DE1592422A1 - Verfahren zur Waermebehandlung von stabilisiertem Zirkoniumoxid - Google Patents

Verfahren zur Waermebehandlung von stabilisiertem Zirkoniumoxid

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DE1592422A1 DE19661592422 DE1592422A DE1592422A1 DE 1592422 A1 DE1592422 A1 DE 1592422A1 DE 19661592422 DE19661592422 DE 19661592422 DE 1592422 A DE1592422 A DE 1592422A DE 1592422 A1 DE1592422 A1 DE 1592422A1
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Description

Verfahren zur Wärmebehandlung Ton stabilisiertem Zirkoniumoxid
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung Ton ionenleitendem Zirkoniumoxid, das mit Caloiumoxid stabilisiert ist.
Je naoh dem endgültigen Verwendungszweck wurde bisher Zirkoniumoxid zur Erzielung τοη entsprechenden physikalischen Eigensohaften verschiedenartigen Wärmebehandlungen unterworfen.
Bestimmte Arten τοη stabilisiertem Zirkoniumoxid wurden bisher als Feststoffelektrolyt in elektrischen Elementen verwendet. Die Lebensdauer τοη Elementen mit einem Elektrolyten aus stabilisiertem Zirkoniumoxid ist jedoch begrenzt, da die Ionenleitfähigkeit τοη stabilisiertem Zirkoniumoxid im Laufe der Zeit abnimmt. 009851/1629 _-*
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, stabilisiertes Zirkoniumoxid zu sohaffen, dessen Ionenleitfähigkeit bei Verwendung als Feststoffelektrolyt in eines elektrischen Element möglichst wenig abnimmt.
Zirkoniumoxid wird durch Zusatz ron 10 - 20 Molprozent Caloiusioxid Tollstäntig stabilisiert. Vorzugsweise werden 14,2 Molprozent Caloiusioxid zugesetzt.
Die Ionenleitfähigkeit τοη mit Calciumoxid stabilisierte« Zirkoniuaoxid nimmt !■ Laufe der Zeit ab, wobei die größten Änderungen der Ionenleitfähigkeit bei Temperaturen zwischen 950 und 10000C auftreten. Dieses Altern hängt jedoch τοη der thermisohen Vorbehandlung des Zirkoniuaoxidβ ab. Mit dem Verfahren nach der Erfindung lassen sich nun Änderungen in der Ionenleitfähigkeit τοη stabilisierte» Zirkoniumoxid kontrollieren.
Zirkoniumoxid, das mit lh,2 Molprezent Calciumoxid stabilisiert ist, weist zur Zeit t einen spezifischen Widerstand gegen Ionenleitung auf, der gleich dem Produkt des spezifischen Widerstandes zur Zeit 0 und der Quadratwurzel τοη t ist.
Die Zeichnung zeigt den spezifischen Widerstand τοη mit IA,2 Molprozent Calciumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid in Abhängigkeit τοη der Zeit.
Nach der vorliegenden Erfindung wurden Proben τοη mit
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Calciumoxid stabilisiert·* Zirkonium zur Verminderung der Alterungsersoheinungen einer GlUhbehandlung unterworfen, bei welcher da· stabilisierte Zirkoniumoxid eine Stunde lang auf ungefähr 14000C erwärmt wurde. Auf diese Weise geglüht·« stabilisiertes Zirkoniumoxid wird als rohes stabilisiertes Zirkoniumoxid bezeichnet. Bei der einstündigen Glühbehandlung bei HOO0C handelt es sich um die berorzugte GlUhbehandlung. Auoh jede GlUhung bei einer Temperatur ren über 14000C1 die auoh kUrzer als eine Stunde dauern kann, kann zur Herstellung von rohem mit Calciumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid rerwendet werden.
Es hat sich herausgestellt, da0 durch eine nachfolgende GlUhbehandlung die Beständigkeit des stabilisierten Zirkoniumoxids gegen Veränderungen der Ionenleitfähigkeit rerbessert werden kann. FUr die nachfolgende GlUhbehandlung ist eine Temperatur im Bereich von 1000 - 1300°C kritisch. Die GlUhbehandlung sollte mindestens dreiuig Stunden dauern. Vorzugsweise wird die nachfolgende GlUhung bei einer Temperatur ron 1250 1260°C dreißig Stunden lang durchgeführt. Bei höheren Temperaturen rerkUrzt sich natürlich die GlUhzeit entsprechend.
In der Zeichnung zeigt die Kurve A das normale Verhalten einer polykristallinen Probe bei iOOO°C, die vorher zur Verringerung des Alterns ungefähr eine Stunde lang bei 1400°C geglüht worden ist. Die Kurve B zeigt das Verhalten fUr eine ähnliche polykristalline Probe bei 125O0C, die vorher ungefähr eine Stunde lang bei 1400°C geglUht worden ist. Aus der Kurve C
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ist das verbesserte Verhalten einer polykristallinen Probe bei 100O0C ersichtlich, die ungefähr eine Stunde lang bei 14000C und nachfolgend bei 125O°C 160 Stunden lang geglüht worden ist.
In der Zeichnung ist auf der Ordinate das Verhältnis des spezifischen Widerstandes zur Zeit t zum spezifischen Widerstand zur Zeit 0 angeführt. RhoQ bezeichnet den spezifischen Widerstand zur Zeit 0 nach der Glühbehandlung bei i*»00°C. Rho bezeichnet den spezifischen Widerstand zur Zeit t, gemessen vom Beginn der Anwendung der angegebenen Temperatur.
Da die Lebensdauer eines elektrischen Elementes mit einem Feststoffelektrolyten von der Abnahme der Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten abhängt, kann also bei Verwendung eines nach dem Verfahren der Erfindung behandelten stabilisierten Zirkoniumoxids eine wesentliche Verlängerung der Lebensdauer erzielt werden, wie aus Vergleich der Kurven A und C ersichtlich ist.
Das Verfahren nach der Erfindung zur Wärmebehandlung von mit Calciumoxid stabilisiertem Zirkoniumoxid kann sowohl an einkristallinem als auch an polykristallinem Material durchgeführt werden, das durch Plasmasprühen und Sintern von mit Calciumoxid stabilisertem Zirkoniumoxid hergestellt worden ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprü oh e
    1. Verfahren zur Wärmebehandlung τοη τοIlständig stabilisiertem Zirkoniumoxid zwecks Steuerung der Anstiegsrate des spezifischen Ionenleitungswiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß Tollständig stabilisiertes Zirkoniumoxid zur Erzeugung τοη rohem stabilisiertem Zirkoniumoxid erwärmt wird und bei 1100 - 1300°C wenigstens dreißig Stunden lang eine Wiedererwärmung durchgeführt wird.
    2. Verfahr«nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß di· Wiedererwärmung bei 1250 - 126O°C wenigstens dreißig Stunden lang durchgeführt wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einkristall aus rollständig stabilisiertem Zirkoniumoxid ungefähr eine Stunde lang bei 1400°C zur Erzeugung τοη rohem stabilisiertem Zirkoniumoxid erwärmt wird und bei 12500C wenigstens dreißig Stunden lang eine Erwärmung durchgeführt wird.
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    h. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß TOlletändig stabilisiertes polykristallinen Zirkoniumoxid ungefähr eine Stunde lang bei 1400°C zur Erzielung ron rohes stabilisiertem Zirkoniumoxid erwärmt und bei 1200°C l60 Stunden lang noohmals erwärmt wird.
    5. Verfahren naoh irgendeinem der rorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafl 10 - 20 Molprozent Calciumoxid enthaltendes Zirkoniumoxid rerwendet wird.
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US2910371A (en) * 1953-09-29 1959-10-27 Eugene I Ryschkewitsch Stabilization of zirconia
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BE634204A (de) * 1962-06-27 1900-01-01

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