Síntesis, procesamiento y caracterización del sistema Gd2Zr2O7-GdAlO3

Abstract

In order to improve the reliability, durability and performance of the metal components for advanced high temperature motors, gas and aeronautics turbines, there have been developed thermal isolation layers using generally yttria stabilized zirconia and some other materials that meet the requirements: high melting point, low thermal conductivity, thermal expansion coefficient similar to the metal substrate, low rate of sintering, inert to oxidizing and corrosive agents, excellent adhesion to the metallic substrate, high hardness, and fracture toughness. Two of the materials that were found superior in these properties are those presenting perovskite type structure and pyrochlore type structure, and further found that by joining both have even better properties. The gadolinium zirconate (Gd2Zr2O7, GZO) and the gadolinium aluminate (GdAlO3, GAO) are an example of these materials, as they fulfill most of the requirements, and in the case of GAO presents ferroelasticity and owns thermoluminescent properties. In this research there were synthetized the pyrochlore GZO – perovskite GAO system, in 50-50 % mol and 70-30 % mol ratios, and the pure phases, through different conditions of the coprecipitation – calcination route, and characterized by some techniques for the determining properties. The reverse coprecipitation – calcination route was ideal for obtaining the pure phases and compounds. GZO and GAO were found at temperatures of 800 and 900 °C, respectively, and the 50-50 % mol and 70-30 % mol compounds at 1100 and 1200 °C, respectively. In the pure phases and compounds high homogeneity in the elemental chemical distribution were found, and in the last ones was observed no significant single phase agglomeration.

Con el fin de mejorar la confiabilidad, durabilidad y rendimiento de los componentes metálicos para alta temperatura en motores avanzados, turbinas de gas y componentes aeronáuticos, se han desarrollado recubrimientos de barrera térmica utilizando zirconia estabilizada con itria generalmente, y algunos otros materiales que cumplen con los requerimientos: alto punto de fusión, baja conductividad térmica, coeficiente de expansión térmica similar a la del sustrato metálico, bajo índice de sinterizado, inerte a agentes oxidantes y corrosivos, excelente adherencia al sustrato, altas dureza y tenacidad a la fractura. Dos de los materiales que se encontraron superiores en éstas propiedades, son los que presenten estructuras tipo perovskita, y tipo pirocloro, y además se ha encontrado que al unirse ambas presentan aún mejores propiedades. El zirconato de gadolinio (Gd2Zr2O7, GZO) y el aluminato de gadolinio (GdAlO3, GAO) son un ejemplo de estos materiales, dado que cumplen la mayoría de los requerimientos, y en el caso de GAO presenta ferroelasticidad y posee propiedades termoluminiscentes. En este trabajo se sintetizaron el sistema pirocloro GZO - perovsquita GAO, en proporciones del 50-50 % mol y 70-30 % mol, y las fases puras, mediante diferentes condiciones de la ruta de coprecipitación – calcinación, y se caracterizaron mediante distintas técnicas para la determinación de propiedades. La ruta de co-precipitación inversa – calcinación resultó ideal para la obtención de las fases puras y de los compuestos. Se encontraron GZO y GAO a temperaturas de 800 y 900 °C, respectivamente, y los compuestos 50-50 % mol y 70-30 % mol a 1100 y 1200 °C, respectivamente. En las fases puras y en los compuestos se encontró una alta homogeneidad en la distribución química elemental, observándose en éstos últimos ausencia de aglomeraciones significativas de una sola fase.