* Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN), C.P. 941, 30123-970, Belo Horizonte, MG e-mail:adelina@urano.cdtn.br

** Departamento de Química, UFMG, C.P.702, 31270-901 Belo Horizonte, MG

*** Laboratoire d’Electrochimie et de Physicochimie des Materiaux et des Interfaces, INPG-CNRS, BP 75, 38402 Saint-Martin d’Hères, France

Cerâmicas contendo a fase tetragonal da zircônia (t-ZrO₂) constituem uma importante classe de materiais estruturais. Valendo-se de um fenômeno de reforçamento mecânico associado à transformação de fase tipo martensítica tetragonal ® monoclínica, estes sistemas apresentam propriedades mecânicas excepcionalmente elevadas em se tratando de materiais cerâmicos, tais como alta tenacidade e alta resistência à fratura⁽¹⁾. Entretanto, quando as peças cerâmicas são submetidas a tratamentos térmicos a baixas temperaturas (principalmente entre 200-300° C) observa-se a deterioração gradual das propriedades mecânicas⁽²⁾ devido à transformação espontânea, sem a aplicação de tensão externa, de grãos tetragonais metaestáveis para a simetria monoclínica, limitando sua aplicação. Tem sido demonstrado que tal degradação inicia-se na superfície em direção ao centro, é catalisada por água e pode vir acompanhada de micro e macrofissuras⁽³⁾. Em um trabalho anterior, temos definido as condições experimentais para caracterizar o fenômeno de degradação da zircônia tetragonal estabilizada por ítria por espectroscopia de impedância (EI) e evidenciado o aparecimento de um semicírculo extra nos espectros de amostras degradadas. O objetivo do presente trabalho é variar sistematicamente alguns parâmetros que ativam a degradação, buscando estabelecer correlações entre parâmetros elétricos relativos à relaxação adicional, determinados a partir do ajuste dos espectros de impedância, e o conteúdo de fase monoclínica determinada por difratometria de raios-X (DRX).

As amostras foram preparadas a partir de um pó cerâmico comercial (TOSOH Corporation, Japão), o qual contém 2,8 mol% de Y₂O₃. O pó foi prensado a 250 MPa e posteriormente sinterizado ao ar em duas etapas: a 1350° C por 1h e a 1500° por 3h, com taxas de aquecimento e resfriamento de 100 ° Ch- ¹. Antes de serem levadas à etapa final de sinterização, as amostras foram usinadas com ferramentas diamantadas na forma de cilindros de aproximadamente 8 mm de diâmetro e 3 mm de espessura. Todas as amostras apresentaram apenas as reflexões da fase tetragonal após a sinterização final. A densidade média das pastilhas foi igual a 6,08 ± 0,03 (acima de 99% da densidade teórica). Duas séries de tratamentos térmicos foram realizadas, fazendo-se variar o tempo e a atmosfera de tratamento (Tabela I). Após cada tratamento térmico as amostras foram analisadas por DRX na região de baixos ângulos (27,5 e 32,5° ) . A fração de fase monoclínica (V_m) presente na superfície foi estimada através da expressão proposta por GARVIE e NICHOLSON⁽⁵⁾, através das intensidades integradas das reflexões observadas nesta região (Tabela I). As medidas de EI foram realizadas a 350° C, utilizando-se eletrodos de prata depositados por "sputtering" e o impedancímetro HP4192ALF trabalhando na faixa de freqüência de 5 a 1,3.10⁷ Hz e com amplitude de 150 mV.

O aparecimento de uma terceira relaxação foi observada em todas as amostras degradadas, como ilustrado na Fig.1 para as amostras da Série 1. A razão percentual (R₃/R_T) da resistência do semicírculo extra (R₃) em relação à resistência total (R_T) foi calculada fazendo-se o ajuste dos espectros no plano de impedância (Tabela I). O tamanho da camada transformada na maioria das amostras excedeu a profundidade de penetração da radiação CuKa e apenas o conteúdo saturado de fase monoclínica (V_{m @} 60%) pôde ser determinado por DRX⁽⁶⁾. O parâmetro elétrico (R₃/R_T), entretanto, mostrou-se sensível à evolução da degradação dos sistemas nas duas séries de tratamentos térmicos, evidenciando a potencialidade da técnica de espectroscopia de impedância para caracterizar o fenômeno.

Tabela I: Resumo dos resultados de DRX e espectroscopia de impedância