Тип публикации: статья из журнала
Год издания: 2026
Идентификатор DOI: 10.31772/2712-8970-2026-27-2-354-372
Ключевые слова: zirconium dioxide, chemical precipitation, microstructure, phase composition, ionic conductivity, диоксид циркония, химическое осаждение, микроструктура, фазовый состав, ионная проводимость
Аннотация: This paper examines how precipitation pH affects the phase stability, microstructure, and electrochemical characteristics of solid electrolytes based on zirconia stabilized with 5 mol.% yttria (5 YSZ), which we synthesized by chemical coprecipitation. We obtained precursors under three pH conditions (acidic pH < 2, near-neutral pH Показать полностью= 3-7, and alkaline pH > 10) using nitrate salts and NH4OH as a precipitant. We characterized the products by SEM, X-ray diffraction, Raman, and IR spectroscopy, as well as DC conductivity measurements. The results demonstrate that precipitation pH critically determines the homogeneity of Y3+ ion distribution in the precursor. Acidic conditions hinder yttrium coprecipitation, resulting in pronounced segregation of the elements and a high content of the monoclinic phase after calcination and milling. Alkaline conditions ensure quantitative precipitation but cause partial compositional fluctuations and severe agglomeration, so they necessitate intensive milling, which induces lattice deformations and phase transformations. Near-neutral conditions (pH 5-6) promote homogeneous coprecipitation of Zr4+ and Y3+ ions, forming precursors with a uniform element distribution and weakly agglomerated particles. This homogeneity ensures the complete removal of coordinated hydroxyl groups during heat treatment, maintaining a high concentration of oxygen vacancies and the stability of the tetragonal phase. Ceramics that we sintered from powder obtained under neutral conditions achieve relative density (98.7%) and ionic conductivity (36.4 mS/cm at 850 °C). Solid oxide electrolytes based on stabilized zirconium dioxide function widely as materials for parameter control sensors (oxygen sensors in propulsion systems) and also serve as the basis for the creation of solid oxide fuel cells. В работе исследовано влияние pH осаждения на фазовую стабильность, микроструктуру и электрохимические характеристики твердых электролитов на основе диоксида циркония, стабилизированного 5 мол.% оксида иттрия (5 YSZ), синтезированных методом химического соосаждения. Прекурсоры были получены при трех режимах pH (кислом pH < 2, близком к нейтральному pH = 3-7 и щелочном pH > 10) с использованием нитратных солей и NH4OH в качестве осадителя. Продукты исследовали методами СЭМ, РФА, рамановской и ИК-спектроскопии, измерения проводимости на постоянном токе. Результаты показывают, что pH осаждения критически определяет гомогенность распределения ионов Y3+ в прекурсоре. Кислые условия препятствуют соосаждению иттрия, что приводит к выраженной сегрегации элементов и высокому содержанию моноклинной фазы после прокаливания и измельчения. Щелочные условия обеспечивают количественное осаждение, но вызывают частичные флуктуации состава и сильную агломерацию, что требует интенсивного измельчения, которое индуцирует деформации решетки и фазовые превращения. Условия, близкие к нейтральным (pH 5-6), способствуют гомогенному соосаждению ионов Zr4+ и Y3+, формируя прекурсоры с равномерным распределением элементов и слабоагломерированными частицами. Такая гомогенность обеспечивает полное удаление координированных гидроксильных групп в процессе термообработки, сохраняя высокую концентрацию кислородных вакансий и стабильность тетрагональной фазы. Керамика, спеченная из порошка, полученного в нейтральных условиях, достигает значений относительной плотности (98,7 %) и ионной проводимости (36,4 мСм/см при 850 °C). Твердые оксидные электролиты на основе стабилизированного диоксида циркония находят широкое применение в качестве функциональных материалов для датчиков контроля параметров (кислородные датчики в двигательных установках), а также являются основой для создания твердооксидных топливных элементов.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал
Выпуск журнала: Т.27, №2
Номера страниц: 354-372
ISSN журнала: 27128970
Место издания: Красноярск
Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева