Preparation and Properties of Zirconia-based Electrolytes from m-Zirconia and Yag Sol

m-지르코니아와 Yag 졸로부터 지르코니아계 전해질 제조 및 물성

Attempts were made to improve mechanical properties of zirconia-based electrolyte by preparing yttria-stabilized cubic zirconia/alumina composite. It was performed by precipitating Yag precursor in aqueous m-zirconia slurry. The powder was separated and then followed by heat treatment with expecting yttria to react with m-$ZrO_2$ to give yttria stabilized zirconia and alumina to be dispersed homogeneously. When 17.8wt% Yag(6.3mol% $Y_2O_3$) was used, fracture toughness and strength were substantially improved from 1.44MPa${\cdot}m^{1/2}$ and 270Mpa for YZ8Y to 3.62MPa${\cdot}m^{1/2}$ and 447MPa respectively, but electrical conductivity at $^{\circ}$C in air was decreased from 0.126 to 0.057${\Omega}^{-1}cm^{-1}$. It seemed due to the presence of small amount of tetragonal zirconia. But when 21.58wt% Yag(8.0mol% $Y_2O_3$) was added, fracture toughness of 2.93MPa${\cdot}m^{1/2}$ and flexural strength of 388MPa were obtained with electrical conductivity of ${\Omega}^{-1}cm^{-1}$.

고체 전해질로 많이 사용되는 이트리아로 안정화된 입방정형(cubic) 지르코니아의 기계적 강도를 향상시키기 위하여, 단사형(monoclinic) 지르코니아(m-$ZrO_2$)를 원료로 지르코니아　 안정화시키는 이트리아와 지르코니아의 낮은 기계적 강도를 향상시켜 주기 위한 알루미나를 Yag($Y_3Al_5O_{13}$)졸의 형태로 첨가하여, 졸 형태로 첨가된 이트리아와 알루미나가 입방정 지르코니아 소결체의 기계적, 전기적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 17.8 wt% Yag(6.3mol% $Y_2O_3$)가 첨가된 경우 파괴인성은 3.62MPa${\cdot}m^{1/2}$, 파괴강도는 447MPa로 8mol%의 이트리아로 안정화된 지르코니아(TZ8Y)의 1.44MPa${\cdot}m^{1/2}$, 270MPa에 비하여 기계적 특성이 현저히 향상되었으나, 950$^{\circ}$C, 공기분위기에서의 전기전도도는 0.057${\Omega}^{-1}cm^{-1}$로 TZ8Y에 비해 반 정도로 낮아졌으며, 21.6wt% Yag(8.0mol% $Y_2O_3$)가 첨가된 경우에는 파괴인성은 2.93MPa${\cdot}m^{1/2}$, 파괴강도는 388MPa로 TZ8Y에 비하여 향상되었고, 전기전도도는 0.076${\Omega}^{-1}cm^{-1}$을 나타내었다.