Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Aug 2004)
Restrictions to obtain NASICON by a ceramic route
Abstract
Highly reactive monoclinic ZrO2 powders were mixed with Na3PO4•12H2O and amorphous SiO2 in the stoichiometric quantities to obtain Na3Zr2Si2PO12. The mixtures were calcined at different temperatures (Tcalc) and for variable periods of time (tcalc). Their morphology was analysed by SEM and the composition by powder XRD. NASICON reflections are not detected for Tcalc=900°C and for relatively short tcalc values of 2 h. At 1100°C, the onset of low intensity NASICON peaks indicate the early stages of the formation reaction which is significantly enhanced when Tcalc increases up to 1200 and 1300°C. For higher temperatures, an apparent decrease of the reaction rate is suggested. On the other hand, the intensities of the ZrO2 peaks suffer a drastic decrease when Tcalc varies from 900 to 1300°C, followed by a slight increase for Tcalc=1400°C. The studies were extended for mixtures kept in isothermal conditions at 1100, 1200 and 1300°C during 0.5, 1, 2, 4, 8 and 16 h. In the three temperatures, the increase of the tcalc up to ca. 4 h leads to a significant increase in the intensity of the NASICON reflections while that of mZrO2 decreases. A plateau is apparent for higher tcalc values suggesting that equilibrium may be attained. The use of a highly reactive tetragonal zirconia powder (also thermodynamically unstable at low temperature) clearly improved the overall reaction extension and kinetics at moderate temperatures, yielding a single phase product.<br><br>Polvos de ZrO2 monoclínica altamente reactivos fueron mezclados con Na3PO4•12H2O y SiO2 amorfo en cantidades apropiadas para obtener Na3Zr2Si2PO12. Las mezclas fueron calcinadas a diferentes temperaturas (Tcalc) y diferentes tiempos (tcalc) y caracterizadas por SEM y DRX. Líneas características del NASICON no son detectadas a Tcalc=900°C y a tiempos de calcinado relativamente cortos (< 2h). A 1100°C, la presencia de picos de NASICON de baja intensidad indica los primeros momentos de la reacción de formación, la cual es significativamente mejorada cuando Tcalc es aumentada a 1200 y 1300°C. Para altas temperaturas (< 1300ºC), se sugiere una aparente disminución de la velocidad de reacción. Por otra parte, la intensidad de los picos de ZrO2 sufren una drástica disminución cuando Tcalc varía desde 900 a 1300°C, seguido de un leve incremento a Tcalc=1400°C. Los estudios fueron realizados manteniendo condiciones isotérmicas a 1100, 1200 y 1300°C durante 0,5, 1, 2, 4, 8 y 16 h. En las tres temperaturas, el aumento de tcalc hasta 4 h conduce a un marcado aumento de la intensidad de las líneas características del NASICON, mientras que las correspondientes a mZrO2 disminuyen. Un “plateau” es observado a valores altos de tcalc, lo que sugiere que un equilibrio está siendo alcanzado. La utilización de polvos altamente reactivos de ZrO2 tetragonal (termodinámicamente inestable a baja temperatura) mejoró claramente la extensión y la cinética de reacción a temperaturas moderadas, conduciendo a la formación de un producto monofásico.
