The Effect of Trivalent Cation Doping on the Low Temperature Phase Stability of 2Y-TZP

The phase stability and the Low Temperature Degradation(LTD) mechanism of Tetragonal Zirconia Polycrystals(TZP), sintered specimens of $Y_2O_3$-Stabilized Zirconia(2Y-TZP), doped with trivalent cations, were evaluated by investigating meachnical properties, Raman spectra, lattice parameter variation and the oxygen vacancy behavior under applied electric field. XRD observation was put forward on 2Y-TZP doped with trivalent cation whose ionic radii were larger than $Zr^{4+}(Sc^{3+},\;Yb^{3+},\;Y^{3+},\;Sm^{3+},\;Nd^{3+},\;La^{3+})$ up to 2 mol% and sintered at 1500 h for 1h. For $La^{3+}$ doping, the stability of tetragonal phase was degraded due to the formation of the pyrochlore phase $(La_2Zr_2O_7)$ as the dopant content increased above exceeded 0.5 mol%. As the dosage increased, tetragonal phase maintained for the case of $Sc^{3+}$, whose radius was similar to $Zr^{4+}$, on the other hand, the cubic phase was formed for the cases of $Yb^{3+},\;Y^{3+},\;Sm^{3+},\;Nd^{3+}$. As the radii of dopant cation increased, c/a ratio increased and it was experimentally observed that the amount of monoclinic phase decreased when the specimens were annealed at $220{\circ}C$ for 500 h.

3가 양이온 산화물이 첨가된 2Y-TZP의 저온 상안정성

정방정 지르코니아의 상안정성 및 저온열화기구를 고찰하기 위해 Y2O3 안정화 지르코니아에 3가 양이온 산화물을 첨가한 후 그 소결체의 기계적 물성, 라만 스펙트럼 및 격자상수 변화 등을 관찰하였다. 2Y-TZP에 $Zr^{4+}$ 보다 이온크기가 큰 3가 양이온($Sc^{3+},\;Yb^{3+},\;Y^{3+},\;Sm^{3+},\;Nd^{3+},\;La^{3+}$)들을 2 mol%까지 첨가하여 $1500{\circ}C$에서 1시간 소결후, X-ray 상분석 결과 $La^{3+}$의 경우에는 0.5 mol% 이상 첨가시 pyrochlore 상$(La_2Zr_2O_7)$의 형성으로 정방정상의 상안정성이 저하되었다. 첨가량이 증가할수록 $Zr6{4+}$과 이온크기가 거의 비슷한 $Sc^{3+}$를 첨가한 경우에는 정방정상만 관찰되었으나 $Yb^{3+},\;Y^{3+},\;Sm^{3+},\;Nd^{3+}$를 첨가한 경우에는 입방정상이 형성되었다. 양이온 크기가 커질수록 c/a비는 증가하였으나 $220{\circ}C$에서 500시간까지 열처리후 상분석 결과 단사정량은 감소하였다.