ÁREA: Materiais
TÍTULO: SÍNTESE PELO MÉTODO PECHINI DA ZIRCÔNIA DOPADA COM CÉRIO E NEODÍMIO
AUTORES: ANDRADE, I. M (UFRN) ; LIMA, U. R. (UFRN) ; NASAR, M.C. (UFRN) ; NASAR, R. S. (UFRN) ; PESSOA, R. C. (UFRN)
RESUMO: Foram sintetizadas cinco composições diferentes de zircônia (ZrO2, 0,84% CeO2, 2% CeO2, 10% CeO2 e 5% CeO2/5% Nd2O3) com o uso do método Pechini. Os pós foram estudados por análise termogravimétrica, análise térmica diferencial e difração de raios X, com a aplicação do refinamento de Rietveld. Todas as composições estabilizaram 100% de fase tetragonal.
PALAVRAS CHAVES: palavras-chaves: método pechini, zircônia, cério.
INTRODUÇÃO: A zircônia é um material cerâmico que apresenta três fases: monoclínica, tetragonal e cúbica. A estrutura monoclínica é estável em temperatura ambiente e as estruturas tetragonal e cúbica só ocorrem a altas temperaturas, mas com o arrefecimento a estrutura retorna a estrutura monoclínica, ocorrendo uma expansão de cerca de 3 a 5% na cela unitária, ocasionando trincas no sólido [1]. A adição de alguns elementos químicos na rede cristalina da zircônia irá resultar em uma única fase tetragonal da estrutura [2] denominada policristais de zircônia tetragonal (TZP). De acordo com a literatura o cério possui a propriedade de estabilizar a zircônia nas estruturas tetragonal e/ou cúbica em temperatura ambiente [3], os átomos de cério substituem posições de zircônio se difundindo pela rede cristalina. O dopante age como agente estabilizador local, gerando um campo cristalino [4]. O método químico usado foi dos precursores poliméricos baseado no processo Pechini. A síntese consiste na formação de quelatos orgânicos a partir de citratos metálicos. O método foi aplicado para a síntese de zirconia dopada com cério mostrando o efetivo preparo da zircônia com as estruturas tetragonal e cúbica.
MATERIAL E MÉTODOS: Os sistemas foram sintetizados estequiometricamente com o uso do método Pechini de obtenção de pós. Inicialmente foi dissolvido uma determinada quantidade de ácido cítrico à frio em água destilada, e aquecido a 70C sob agitação. Em seguida foi adicionado a esta solução o butóxido de zircônio gota a gota sob agitação constante a uma temperatura de 90C. Nesta etapa ocorreu a reação de complexação do metal com o ácido cítrico, formando o citrato de zircônio (quelato). Após solução límpida e homogênea foi adicionado por gotejamento o etilenoglicol, ocorrendo desta forma a esterificação (formação da resina de zircônio). Para a reparação dos sistemas foram adicionados a resina de zircônio, sob agitação, uma solução de sulfato de cério e nitrato de neodímio, deixando homogeneizar por uma hora a 85ºC. O polímero foi pirolisado em forno nas temperaturas 350°C/3h e 30 min, 700 e 900C/3h. As amostras foram então caracterizadas por análise termogravimétrica, análise térmica diferencial e difração de raios X, com a aplicação do refinamento de Rietveld.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A figura 1 mostra a curva TGA para os cinco sistemas a 350°C/3h e 30 minutos a primeira perda de massa ocorreu entre 50°C e 120°C, sendo atribuída à saída de água residual adsorvida no sistema. A segunda perda ocorreu entre 300°C e 470°C, correspondendo à decomposição do resíduo orgânico em conseqüência da quebra das unidades C-H, provenientes das ligações entre polímeros (ligações cruzadas). A terceira perda entre 470°C e 740°C está relacionada à decomposição das cadeias de citratos com ligações C-C. A quarta perda ocorreu acima de 740°C referente à degradação oxidativa do polímero e à mineralização do material com a formação dos óxidos. A curva DTA, figura 2, mostra o comportamento dos eventos térmicos para os cinco sistemas a 350°C/3h e 30 minutos relativos a saída de água adsorvida e estrutural, decomposição das resinas poliméricas e picos atribuídos possivelmente a à redução de íons Ce+4/Ce+3 na estrutura da zircônia. A figura 3 mostra os difratogramas de raios X dos cinco sistemas calcinados nas temperaturas de 350°C/3h e 30 minutos, 700°e 900°C/3h. Com o aumento da temperatura mostrou a presença predominante da fase tetragonal da zircônia por meio da técnica de refinamento de Rietveld, obtendo um tamanho de cristalito para o valor máximo de 38,9 nm para a fase tetragonal a 900°C/3h.
CONCLUSÕES: Uma análise geral do estudo realizado para os cinco sistemas mostraram que com a adição do íon cério conhecido como estabilizante da zircônia e o neodímio formador da solução sólida, levaram a formação da estrutura tetragonal com uma baixa da temperatura de calcinação, observada por DRX. A estabilização da zircônia ocorre devido a substituições de posições do íon zircônio por íons de cério e neodímio na rede cristalina da zircônia.
AGRADECIMENTOS: Os autores deste trabalho agradecem ao Programa de Pós Graduação em Química.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: [1] - BOKHIMI, X.; MORALES, A.; GARCIA-RUIZ, A.; XIAO, T. D.; CHEN, H.; STRUTT, P. R. “Transformation of Yttrium-Doped Hydrated Zirconium into Tetragonal and Cubic Nanocrystalline Zirconia”. J. Sol. Stat. Chem., 142, 409-418 (1999). [2] - YASHIMA, M.; OHTAKE, K.; KAKIHANA, M.; YOSHIMURA, M. “Synthesis of Metastable Tetragonal (t’’) Zirconia-Ceria Solid Solutions by the Polimerized Complex Method”. J. Am. Ceram. Soc. 77, 10, 2773-2776 (1994). [3] - SANCHEZ E.V.; FERNANDEZ, L.E.; PANIZZA,M.; RESINI,C.; ALLARDO&UNKNOWN;AMORES, J.M.; BUSCA, G. “Characterization of cubic ceria–zirconia powders by X-ray diffraction and vibrational and electronic spectroscopy”. Sol. Sta. Sci. 1369–1376, 5 (2003). [4] – BECHEPECHE, A.P.; TREU JR., O.; LONGO, E.; PAIVA-SANTOS, C.O.; VARELA, J.A.“ Experimental and theoretical aspects of the stabilization of zirconia”. Journal of Mater. Sci. 2751-2756, 34 (1999).
