Structural, mechanical, and electrochemical properties of Ceria doped Scandia stabilized Zirconia

Abstract

The properties of Ceria doped Scandia Stabilized Zirconia (1Ce10ScSZ) nano-powder produced in Ukraine (Ukr, VMMP) are compared to the properties of commercial ones produced by Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo (DKKK, Japan) and Praxair (USA). In comparison to DKKK and Praxair, the Ukr nano-powder demonstrated the smallest size of the particles ranging from 20 to 50 nm. The bending strength of the isostatically pressed samples made of Ukr powder was 100–120 MPa similar to that of Praxair. The bending strength of DKKK was lower (50–100 MPa) depending on the isostatic pressure. The biaxial strength of uniaxially pressed samples was the highest for DKKK (375 MPa) decreasing to 250 MPa for Ukr and 220 MPa for Praxair. Among three tested samples, the highest electric conductivity measured at 700 °C was found for Ukr electrolyte.

Вивчено й порівняно властивості нанопорошків двоокису цирконію, стабілізованого двоокисами церію та скандію 1Ce10ScSZ, які виготовлено в Україні на Вільногірському державному гірничо-металургійному комбінаті (ВДГМК), в Японії компанією «Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo» (DKKK) та в США компанією «Praxair». Порівняно з порошками виробництва DKKK та «Praxair» порошок виробництва ВДГМК (позначено як «Ukr») має найменший розмір частинок в інтервалі 20-50 нм. Міцність зразків, виготовлених із порошку «Ukr» із використанням ізостатичного пресування, становить 100-120 МПа при згині та є подібною до міцності порошку виробництва «Praxair». Міцність зразків виробництва DKKK менша (50-100 МПа) й залежить від ізостатичного тиску. Міцність одновісно пресованих зразків найвища в порошку DKKK (375 МПа), у зразках «Ukr» і «Praxair» вона становить відповідно 250 МПа та 220 МПа. Із-поміж трьох досліджених серій зразків найвищу електричну провідність при 700 °С мали електроліти, виготовлені з порошку «Ukr».

Были изучены и сравнены свойства нанопорошков двуокиси циркония, стабилизированного окислами церия и скандия 1Ce10ScSZ, которые произведены в Украине на Вольногорском государственном горно-металлургическом комбинате (ВГГМК), в Японии компанией «Daiichi Kigenso Kagaku Kogyo» (DKKK) и в США компанией «Praxair». В сравнении с порошками производства DKKK и «Praxair» у порошка производства ВГГМК (обозначен как «Ukr») наименьший размер частиц в интервале 20–50 нм. Прочность образцов, изготовленных из порошка «Ukr» с использованием изостатического прессования, составляет 100–120 МПа при изгибе и подобна прочности образцов из порошка производства «Praxair». Прочность образцов из порошка DKKK меньше (50–100 МПа) и зависит от давления изостатического прессования. Прочность одноосно прессованных образцов наиболее высока (375 МПа) у порошка DKKK, в образцах «Ukr» и «Praxair» она составляет соответственно 250 МПа и 220 МПа. Из трех испытанных серий образцов самая высокая электропроводность при 700 °С была у электролитов, изготовленных из порошка «Ukr».