3+, reducción del Ce.
Structural and spectroscopic characterization of Ce0.4Zr0.6O2 crystalline rods grown by the Laser Floating Zone method
A structural and spectroscopic characterization of crystalline rods of Ce0.4Zr0.6O2 grown by the laser floating zone (LFZ) method is presented. A precursor rod of Ce0.4Zr0.6O2 composition was sintered at 1500 ºC in air atmosphere and then processed by the LFZ technique with a CO2 laser. The processed material was characterized by XRD, SEM and Raman spectroscopy. In the as-grown, dark-color processed rod, the Raman spectrum evolves radially from a t’-like one, corresponding to Ce0.37Zr0.63O2 composition, at the edge of the rod, to a very broad and weak, cubic-like one, at the center. The degree of cerium reduction and oxygen non-stoichiometry were determined through measurements of the electronic Raman spectrum of Ce3+. A strong Ce3+ signal was found at the core of the rod, indicating strong reduction, whereas no Ce3+ signal was detected at the edge. To restore oxygen and Ce4+ content a section of the fiber was reoxidized at 620 ºC for 24 h. A very homogeneous spectrum was found in the reoxidized sample, that was assigned to a t’-phase of composition Ce0.42Zr0.58O2.
Key words:
ZrO2-CeO2, phase diagram, Laser Floating Zone, Raman, Ce3+, Ce reduction.
171-177
V. Gil, J.Tartaj, and C. Moure
Instituto de Cerámica y Vidrio (CSIC), Electroceramics department
C/ Kelsen 5, 28049 Madrid, España
El propósito del presente trabajo es establecer las relaciones de fase entre soluciones sólidas NdMe0.5Mn0.5O3 (Me=Ni, Co) y electrolitos Ce0.9Gd0.1O1.95 para su uso como cátodos y electrolitos SOFC, respectivamente. El electrolito fue en ocasiones dopado con 1.0 wt% Bi2O3 con el objeto de mejorar su densificación. Así mismo se estudia el comportamiento termomecánico de dichos materiales.
Los pares cátodo-electrolito fueron obtenidos a partir de polvos prensados isostáticamente y posteriormente sinterizados utilizando unos rangos de temperatura entre 1350 y 1400ºC durante 2h. Las condiciones de sinterización fueron optimizadas para obtener unos electrolitos altamente densificados y unas interfaces cátodo-electrolito bien definidas.
La caracterización microestructural de las regiones interfaciales fue llevada a cabo mediante microscopía electrónica de barrido, además se realizaron análisis EDAX para determinar posibles fenómenos de difusión catiónica desde o hacia el catódo.
Se puede concluir que la manganita dopada con níquel, NdNi0.5Mn0.5O3, es compatible química y termomecánicamente con los electrolitos basados en ceria, sin formación de nuevas fases incluso después de largos tiempos de tratamiento a 1400ºC.
Palabras clave:CeO2-Gd2O3, manganitas, compatibilidad química, compatibilidad termomecánica.
Chemical and thermomechanical compatibility between neodymium manganites and electrolytes based on ceria
The goal of this work was to study the thermal expansion behaviour and to establish the phase relations between NdMe0.5Mn0.5O3 (Me=Ni, Co) solid solutions as cathodes and two electrolytes based on Ce0.9Gd0.1O1.95. Doping of electrolyte with 1.0 wt% Bi2O3 was employed in order to improve the densification process.
The cathode-electrolyte pairs were obtained by isostatic pressing of constituent powders and posterior sintering using the temperature ranges between 1350–1400 ºC for 2 h. The sintering conditions were optimized to obtain highly densificated electrolytes and well-developed cathode-electrolyte interfaces.
Scanning electron microscopy observation with EDAX analysis was performed in cathode-electrolyte interfacial regions in order to characterize the obtained microstructures and to determine possible cation diffusions from the cathode into the electrolyte.
It is found that the nickel doped manganite, NdNi0.5Mn0.5O3, is chemically and thermo-mechanically compatible with both electrolytes without formation of new phases up to 1400ºC even during long time of treatments.
Key words:
CeO2-Gd2O3, manganites, thermal compatibility, chemical compatibility.
178-182
A.B. ANTUNES1,2, M.N. BAIBICH3, C. MOURE4, V. GIL4, V. ALLEGRET-MARET1, O. PEÑA1
1 Sciences Chimiques de Rennes, UMR 6226, Université de Rennes 1, 35042 Rennes, France
2 GEMA, Centro Universitário FEEVALE, Novo Hamburgo, RS, Brazil
3 Institute of Physics, UFRGS, Porto Alegre, RS, Brazil
4 Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, Electroceramics Department, 28049 Madrid, Spain
Las propiedades magnéticas de las soluciones sólidas ErxY1-xCo0.50Mn0.50O3 (0.0 ≤ x ≤ 1.0) son consecuencia de una sutil interrelación de las diferentes interacciones entre los momentos magnéticos del Er3+ y de otras entidades magnéticas presentes en el sistema: Mn3+, Mn4+, Co2+, Co3+, así como las interacciones de doble canje entre ellas. El caso especial de la sustitución 0.5:0.5 = Co:Mn es particularmente importante puesto que los dominios ferromagnéticos pueden reorientarse bien con campos externos bajos como con altos. La dilución magnética de la subred de Er3+ por el ión no-magnético Y3+ (del mismo tamaño y valencia) permite separar las interacciones antiferromagnéticas 4f-3d dejando solamente las interacciones ferromagnéticas Co2+-Mn4+ de la subred de los metales de transición.
Las propiedades magnéticas de las soluciones sólidas ErxY1-xCo0.50Mn0.50O3 (0.0 ≤ x ≤ 1.0) se presentan como variando desde ferromagnetismo (x = 0; YCo0.5Mn0.5O3) a ferrimagnetismo (x = 1; ErCo0.5Mn0.5O3). Las interacciones antiferromagnéticas se hacen más fuertes mientras que los dominios ferromagnéticos se hacen más difíciles de rotar cuando la subred de la tierra rara se va llenando progresivamente con iones Er3+, de momento magnético alto. Se observa una dependencia lineal con x(Er) del campo crítico Hcrit relacionado con la reorientación de dominios, variando desde 1.3 T hasta 3.5 T, para x = 0 y 1, respectivamente. Al mismo tiempo, la temperatura de compensación, Tcomp aumenta y la magnetización espontánea, Mrem disminuye con el contenido creciente de Er3+.
Palabras clave:Transiciones inducidas por campo, inversión de spin, dominios magnéticos, transiciones dinámicas.
Field-induced transitions and magnetization reserval in ErxY1-xCo0.50Mn0.50O3 (0.0 ≤ x ≤ 1.0)
Magnetic properties of the Er(Co,Mn)O3 solid solution result from a subtle interplay of different interactions between erbium moments and several other magnetic entities present in this system: Mn3+, Mn4+, Co2+, Co3+, as well as double-exchange interactions among them. The special case of the 0.5:0.5 = Co:Mn substitution is particularly important since ferromagnetic domains may reorientate both under low and high external magnetic fields. Magnetic dilution of the erbium sublattice by non-magnetic yttrium (same valence and size) allows separating out the antiferromagnetic 4f-3d interactions leaving just the ferromagnetic Co2+-Mn4+ transition metal sublattice.
Magnetic properties of the ErxY1-xCo0.50Mn0.50O3 (0.0 ≤ x ≤ 1.0) solid solution are presented, going from ferromagnetism (x = 0; YCo0.5Mn0.5O3) to ferrimagnetism (x = 1; ErCo0.5Mn0.5O3). Antiferromagnetic interactions get stronger while the Co/Mn ferromagnetic domains become harder to rotate when the rare-earth sublattice is progressively filled with erbium ions of large magnetic moments. A linear dependence with x(Er) is observed for the critical field Hcrit related to the reorientation of domains, going from 1.3 T up to 3.5 T, for x = 0 and 1, respectively. At the same time, the compensation temperature Tcomp increases and the spontaneous magnetization Mrem decreases with increasing content of erbium.
Key words:
Field-induced transitions, Spin reversal, Magnetic domains, Dynamical transitions.
2
81-88
M. V. Utrilla, P. Poza, J. Gómez-García, M. D. López, C. J. Múnez, M. Pichel
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales
Escuela Superior de Ciencias Experimentales y Tecnología
Universidad Rey Juan Carlos
C/ Tulipán, s/n
28933 Móstoles. Madrid
Las barreras térmicas son sistemas multicapa que se aplican a sustratos metálicos para mejorar su resistencia a la temperatura. El material utilizado en el trabajo es un sustrato base níquel (Inconel 600) con recubrimiento multicapa de NiCrAlY y ZrO2 parcialmente estabilizada con Y2O3 (Y-PSZ) depositado por plasma atmosférico. La presencia de contaminantes, como S, V o Na presentes en combustibles de baja calidad, puede dar lugar a reacciones con este óxido estabilizador de la circona (Y2O3), originando una desestabilización estructural de la circona por disminución del contenido en itria.
En esta comunicación se ha realizado un estudio sistemático de la degradación del material frente a determinados agentes corrosivos a elevada temperatura. Sobre la superficie de las muestras se añadieron mezclas de 40% Na2SO4-60% V2O5 y se trataron isotérmicamente a 800 ºC durante 48 y 144 horas.
Finalmente, se evaluó la modificación de las propiedades por efecto de los agentes agresivos. Mediante la técnica de espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS) se estimó la degradación de la barrera térmica. El estudio de la evolución microestructural se realizó mediante técnicas de microscopía óptica (MO), electrónica de barrido ambiental (ESEM) y difracción de rayos X (DRX).
Palabras clave:Barreras térmicas, sales fundidas, proyección por plasma atmosférico, microscopía electrónica de barrido, espectroscopia de impedancia electroquímica.
Corrosion of thermal barrier coating by molten salts.
Thermal barrier coatings (TBC) are frequently used to provide thermal insulation to metallic components. The material used in this investigation comprises a ceramic top layer, ZrO2 8Y2O3 (Y-PSZ), and an overlay coating, Ni22Cr10Al1Y, air plasma sprayed on to a nickel base alloy Inconel 600 substrate. Yttria stabilizes the cubic phase zirconia, but it can react with S, V and Na contaminants contained in many low-quality industrial fuels. A decrease in the yttria content promotes the transformation to monoclinic ZrO2.
The materials were subjected to an isothermal air furnace test under 40% Na2SO4 - 60% V2O5 mixtures at 800 ºC for 48 and 144h. The degradation of the coating was analyzed by electrochemical impedance spectroscopy (EIS). The microstructure was characterized by enviromental scanning electron microscopy (ESEM), X-ray microanalysis (EDX) and x ray diffracction (XRD).
Key words:
Thermal barrier coatings, molten salt, air plasma spray, scanning electron microscopy, electrochemical impedance spectroscopy.
89-94
S. PÉREZ-VILLAR, A. TAMAYO, M. A. MAZO, F. RUBIO, J. RUBIO
Instituto de Cerámica y Vidrio. CSIC. Campus Cantoblanco.
C/ Kelsen, 5. 28049 Madrid.
El proceso de molienda de sílice vítrea y un vidrio convencional se ha estudiado mediante espectroscopias IR/ATR y Raman. A partir de los espectros obtenidos para diferentes tamaños de partícula se calcularon tanto las posiciones como las áreas de las bandas que aparecían en cada espectro. Utilizando los espectros Raman se ha hecho uso del denominado Índice de Polimerización (IP) el cual es indicativo del grado de despolimerización producido en la superficie de las partículas tras el proceso de molienda. Por otro lado, mediante los espectros IR/ATR y analizando las posiciones de las bandas de tensión simétrica y asimétrica de los enlaces Si-O-Si se ha podido seguir el citado proceso de molturación. Se ha observado, mediante ambas técnicas, como la superficie de las partículas se despolimeriza al disminuir el tamaño de partícula. Esta despolimerización es debida a la rotura de los enlaces Si-O-Si.
Palabras clave:Raman, IR/ATR, molienda, despolimerización, sílice, vidrio.
Application of the Raman and IR/ATR spectroscopies to the study of the glasses upon grinding.
The grinding process of vítreous silica and a conventional glass has been studied by means of Raman and IR/ATR spectroscopies. By using the obtained spectra, the positions and areas of the different bands have been calculated. The Raman spectra have been analysed using the Polymerisation Index (PI) that indicates the depolymerization degree achieved on the particle surface after grinding. On the other hand, the IR/ATR spectra have been used to follow the positions of the symmetric and antisymmetric Si-O-Si bands. It has been observed that both techniques give similar results. These indicate that the depolymerisation degree increases with the grinding process. This depolymerisation is due to the broke of Si-O-Si bonds.
Key words:
Raman, IR/ATR, grinding, depolymerisation, silica, glass..
95-100
H. E. Lobato, M. A. Camerucci
Laboratorio Materiales Estructurales-División Cerámicos-INTEMA-Fac.
Ingeniería-UNMdP-CONICET. J. B. Justo 4302-(B7608FDQ) Mar del Plata-Argentina.
El proceso de soldadura cerámica es un atractivo método para la reparación en caliente de revestimientos refractarios de equipamientos industriales. Consiste en la proyección a alta temperatura de una mezcla de soldadura en polvo mediante una corriente rica en oxígeno sobre el material refractario dañado. La mezcla contiene agregados refractarios gruesos compatibles con el sustrato a reparar y un combustible sólido (finas partículas oxidables, metálicas y/o no metálicas) que actúa como agente exotérmico en el proceso. Cuando las partículas combustibles impactan en la superficie caliente del sustrato (1000-1500°C), reaccionan con el oxígeno liberando calor y alcanzando localmente temperaturas de 2000-2500ºC. Estas temperaturas producen la fusión parcial tanto del sustrato como de la carga de soldadura formándose una unión cerámica entre ambos.
Existe muy escasa bibliografía sobre el tema y la mayor parte de la información está protegida por patentes, existiendo ciertas discrepancias entre las disponibles. En este trabajo se presentan los principales aspectos de las investigaciones sobre el tema que han sido relevadas, incluyendo resultados y conclusiones de un estudio desarrollado sobre soldadura cerámica a escala laboratorio para la reparación de ladrillos de sílice de uso siderúrgico.
Palabras clave:refractarios; métodos de reparación; soldadura cerámica; hornos de coquización.
Ceramic welding: reparation method of refractory linings of industrial equipment.
The ceramic welding process is a unique hot repair technique for refractory linings in industrial equipments. This process consists of projecting a weld mix in powder by means of a current of oxygen or oxygen/air onto the refractory surface to be restored. The weld mix content refractory particles chemically compatible with the refractory to be repaired and a solid combustible (oxidizable fine particles, metallic and/or non metallic) as exotermic agent. When the combustible particles ignites at contact with the hot face (1000-1500°C), an exotermic reaction with oxygen occurs developing temperatures of the order of 2000-2500°C. The heat generated from this reaction is enough to melt the surface to be repaired and allowing a very close bond to be formed between the repaired area and the deposited material.
There are limited data in literature about ceramic welding and the larger part of the information is protected by patents. Several differences between the available patents were detected. In this work, the principal aspects of researches about ceramic welding that had been relieved are present, including results and conclusions from a study accomplished about ceramic welding (design and set up of a test in laboratory, and evaluation of the reparations) for the reparation of silica bricks employed to build coke ovens.
Key words:
refractories; reparation method; ceramic welding; coke ovens.
101-104
A. BARBA, C. CLAUSELL, M. MONZÓ, J.C JARQUE
Instituto de Tecnología Cerámica. Universitat Jaume I. Castellón. Spain.
Las piezas cerámicas obtenidas a partir de polvos de ferritas de composición (Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4 destacan como absorbentes de radiación electromagnética entre las ferritas de Ni-Zn dopadas con Cu, impidiendo interferencias entre dispositivos electrónicos. En un trabajo previo se estableció la metodología para diseñar la etapa de sinterización de un ciclo térmico que permite obtener las piezas cerámicas mencionadas con una microestructura adecuada (elevada densidad relativa y escaso crecimiento de grano) para que presenten unas buenas propiedades electromagnéticas. En este trabajo se ha estudiado la etapa de enfriamiento del mismo ciclo térmico (etapa siguiente a la de sinterización), determinando la influencia que ejerce la velocidad de enfriamiento sobre la densidad relativa en cocido, el tamaño medio de grano y la distribución de tamaños de grano, variando el tiempo de sinterización del ciclo térmico empleado
Palabras clave: ferritas, ciclo térmico, velocidad de enfriamiento.
Thermal cycle for obtaining a Ni-Zn ferrite: (II) Influence of the cooling stage.
Ceramic bodies formed from (Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4 ferrite powders stand out as electromagnetic radiation absorbers among Cu-doped Ni-Zn ferrites, preventing interference between electronic devices. In a preliminary study, a methodology was established for designing the sintering stage of a thermal cycle, which allows the foregoing ceramic bodies to be obtained with the appropriate microstructure (high relative density and little grain growth) to provide them with good electromagnetic properties. The present study examines the cooling stage (i.e. the stage following the sintering stage) of that thermal cycle and the influence of the cooling rate on fired relative density, average grain size, and grain size distribution, varying the sintering time of the thermal cycle used.
Key words:
ferrites, thermal cycle, cooling rate.
105-109
I. QUELLE1, H. GONZÁLEZ-JORGE2, L. ROMANÍ1 y G. DOMARCO1
1Dpto. Física Aplicada, Universidad de Vigo, Facultad de Ciencias, As Lagoas, 32004 Ourense
2Dpto. de Temperatura y Humedad, Laboratorio Oficial de Metroloxía de Galicia,
Parque Tecnolóxico de Galicia, San Cibrao das Viñas s/n, 32901 Ourense
En este trabajo se realiza un estudio de la evolución de corriente en función de la densidad de vórtices atrapados y se presenta una técnica para regular la corriente partiendo del valor crítico, en anillos superconductores de YBCO. Para generar una corriente persistente en los anillos se utiliza un método de tipo inductivo, denominado field cooling, que combinado con campos magnéticos en sentido contrario al inductor permite disminuir la densidad de vórtices atrapados y se logra también disminuir el decaimiento de corriente. Una vez que se ha inducido la corriente crítica en los anillos una zona muy localizada de éstos se calienta hasta que el superconductor alcanza el valor deseado de corriente, lo cual se comprueba mediante la medida de campo magnético con una sonda Hall.
Palabras clave:superconductores, propiedades eléctricas, propiedades térmicas, anillo YBCO
Study and technique for controlling the persistent current in the YBCO superconducting rings.
In this work, a study of the relation between the density of trapped vortices and the current evolution and a technique for controlling the current from its critical value in YBCO rings, are performed. To generate the persistent current in the rings, an inducting technique called field cooling is used. Combining the field cooling technique with magnetic fields in opposite direction to the inducting one, the density of trapped vortices decreases and the current decay also decreases. Then, a part of the sample is heated to decrease the current to the desired value, which is checked using a Hall sensor.
Key words:
superconductors, electric properties, thermal properties, YBCO ring.
110-116
A. Rico, M. A. Garrido, J. Rodríguez
Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales. Universidad Rey Juan Carlos, 28933 Móstoles (Madrid).
En este trabajo se han realizado ensayos de indentación instrumentada sobre dos materiales cerámicos empleando indentadores Berkovich y esférico a diferentes cargas máximas. Se ha determinado su dureza y el módulo de elasticidad a partir del análisis de las curvas carga – desplazamiento con el método de Oliver y Pharr. Se ha observado que los valores de ambas propiedades cambian con el tamaño de la indentación. Sin embargo, estas variaciones dependen de diversos factores como el efecto del tamaño de la indentación, la rigidez del material indentado y la geometría del indentador. Con el fin de acotar el efecto que la deformación del indentador tiene sobre las tendencias observadas, se han realizado simulaciones por elementos finitos del ensayo de indentación sobre un material elástico lineal con las propiedades del material cerámico más rígido estudiado (carburo de Boro) y analizando los casos de indentador rígido y elástico.
Palabras clave: Nanoindentación, propiedades mecánicas, materiales cerámicos
The problem of determining Young´s modulus and hardness of high stiff ceramics by nanoindentation
Sensing indentation tests at different maximum loads were carried out on two crystalline ceramic materials using Berkovich and spherical indenters. Hardness and Young´s modulus were estimated from load – displacement curves through Oliver and Pharr method. Values from mechanical properties change with the penetration depth depending on indentation size, material stiffness and geometry of the indenter. To estimate the indenter deformation effect, finite elements simulations were developed to simulate the indentation process on an elastic material with the properties of the stiffer material (Boron carbide).
Key words:
Nanoindentation, mechanical properties, ceramic materials.
117-121
Shou Peng1
1 (China Triumph International Engineering Company Limited )
Este trabajo presenta una breve recopilación de los desarrollos en curso de la tecnología de vidrio flotado en China, acompañada por una introducción detallada de la situación de la industria y tecnología del vidrio plano en este país. Se cubren los aspectos de líneas de producción, variedad de productos, calidad de los productos, tecnología y nivel de equipamiento, etc. y se hacen algunas predicciones sobre las tendencias de desarrollo e internacionalización de la industria china de vidrio plano.
Palabras clave:vidrio flotado; tecnología; prospectiva.
Present Status and Internationalization Prospect of China Float Glass Technology
This paper gives a brief account on the development course of China float glass technology accompanied by a detailed introduction of the current status of China float glass technology, covering the respects of production line scale, product variety, product quality, technology & equipment level, etc., and makes prospects for internationalized development trend of China flat glass industry.
Key words:
Float glass; Technology; Prospect.
1
1-6
E. MONTERO, M.A. GARCÍA, M.A. VILLEGAS AND J. LLOPIS
Se han obtenido recubrimientos delgados ópticamente sensibles al pH mediante atrapamiento de moléculas de eritrosina B en matrices de sílice obtenidas por sol-gel. Se compara la respuesta espectral de la eritrosina B en solución y atrapada en los recubrimientos de sílice para un intervalo de pH comprendido entre 0,5 y 12. Se observan apreciables diferencias entre ambos tipos de espectros (en solución y en recubrimiento) de la eritrosina B. Los principales cambios aparecen en los espectros de absorción para el intervalo neutro y básico de pH. Además, los recubrimientos dopados con eritrosina B muestran respuestas espectrales frente al pH con efecto de memoria o histéresis. Esto significa, que el espectro de absorción depende del sentido del cambio del pH. De forma análoga se ha visto que los espectros de fotoluminiscencia para la eritrosina B en soluciones tampón dependen del pH, mostrando su máxima respuesta en el intervalo básico de pH. Por el contrario, para la eritrosina B atrapada en los recubrimientos de sílice no se observa señal de fotoluminiscencia.
Se discuten los resultados teniendo en cuenta principalmente, la diferente respuesta óptica de las formas polipróticas de la eritrosina B y sus posibles interacciones con el oxígeno así como con las paredes de los poros de la matriz sol-gel. Además, se considera la presencia de barreras difusionales hacia la molécula que impiden el flujo de protones y otros iones asociados. Se encuentra un buen acuerdo con observaciones previas sobre la baja absorción óptica de las formas poliprótica cationica y neutra de la eritrosina B.
Palabras clave:A. Materiales ópticos, B. Recubrimientos vítreos, C. Química del sol-gel, D. Propiedades ópticas, D. Luminiscencia.
Spectral pH dependence of erythrosin B in sol-gel silica coatings and buffered solutions
Thin coatings optically sensitive against pH are obtained by entrapping erythrosin B molecules in a sol-gel silica matrix. Comparisons between optical spectra of erythrosin B in solutions and those once entrapped in silica coatings are performed for pH ranging from 0.5 to 12.0. Significant differences between both kinds of spectra (solutions and coatings) of erythrosin B are observed. Main changes are displayed in the absorption spectra for neutral to basic pH. Furthermore, the erythrosin B doped coatings show memory effect or hysteresis in their spectral response against pH. This means that absorption spectra depend on the direction of the pH change. Likewise, the photoluminescent spectra of erythrosin B in buffered solutions exhibit pH dependence and a maximized response in the basic pH range. On contrast, no significant photoluminescence from the erythrosin B entrapped in the silica coatings is observed.
Results are mainly discussed on the basis of different optical response of polyprotic forms of erythrosin B and possible interactions between the molecule and oxygen as well as the porous walls of the sol-gel silica matrix. In addition, the presence of diffusional barriers, which hamper the flowing of protons and other associated ions, is taken into account. Good agreement with previous observations about low absorption of polyprotic cationic and neutral forms of erythrosin B is found.
Key words:
A. Optical materials, B. Glassy coatings, C. Sol-gel chemistry, D. Optical properties, D. Luminescence
7-12
J.J. Saura1; K.A. Habib1; C. Ferrer2; M.S. Damra1; I.Cervera1; E. Giménez1; L. Cabedo1
1 Departamento de Ingeniería de Sistemas Industriales y Diseño, Área de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica. Universidad Jaume I: 12071 Castellón.
2 Departamento de Ingeniería Mecánica y de Materiales, UPV- Valencia
En este trabajo se ha estudiado, las fases, las propiedades mecánicas y la resistencia al desgaste abrasivo de recubrimientos cerámicos alumina/titania proyectados por el proceso de oxifuel (spray llama). La proporción de titania tiene una fuerte influencia sobre la porosidad de los recubrimientos, habiéndose observado una disminución casi-lineal de la porosidad con el incremento de titania. Las fases cristalinas que resultan después de la proyección han variado según la naturaleza del polvo y el proceso térmico experimentado. Mientras la dureza obtenida depende sólo del porcentaje en peso de titania, la tenacidad es una función inversa de la dureza, y, la resistencia al desgaste por abrasión es una función creciente con la dureza de los recubrimientos.
Palabras clave:Alúmina–titania; recubrimientos cerámicos. spray llama, propiedades mecánicas, desgaste abrasivo.
Mechanical and tribological properties of alumina/titania coatings deposited by Ooxifuel.
In this paper the porosity, phases, mechanical properties and abrasive wear resistance of ceramic layers of Al2O3/TiO2 deposited using the flame spray process are evaluated.
The proportion of titania has a strong influence on the porosity of the coating, having observed an approximately linear plot decrease with the increasing of titania´s content.
Crystalline phases of the deposited layers changed according to the characteristics of the powder and the thermal process employed. It has been observed that hardness depends only on the titania percentage, also toughness decreases with coatings hardness but resistance to abrasive wear traces an increasing lineal plot with this property.
Key words:
Alumina–titania; ceramic coating, flame spray, mechanical properties, abrasive wear.
13-23
A. BARBA, C. CLAUSELL, M. MONZÓ, J.C JARQUE
Instituto de Tecnología Cerámica. Universitat Jaume I. Castellón. Spain.
Las piezas cerámicas obtenidas a partir de polvos de ferritas de composición (Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4 destacan como absorbentes de radiación electromagnética entre las ferritas de Ni-Zn dopadas con Cu, impidiendo interferencias entre dispositivos electrónicos. En este trabajo se ha establecido una metodología para diseñar la etapa de sinterización de un ciclo térmico, que permite obtener las piezas cerámicas mencionadas con una microestructura adecuada (elevada densidad relativa y escaso crecimiento de grano) para que presenten unas buenas propiedades electromagnéticas.
La metodología establecida consiste, en primer lugar, en determinar las ecuaciones diferenciales que relacionan las velocidades de densificación y de crecimiento de grano con el tamaño medio de grano, la densidad relativa y la temperatura de sinterización, proponiendo en cada caso el mecanismo de difusión controlante de cada una de dichas velocidades. En segundo lugar, la integración simultánea de las dos ecuaciones de velocidad permite obtener la evolución de la densidad relativa y del tamaño medio de grano con el tiempo de sinterización a una temperatura previamente fijada. En tercer lugar, se ha determinado cómo dicha temperatura debe ir disminuyendo con el tiempo de sinterización para que, en cada instante, se mantenga una velocidad de densificación relativamente alta evitando al mismo tiempo que la velocidad de crecimiento de grano provoque un crecimiento irregular y exagerado de los mismos.
Palabras clave: ferritas, ciclo térmico, etapa de sinterización, velocidad de densificación, velocidad de crecimiento de grano.
Thermal cycle for obtaining a Ni-Zn ferrite: (I) Design of the sintering stage.
Ceramic bodies formed from (Cu0.12Ni0.23Zn0.65)Fe2O4 ferrite powders stand out as electromagnetic radiation absorbers among Cu-doped Ni-Zn ferrites, preventing interference between electronic devices. This study establishes a methodology for designing the sintering stage of a thermal cycle, which allows the foregoing ceramic bodies to be obtained with the appropriate microstructure (high relative density and little grain growth) to provide them with good electromagnetic properties.
The methodology consists, first, of determining the differential equations that relate the densification and grain-growth rates to average grain size, relative density, and sintering temperature, proposing the corresponding rate-controlling mass-transfer mechanism in each case. Secondly, the simultaneous integration of the two rate equations allows the evolution of relative density and average grain size with sintering time at a prefixed sintering temperature to be obtained. Thirdly, it is determined how this temperature needs to decrease with sintering time in order constantly to maintain a relatively high densification rate, while concurrently keeping the grain-growth rate from causing irregular and/or exaggerated grain growth.
Key words:
24-28
A. Mosquera1, J.A. Varela2, A. C. Caballero3, J.E. Rodríguez-Paéz1
1 Universidad del Cauca. Calle 5 # 4-70.Popayán – Cauca / Colombia. Tel. 57-8209800 Ext 2410.Fax 57-8209860
2 LIEC. Universidad Estadual Paulista. Instituto de Química. Araraquara – Brasil
3 Dpto. de Electrocerámica, Instituto de Cerámica y Vidrio, CSIC, 28049 Cantoblanco, Madrid, Spain
El óxido de estaño ha despertado gran interés científico y tecnológico por su potencial uso en la obtención varistores. Con el fin de mejorar las propiedades microestructurales y eléctricas que estos dispositivos presentan se viene estudiando el efecto de incorporar diferentes dopantes, entre ellos el TiO2 y la Al2O3. El efecto que estos óxidos tienen sobre el comportamiento de los varistores del sistema Sn-Co-Nb-Ti-Al, obtenidos a través del método de precursor polimérico (Pechini), fue investigado en este trabajo. La materia prima sintetizada se caracterizó utilizando Difracción de Rayos X (DRX) y Microscopía Electrónica de Barrido (MEB). Muestras sinterizadas se caracterizaron microestructural y eléctricamente encontrándose que el TiO2, aparentemente, favorece el crecimiento de grano y la Al2O3 contribuye a la disminución del mismo, efecto que se manifiesta en los varistores con base en Sn-Co-Nb. El campo de ruptura se incrementó hasta los 6300V/cm al aumentar el contenido de Al2O3 y se obtuvieron coeficientes de no-linealidad de 22.
Palabras clave:Varistores; SnO2; dopantes; Al2O3; TiO2.
Influence of TiO2 and Al2O3 on the electrical and microstructural properties of SnO2 ceramics obtained by the Pechini method
Tin oxide has wakened up great scientific and technological interest for its potential use in varistors production and as gas sensor. In order to improve the microstructural and electrical properties in SnO2 varistor ceramics, the influence of differents dopants used, like TiO2 and Al2O3, is under research. The effect of TiO2 and Al2O3 on the properties of Sn-Co-Nb varistor systems obtained by the Pechini method has been investigated in this work. Characterization of synthesized raw material was performed by X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electronic Microscopy (SEM). The microstructural and electrical characterization of sintered samples show that the TiO2 favors the grain growth and the Al2O3 contributes to the decrease it, effect that is manifested in the Sn-Co-Nb varistor systems. Breakdown field increase up to 6300V/cm with increasing Al2O3 content and non-linear coefficients with α=22 were obtained.
Key words:
Varistors; SnO2; Dopants; Al2O3; TiO2.
29-34
MIGUEL ÁNGEL AGUILAR-GONZÁLEZ a,b ALEXANDER GOROKHOVSKY a
ALFREDO AGUILAR-ELGUEZABAL b, JOSÉ IVÁN ESCALANTE-GARCÍA a
a Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Unidad Saltillo, Coahuila, México
b Centro de Investigación en Materiales Avanzados, Chihuahua México
Se fabricaron materiales cerámicos porosos con una composición de 42,5-48,5% polititanato de potasio (sintetizado en sales fundidas), 1,5-7,5% de vidrio SiO2-B2O3–R2O-Al2O3 y 50% de almidón de patata. Las muestras se obtuvieron por extrusión de las pastas, secado y sinterizado a 1100 ºC. La caracterización estructural de los materiales se realizó por microscopía óptica y electrónica, difracción de rayos X, métodos de porosimetría por intrusión de mercurio y de adsorción/desorción de nitrógeno sobre la superficie del sólido (BET). La relación óptima del contenido de polititanato de potasio: vidrio fue de 9:1, en base a los mejores resultados de resistencia mecánica. El vidrio funciona como ligante cerámico y participa en la modificación de la estructura del titanato de potasio fibroso obtenido durante la sinterización; la presencia de vidrio transforma la estructura del tetratitanato de potasio, obtenido sin vidrio, en una estructura similar al hexatitanato de potasio. Se encontró que el material sinterizado presenta una superficie específica considerable (1,24 m2/g), poros de transporte con diámetro promedio de 35μm y meso-poros con diámetro promedio de 2,3 nm. Además, el material producido tiene buenas propiedades de adsorción de metales pesados como el Pb y puede recomendarse como un adsorbente comercial.
Palabras clave:Material adsorbente, titanato de potasio, sinterización, cerámica porosa
Synthesis and characterization of ceramic adsorbents based on potassium polytitanates and SiO2-B2O3-R2O-Al2O3 glass
Porous ceramic materials based on 42.5-48.5 potassium polytitanate (obtained by molten salt synthesis), 1.5-7.5 SiO2-B2O3–R2O-Al2O3 glass and 50 potato starch, were produced by extrusion of the pastes, which were further dried and sintered at 1100 ºC. The structural characterization of the ceramic materials was carried out by optical and electron microscopy, X-ray diffraction and methods of nitrogen adsorption and mercury intrusion porosimetry. The optimal weight ratio of the potassium polytitanate:glass was 9:1, which was selected based on the highest compressive mechanical of the materials produced. During the sintering process, the presence of the glass promotes the binding of fibrous potassium titanate crystals and favors modification of their structure from potassium tetratitanate (obtained without glass admixtures) to a structure similar to potassium hexatitanate. It is shown that the produced ceramic materials have a high internal surface area (1.24 m2/g) and, in addition to the transport pores with average diameter of 35μm, have meso-pores with an average diameter of 2.3 nm. The developed material showed high capability of adsorption of heavy metals like Pb and could be recommended as a highly efficient adsorbent.
Key words:
Adsorbents, potassium titanate, sintering, porous ceramics
35-43
M. MONZÓ1, A. FERNÁNDEZ-JIMÉNEZ2, M. VICENT1, A. PALOMO2, A. BARBA1
1Instituto de Tecnología Cerámica. Asociación de Investigación de las Industrias Cerámicas. Universitat Jaume I, Castellón.
2Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC), Madrid.
El objetivo del presente trabajo es determinar el efecto que la cantidad de sílice soluble presente en la disolución activadora (relación molar SiO2/Na2O entre 0 y 0.69) y la temperatura de curado (85ºC, 150ºC y 200ºC) ejercen sobre las propiedades físico-mecánicas y las características mineralógicas y microestructurales de los productos formados por activación alcalina de metacaolín. Para ello se determinaron los valores de resistencia mecánica a compresión de los materiales objeto de estudio y se realizó un estudio mineralógico y microestructural de los mismos por DRX, SEM-EDX, 29Si RMN-MAS y porosimetría de mercurio.
Los resultados obtenidos muestran que la resistencia mecánica del material guarda una estrecha relación con la naturaleza, microestructura y composición química de los productos de reacción así como con las condiciones de curado. En todos los casos se genera, como principal producto de reacción, un polímero inorgánico alcalino con propiedades cementantes (gel N-A-S-H) responsable, en mayor medida, de las propiedades mecánicas del material. Como productos secundarios se forman algunas zeolitas cuya proporción y tipo (sodalita, zeolita A, faujasita, …) dependen tanto de la naturaleza del activador como de las condiciones de curado. La presencia de sílice soluble en la disolución activadora conduce a la formación de geles con una mayor relación Si/Al y a la ralentización de la zeolitización, factores, ambos, con un efecto positivo sobre la resistencia mecánica. Con respecto a la temperatura de curado, existe un valor umbral, en función de la composición del material, a partir del cual un incremento en dicha temperatura deja de tener efectos positivos sobre la evolución de la resistencia mecánica.
Palabras clave:Metacaolín, activación alcalina, SEM-EDX, 29Si RMN-MAS, porosimetría de mercurio.
Alkaline activation of metakaolin. Effect of the soluble silicate addition and curing temperature
This study has been undertaken to determine the effect that the soluble silica content in the activating solution (molar ratio SiO2/Na2O between 0 and 0.69) and curing temperature (85ºC, 150ºC, and 200ºC) have on the physico-mechanical properties and mineralogical and microstructural characteristics of products formed by alkaline activation of metakaolin. The compression strength of the materials obtained was determined and a mineralogical and microstructural study of these materials was conducted by XRD, SEM-EDX, 29Si MAS-NMR, and mercury porosimetry.
The results show that the mechanical strength of the material is closely related to the nature, microstructure, and chemical composition of the reaction products, as well as to the curing conditions. In all cases, the main reaction product that forms is an inorganic alkaline polymer with cementing properties (N-A-S-H gel), which is largely responsible for the mechanical properties of the material. Some zeolites form as by-products, whose quantity and type (sodalite, zeolite A, faujasite, etc.) depend on the nature of the activator and the curing conditions. The presence of soluble silica in the activating solution leads to the formation of gels with a larger Si/Al ratio and slower zeolitisation, these both being factors with a positive effect on mechanical strength. The curing temperature exhibits a threshold value that depends on the composition of the material, beyond which an increase in curing temperature ceases to positively affect the evolution of the material’s mechanical strength.
Key words:
Metakaolin, alkaline activation, SEM-EDX, 29Si MAS-NMR, mercury porosimetry.
44-56
J. IGEA 1, P. LAPUENTE 1, M. E. SAIZ 2 F. BURILLO2, J. BASTIDA 3, J. PÉREZ-ARANTEGUI 4
1 Departamento de Ciencias de la Tierra, Facultad de Ciencias. Universidad de Zaragoza.
2 Departamento de Ciencias de la Antigüedad. Facultad de Ciencias Sociales y Humanas de Teruel. Universidad de Zaragoza.
3 Departamento de Geología. Universidad de Valencia.
4 Departamento de Química Analítica, Facultad de Ciencias. Universidad de Zaragoza.
El objeto de este trabajo es la caracterización arqueométrica de la producción cerámica en un conjunto de 5 alfares celtibéricos ubicados en el Sistema Ibérico Central. En estos talleres, cuya cronología de funcionamiento se centró en los siglos III-II a. C., se fabricaban cerámicas finas a torno que han sido agrupadas en vajilla de almacenaje/transporte, vajilla de servicio y vajilla de mesa. El estudio arqueométrico se ha dirigido a la caracterización de sus diferentes pastas cerámicas desde un punto de vista mineralógico, textural y químico, con el propósito de crear grupos de referencia de cada alfar y establecer los procesos tecnológicos empleados en su manufactura. Las muestras fueron analizadas mediante microscopía óptica convencional (MO), difracción de rayos X (DRX), análisis textural por tratamiento digital de imágenes y análisis químico mediante espectrometría de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo (ICP-AES). Los resultados obtenidos a partir de las distintas técnicas utilizadas han llevado a la distinción de 8 tipos de pastas. Las arcillas utilizadas como materia prima en todos los centros productores, fueron de composición illítica-moscovítica con inclusiones naturales de litología y tamaño variables, previamente trituradas. Salvo en uno de los yacimientos estudiados, las diferencias reconocidas entre las pastas de un mismo yacimiento parecen obedecer a la distinta manipulación de las arcillas de una misma materia prima. Las fases minerales detectadas y las observaciones microscópicas han servido para estimar las condiciones de cocción de dichas pastas.
Palabras clave:Arqueometría, cerámica celtibérica, alfares, materia prima
Archaeometric study of five Celtiberian pottery production centres from Central Iberian’s Chain.
The aim of this work is the archaeometric characterization of pottery production related with five local Celtiberian production centres from the Central Iberian’s Chain. In these potter’s workshops dated from the third to the second centuries BC, have been made wheel’s pottery grouped in three main types of vessels: storage/transport, service and table. The main goal of this research is to characterize different ceramic pastes from a mineralogical, textural and chemical point of view, with the purpose to form reference groups from each production centre and to establish the technology of manufacture. The samples have been analysed using optical microscopy (OM), X-ray diffraction (XRD), textural analysis by means of an image digitalization system and chemical analyses by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES). The results derived have allowed the recognition of eight different ceramic fabrics. All production centres used a mud clay raw material of illite-muscovite composition with very fine natural crushed inclusions of variable lithology. With the exception of one centre, the differences showed between pastes from the same atelier may be due to different manipulation of the same raw material. The minerals phases detected and microscopic observations have permitted to estimate fire conditions for the analyzed pastes.
Key words:
Archaeometry, Celtiberian pottery, production centres, raw material.
57-80
E. Tortajada Esparza*, D. Gabaldón Estevan*, I. Fernández de Lucio*
*Instituto de Gestión de la Innovación y del Conocimiento – INGENIO (CSIC – UPV)
El distrito industrial de Castellón se caracteriza por un gran dinamismo fundamentado en la innovación tecnológica, tanto de proceso como de producto, cuyo origen está básicamente en sus proveedores (1), la industria de equipamiento mecánico y la industria de fritas, esmaltes y colores cerámicos. En este artículo se analiza la situación actual de la industria de fritas, esmaltes y colores cerámicos española, atendiendo además a la situación de su mayor competidor europeo, Italia. Se describe también la formación y desarrollo de la industria en el entorno del distrito cerámico de Castellón y de su sistema de innovación, se analizan, asimismo la actividad en I+D e innovación así como los hitos tecnológicos que le han llevado a ocupar un liderazgo mundial. El análisis realizado identifica los retos frente a los que el subsector y, en general, el sistema de innovación cerámico necesitan reaccionar, cooperando, con el fin de mantener el liderazgo del distrito cerámico. La globalización implica nuevos comportamientos y uno de los más importantes es el aumento de la cooperación entre los actores del sistema de innovación.
Palabras clave: cerámica, esmaltes, innovación tecnológica, distrito industrial, sistema de innovación.
The technological evolution of the Castellón ceramic tile district: the contribution of the frit, glaze and colour industry
The industrial district of Castellon is characterized by a great dynamism based on technological innovation, both product and process, the origins of which are to be found on its providers (1), the machinery industry and the frit, glaze and colours industry. In this paper the current situation of the frit, glaze and colour industry is analyzed, accounting also for the situation of its main European competitor in Italy. The formation and development of the industry is also described in relation to the industrial district and the innovation system where it belongs, together with the R&D activity, the innovation activity, and the main technological milestones that have made it become the world leader. The analysis shows the challenges to which this subsector, and more generally, the tile innovation system need to react to, by means of cooperation, in order to maintain the tile district leadership. Globalization implies new behaviours and one of the most relevant is the increase of cooperation among the different actors in the innovation system. .
Key words:
ceramic tiles, glazes, technological innovation, industrial district, innovation system.