Densificación de cerámicas de PZN-10PT a partir de polvos sintetizados por el método de reacción por combustión

Densification of PZN-10PT ceramics from powders obtained by the combustion reaction synthesis

Monocristales de ((1−x)Pb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃-xPbTiO₃-(1−x)PZN-xPT) con estructura perovskita, muestran excelentes propiedades dieléctricas, ópticas y electrostrictivas en composiciones cerca a la frontera de fase morfotrópica (FFM),x∼0,09. La preparación de cerámicas con composiciones cercanas a la FFM por métodos convencionales, conduce a cerámicas con estructura pirocloro. En este trabajo, polvos de ((1−x)Pb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃-xPbTiO₃-PZN-xPT) con x= 0,10 fueron sintetizados por el método de reacción por combustión. Como combustibles fueron usados: CO(NH₂)₂,C₂H₅NO₂, CO(NH₂)₂/C₂H₅NO₂ y C₄H₁₆N₆O₂. El resultado indica que el mayor porcentaje de fase perovskita (∼70 %) fue obtenido usando CO(NH₂)₂/C₂H₅NO₂ (razón50/50). Esta fase es mantenida al sinterizar la muestra a 1000°C en atmósfera de nitrógeno.

1 INTRODUCCIÓN

La solución sólida entre el Pb(Zn₁/₃Nb₂/₃)O₃ (PZN) y el PbTiO₃ (PT) tiene una frontera de fase morfotrópica (FFM) a  10% molar de PT [1]. Monocristales con composición cerca a la FFM presentan extremadamente grandes valores en su constante dieléctrica y en sus coeficientes piezoeléctricos [2]. Sin embargo, ha sido reportado que cristales de 0, 90PZN-0, 10PT (PZN-10PT) son termodinámicamente inestables sobre un amplio rango de temperaturas (600-1400°C) [3]. Wakiya y colaboradores [4] estudiaron la estabilidad térmica del PZN para una atmósfera saturada en vapor de PbO y concluyeron que es imposible la síntesis de cerámicas de PZN en un rango de temperatura entre 900°C - 1200°C, ellos también muestran que en este rango de temperatura la fase perovskita se descompone en las fases pirocloro, ZnO y PbO. La presencia de fases indeseables, tal como la pirocloro, aun en pequeñas cantidades genera el detrimento de las propiedades dieléctricas y piezoeléctricas. Este trabajo presenta un análisis de la influencia del combustible en la síntesis de polvos del sistema ferroeléctrico PZN-10PT por reacción de combustión. El proceso está basado en el principio que, una vez iniciada la reacción por una fuente externa, ocurre una reacción exotérmica haciendo la reacción autosostenible generando el producto final en un corto periodo de tiempo [5]. Algunos autores también señalan que es necesario incorporar una ayuda externa para favorecer la reacción de combustión [6],[7]. Para lograr esto, fue incorporado nitrato de amonio (NH₄NO₃) como un oxidante adicional, este aditivo proporciona un aporte extra de NO− 3 , haciendo que el proceso de descomposición sea altamente exotérmico y genere sólo productos gaseosos [8]. La adición de NH₄NO₃ aumenta los gases de combustión, cuyo efecto es el de ampliar la estructura espumosa más allá de la obtenida cuando se utilizan sólo los precursores metálicos y eventualmente aumenta el área superficial.