The effect of the $O_2$ concentration in the sputtering gas mixture, substate temperature and Ar pressure on the structural and optical properties of 3 mol% YSZ and 8 mol% YSZ thin films deposited by RF magnetron sputtering were investigated . The films were observed to have various crystal structures with different compositions in accordance with the type of the target materials. The size of fine grain-like particles decreased wiht increasing the $O_2$ concentration in the sputtering gas in the case of 3mol% YSZ, while it increased in the case of 8 mol% YSZ . However, the average opticla transmission of 8mol% YSZ, despite of thicker thickness. was higher than that of 3 mol% YSZ. Furthermore, the values of refractive index of 3mol% YSZ increased with increasing the $O_2$ concentration in the sputtering gas on the contrary to those of the 8 mol% YSZ. However, the transmission spectra of 8 mol% YSZ films were not strongly influenced by the substrate temperature and Ar pressure, whereas the refractive index of the YSZ films were strongly affected by the sputtering parameters.
Using two kinds of ZrO2 powder stabilized by 8 mol% and 3 mol% of Y2O3 several microstructures were designed; two single composition specimens of 8 mol% Y2O3-ZrO3 and 3 mol% Y2O3-ZrO2 and five mixture specimens with multi-layered structure and particulate mixture structure at a mixing ratio of 1:1 by weight. Electrical conductivities were measured from 250 to 75$0^{\circ}C$ in air using an impedance analyser, and fracture toughness at room temperature using the indentation method. Making the mixture structures was more effective in enhancing fracture toughness than electrical conductivity. At low temperatures 3 mol% Y2O3-ZrO2 showed the highest values in both electrical conductivity and fracture toughness, while at high temperature the specimens of alternately stacked planar and coarse granulated structure were most favorable.
The yttria stabilized zirconia(YSZ) thin films for solid oxide fuel cell (SOFC) were fabricated by an electrochemical vapor deposition(EVD) technique using YCl3+ZrCl4+H2O gas system. The YSZ films were deposited under reduced pressure at the temperature of 1000~120$0^{\circ}C$ on the porous alumina substrates. The deposition rate, chemical composition and growth morphology were investigated by SEM, XRD, EDS. The growth rates of the films obeyed a parabolic rate law, representing that the growing process is controlled by an electrochemical transport through the YSZ film. The Y2O3 content of the films was about 10 mol%, equal to the composition of metal chloride reactant gases, approximately. The YSZ films were highly dense, the growing features showed columnar structure and surface morphologies were changed with the EVD conditions.
The effect of SiO2 addition on sintering characteristics of 8 mole percent yttria-stabilized zirconia ceramics is investigated. As the addition of SiO2 is increased, sinterbility, microstructure, and Vickers hardness of the zirconia ceramic increased but fracture toughness and electrical conductivity are decreased. It is considered that the electrical conductivity decrease with the increase of SiO2 is due to the decrease of defect concentration of ionized oxygen. From the complex impedance measurement, it is shown that the influence of SiO2 is more dominant at the resistivity of bulk region than of grain boundary region.
The Yttria Partially Stabilized Zirconia powder was prepared by spontaneous precipitation method using $ZrOCl_2{\cdot}8H_O-YCl_33{\cdot}6H_2O$ solution as a starting materials. The optimal experimental conditions such as concentration and pH of starting solutions, the amounts of stabilizer $Y_2O_3$ used, and sintered temperature were carefully studied. The best condition for synthesizing $ZrO_2$ was experimentally selected and applied throughout this study for the preparation of the 3 mole% $Y_2O_3$ partially stabilized zirconia, 3YSZ. The physical properties of 3YSZ was examined by XRD, Raman, DT A, and SEM. The structural transition from pure monoclinic high temperature $ZrO_2$ to tetragonal room temperature 3YSZ was made possible by the added amount of $Y_2O_3$ in the $ZrO_2+Y_2O_3$ system. All Raman Spectrum band appeared in the lower wave numbers rather than in higher wave numbers as structure changes from monoclinic to tetragonal.
수소 및 산소분위기 하에서 2Y-TZP 및 3Y-PZP 세라믹스를 소결하여 각각 제조한 다음, 각 시편의 미세구조 및 25$0^{\circ}C$에서의 등온상전이 거동을 비교하여 고찰하였다. 그 결과 수소분위기에서 소결한 모든 시편의 표면에서는 Zr$_{4+}$ 이온의 환원에 의해 산화분위기에서 소결한 시편에 비하여 색이 검게 변하였으며, 장시간 소결시 시편 표면에 조대 입자의 생성 및 입계 이완이 관찰되었다. 이에따라 수소분위기 하에서 장시간 소결된 시편의 경우 냉각 시 상전이가 일어나 다량의 단사정상이 상온에서 존재하였다. 저온 aging동안 등온상전이 속도는 산소분위기에서 소결한 시편보다 수소분위기에서 소결한 시편에서 낮게 나타났으며, 이러한 경향은 $Y_{2}$O$_{3}$의 고용량이 크고, 입자크기가 적은 시편일수록 증가하였다. 또한 2Y-TZP 시편에서는 입자크기에 상관없이 대부분의 정방정상이 단사정상으로 빨리 등온상전이를 일으켰으나, 3Y-TZP 시편의 경우, 등온상전이는 입자크기가 증가함에 따라 상전이 속도도 증가하였다.
Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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v.7
no.3
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pp.377-383
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1997
Yttria-stabilized TZP alloyed with pentavalent oxides $(Ta_2O_5,\;Nb_2O_5)$ were fabricated by the conventional sintering method at $1500^{\circ}C$ in air to construct the simplified ternary phase diagram. The phase stability of tetragonal -$ZrO_2$ from the quasi-binary system $ZrO_2-YTa(Nb)O_4$, which do not transform to monoclinic-$ZrO_2$ even for a wide range of grain size and annealing temperature, was investigated to determine composition region of the non-transformable $t-ZrO_2$ solid solution$(NT_{ss})$. Phase stability of $NT_{ss}$ was probably due to the enhanced stability of $_YTa(Nb)O4$ having the tetragonal fergusonite structure. It was experimentally found that mixtures having $NT_{ss}$ alloyed with $T_{ss}$ by weight%% showed both excellent phase stability of $t-ZrO_2$ and fracture toughness even though the calculated composition of the mixture /was located outside $NT_{ss}$ composition region.
YSZ (Yttria-stabilized zirconia) is a ceramic material that is used for electronic and structural materials due to its excellent mechanical properties and specific electrical characteristics according to the Yttrium addition. Hydrothermal synthesis has several advantages such as fine particle size, uniform crystalline phase, fast reaction time, low process temperature and good dispersion condition. In order to synthesize YSZ nanoparticles with high crystallinity, hydrothermal synthesis was performed at various concentrations of NaOH. The hydrothermal process was held at a low temperature ($100^{\circ}C$), with a short process time (2,4,8 hours); the acidity or alkalinity of solution was controlled in a range of pH 2~12 by addition of NaOH. The optimum condition was found to be pH 12, at which high solubility levels of Y(OH) and Zr(OH) were reported. The synthesized nano powder showed high crystallinity and homogenous composition, and uniform particle size of about 10 nm.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.30
no.5
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pp.331-337
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2017
Thermal batteries, reserve power source, is activated by melting of molten salt at the temperature range of $350{\sim}550^{\circ}C$. To immobile the molten state electrolyte when the thermal battery is activated, the binder must be added in electrolyte. Usually, molten salts include 30~40 wt% of MgO binder to ensure electrical insulation as well as safety. However, the conventional MgO binder tends to increase ionic conductive resistance and thus the inclusion of the binder increases the total impedance of the battery. This paper mainly focused on the study of yttria stabilized zirconia (YSZ) as an alternative binder for molten salt. The chemical stability between the molten salt and YSZ is measured by XRD and DSC. And the sufficient path for ionic conduction on molten salt could be confirmed by the enhanced wetting behavior and the enlarged pore size of YSZ. The electrochemical properties were analyzed using single cell tests so that it showed the outstanding performance than that using MgO binder.
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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v.16
no.2
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pp.150-158
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2005
Added ratio of 8YSZ powder and organic compounds (solvent, plasticizer, dispersant, binder) properly. It manufactured electrolysis membrane by wet process that make slurry and dry process that do not use organic compounds. In the case of wet process, harmony combination and method of organic compound are an importance element in slurry manufacture. This slurry did calcine at temperature of 140$^{\circ}C$ in Furnace and manufactured electrolyte disk by Dry pressing method. Like this, manufacturing disk sintered at temperature of $1300^{\circ}C,\;1400^{\circ},\;1500^{\circ}C$ in Furnace and completed electrolysis membrane. Confirmed change of crystal structure and decision form through analysis of density, SEM, XRD according to change of sintering temperature, and considered relation with ion conductivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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