Effect of BiScO3 Additive on the Structure and Electrical Properties of the Y2O3-ZrO2-SrTiO3 System

Abstract

Samples of ceramic systems Y2O3-ZrO2-SrTiO3 and Y2O3-ZrO2-SrTiO3-BiScO3 were obtained. It was established that Y2O3-ZrO2-SrTiO3 is two-phase: the phase with the cubic structure Pm3m, belonging to SrTiO3, and the phase with the tetragonal structure (P42/nmc), belonging to Y0.05Zr0.95O2. The introduction of the BiScO3 component into the Y2O3-ZrO2-SrTiO3 system leads to the formation of three phases: the cubic phase with the space symmetry group Fm3m, the cubic phase with Pm3m symmetry, and the tetragonal phase with P4mm symmetry. The reflexes from the cubic phase of Fm3m belong to the cubic modification of zirconia. The cubic phase of and the tetragonal phase of P4mm belong to SrTiO3-BiScO3. Using scanning electron microscopy, it was shown that the addition of BiScO3 additive to the Y2O3-ZrO2-SrTiO3 ceramic system leads to a significant decrease in the grain size and greater homogeneity of the material. Based on the analysis of the results of studies of the specific electrical conductivity of the ceramic systems Y2O3-ZrO2-SrTiO3 and Y2O3-ZrO2-SrTiO3-BiScO3, the introduction of the BiScO3 additive into the ceramic system reduces the activation energy of the conductivity process from 1.5 eV to 0.82 eV.

В роботі отримано зразки керамічних систем Y2O3-ZrO2-SrTiO3 і Y2O3-ZrO2-SrTiO3-BiScO3. Встановлено, що Y2O3-ZrO2-SrTiO3 є двофазною і складається із фази з кубічною структурою ( Pm3m), що належить до SrTiO3, і фази з тетрагональною структурою (P42/nmc), що належить до Y0.05Zr0.95O2. Введення компонента BiScO3 у систему Y2O3-ZrO2-SrTiO3 призводить до утворення трьох фаз: кубічної фази з групою симетрії простору Fm3m, кубічної фази з симетрією Pm3m та тетрагональної фази з симетрією Р4mm. Рефлекси від кубічної фази Fm3mналежать до кубічної модифікації діоксиду цирконію. Кубічна фаза Pm3mі тетрагональна фаза Р4mm належать до SrTiO3-BiScO3. За допомогою скануючої електронної мікроскопії було показано, що додавання добавки BiScO3 до керамічної системи Y2O3-ZrO2-SrTiO3 призводить до значного зменшення розміру зерен і більшої однорідності матеріалу. Аналіз результатів досліджень питомої електропровідності керамічних систем Y2O3-ZrO2-SrTiO3 і Y2O3-ZrO2-SrTiO3-BiScO3 свідчить, що введення добавки BiScO3 в керамічну систему зменшує енергію активації процесу провідності від 1.5 еВ до 0.82 еВ.