Abstract
We have studied the influence of the yttrium oxide (Y2O3) dopant (1 and 2 mol %) on the phase composition, structure, and electrical properties of ZrO2–9 mol % Sc2O3 solid solution. Stabilization of ZrO2 jointly with 9 mol % Sc2O3 and 2 mol % Y2O3 is shown to allow the acquisition of high phase stability transparent homogeneous crystals with a cubic structure. Their mechanical grinding is established to cause no change in the phase composition of these crystals, whereas the powders retain the initial fluorine structure. The powders preserved the original structure of the fluorite crystals. All the probed crystals reveal high microhardness and low fracture toughness. Increasing the Y2O3 concentration in the crystals led to a reduction of the maximum loads on the indenter, which the sample withstood without cracking. As is shown, the specific conductivity exhibits nonmonotonic behavior depending on the Y2O3 concentration in the crystals. Increasing the Y2O3 content to 2 mol % in the solid electrolyte reduces the conductivity of the crystals in the entire temperature range that is attributed to a decrease in the carrier mobility due to the increasing ion radius of the stabilizing ion.
Highlights
We have studied the influence of dopant Y2O3 oxide (1 and 2 mol.%) on the phase composition, structure and electrical properties of the ZrO2 — 9 mol.% Sc2O3 solid solution
We have shown that stabilization of ZrO2 jointly with 9 mol.% Sc2O3 and 2 mol.% Y2O3 allows one to obtain transparent homogeneous crystals with a cubic structure which have a high phase stability
Mechanical grinding of these crystals did not lead to a change in the phase composition of the powders
Summary
Монокристаллы твердых растворов были выращены направленной кристаллизацией расплава в холодном контейнере. Рост кристаллов осуществляли на установке «Кристалл−407» в холодном контейнере диаметром 130 мм при скорости роста 10 мм/ч. Скорость охлаждения слитка закристаллизованного расплава от температуры расплава (~3000 °С) до 1000 °С составляла от 180 до 2000 °С/мин, а далее до комнатной температуры — от 180 до 250 °С/мин. Из выращенных кристаллов вырезали образцы для исследования размером (10 × 10 × 2 мм3), не содержащие трещин. Химический состав кристаллов определяли рентгеноспектральным методом на электронном сканирующем микроскопе JEOL 5910 LV. Фазовый состав образцов контролировали методами спектроскопии комбинационного рассеяния (КРС) на рамановском микроскопе−спектрографе Renishaw inVia и методом рентгеновской дифрактометрии на дифрактометре Bruker D8, при использовании СuKα−излучения. Структуру кристаллов исследовали методом просвечивающей электронной микроскопии с помощью микроскопа JEM 2100 при ускоряющем напряжении 200 кВ. Для утонения образца использовали ионное травление с помощью установки PIPS II. Сопротивления электролитов рассчитывали из полученных импедансных спектров, далее вычисляли удельную электропроводность кристаллов
Sign-in/Register to view highlights & summary Sign-in/Register to access full text options 
Talk to us
Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have
Schedule a callDisclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.
