Libro de Tesis USB

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
"Síntesis de zirconia nanométrica dopada con itria
mediante el método hidrotérmico-microonda ”
Trabajo de grado presentado ante la ilustre Universidad Simón Bolívar por
Luis Enrique Arellano Camacho
Como requisito parcial para optar por el título de
Ingeniero de Materiales opción Cerámica
Realizado con la asesoría de
Delia Gutierrez-Campos

i
Este Trabajo de Grado ha sido aprobado en nombre de la Universidad Simón
Bolívar por el siguiente jurado examinador:
Prof. Delia Gutierrez-Campos
Presidente
Prof. Norberto Labrador
Miembro Principal
Prof. Mersha Campos
Miembro Principal
Sartenejas, 27 de Enero de 2.004

ii
“Las batallas de la vida rara-
mente son ganadas por el
hombre mas fuerte o por el que
corre más aprisa; por lo regular,
el que gana es quien cree que
puede ganar.”
Anónimo

iii
AGRADECIMIENTOS
Ante todo agradezco a Dios, por ser guía en mi vida y en mi carrera y abrirme
las puertas para realizar con éxito esta tesis.
A mi familia, en especial a mi madre y a mi padre, por todo el apoyo brindado
en todos estos años de carrera.
A mis tutoras Delia Gutiérrez, Helen Reverón y Rosa Rodríguez, por ser mis
pilares al inicio, desarrollo y culminación de este proyecto.
A Alexis Mijares e Isabela García por ser mis compañeros en las buenas y en
las malas para culminar el proyecto. De igual manera un especial agradecimiento a
Jennifer, por traer los equipos del proyecto desde el exterior.
A la Universidad Simón Bolívar, la Universidad Metropolitana, el IVIC y el IUT
“Doctor Federico Rivero Palacios”, por permitir la realización de los ensayos en sus
instalaciones.
A todos aquellos profesores, técnicos y estudiante de la USB que me ayudaron
en la culminación de este proyecto.
Un muy especial agradecimiento a todos mis amigos, dentro y fuera de la
universidad, que me acompañaron en estos años de carrera.

iv
RESUMEN
El presente proyecto, busca evaluar la viabilidad de usa el tratamiento
hidrotérmico microondas para obtener polvos de zirconia estabilizada con itria a
temperaturas relativamente bajas. En la actualidad la zirconia es uno de los
materiales más estudiados debido a sus importantes aplicaciones: estructurales,
eléctricas, ópticas, componentes electrónicos y abrasivos.
Para llevar a cabo la síntesis de la zirconia estabilizada, se usó n-propóxido
de zirconio con ácido acético. La solución fue secada y luego diluida hasta 1 M con
agua destilada. Como fuente de dopante se incorporó una solución de nitrato de itrio
hexahidratado. Se prepararon dos soluciones con 3 mol% y 8 mol% de itria,
respectivamente. Ambos precursores, 3 y 8 mol%, fueron tratados y posteriormente,
evaluados. La síntesis se realizó con un microondas convencional y una bomba de
digestión diseñada para este proceso. Se midió el pH de las soluciones antes y
después del tratamiento térmico. Luego de la síntesis, los polvos fueron secados y
se efectuaron tratamientos térmicos a distintas temperaturas (600, 800, 1.000 y
1.200 °C). Cada uno de los polvos obtenidos fue caracterizado mediante difracción
de rayos-X (DRX), superficie específica (BET) y microscopía electrónica de barrido
(MEB). Además, se analizó la pérdida de masa con la temperatura. Los polvos sin
tratamiento térmico también fueron caracterizados.
Estos estudios demostraron la existencia de la fase tetragonal en los polvos
dopados con 3 mol% de itria tratados térmicamente a 1.200 °C y la formación de la
fase cúbica en los demás polvos obtenidos. El tamaño de cristalito varía entre 16,3 y
40,7 nm. El ensayo de BET indicó un área superficial entre 199 y 0,62 m2
/g con un
dopaje de 3 mol% de itria y entre 192 y 1,6 m2
/g para 8 mol% de itria. El ensayo de
MEB muestra la existencia de partículas nanométricas en los polvos obtenidos. La
pérdida de masa varía entre 16,2 y 20,7 % para los polvos dopados con 3 mol% de
itria entre 19,8 y 23,9% con un dopaje de 8 mol% de itria.
Se recomienda realizar un estudio morfológico de muestras tratadas a 800°C,
ya que tanto los resultados de DRX y BET, así como la bibliografía señalan este
valor como la temperatura ideal para el proceso de obtención de polvos dopados
con itria. Por otra parte, un estudio mas detallado de las condiciones de operación
del equipo garantizarían condiciones operativas óptimas.

v
INDICES
Índice general
Página de aprobación del jurado i
Agradecimientos iii
Resumen iv
Índices v
• Índice general v
• Índice de figuras viii
• Índice de tablas ix
Abreviaturas x
CAPÍTULO I: Introducción 1
CAPÏTULO II: Objetivos 3
• 2.1 Objetivo general 3
• 2.2 Objetivos específicos 3
CAPÍTULO III: Marco teórico 4
• 3.1 Zirconia
- 3.1.1 La zirconia: material polimórfico 4
- 3.1.2 Dopantes de la zirconia 5
o 3.1.2.1 Calcia 6
o 3.1.2.2 Magnesia 7
o 3.1.2.3 Ceria 8
o 3.1.2.4 Itria 9
- 3.1.3 Zirconia parcialmente estabilizada 10
- 3.1.4 Zirconia totalmente estabilizada 11
• 3.2 Aplicaciones de la zirconia 11
• 3.3 Métodos de síntesis de zirconia vía húmeda 13
- 3.3.1 Precipitación 13
- 3.3.2 Sol-gel 14
- 3.3.3 Síntesis hidrotérmica 15

vi
o 3.3.3.1 Autoclave (síntesis hidrotérmica convencional) 16
o 3.3.3.2 Microondas 16
+ 3.3.3.2.1.- Bomba de digestión para microonda 17
CAPÍTULO IV: Metodología experimental 20
• 4.1 Materiales y equipos 20
- 4.1.1 Materiales 20
- 4.1.2 Equipos 21
o Síntesis 21
o Caracterización 22
• 4.2 Esquema experimental 23
• 4.3 Descripción de la metodología experimental 23
- 4.3.1 Fase 1: Elaboración del precursor de zirconia 23
- 4.3.2 Fase 2: Dopaje del precursor de zirconia 25
- 4.3.3 Fase 3: Tratamiento hidrotémico microonda 27
- 4.3.4 Fase 4: Caracterización de los polvos 29
o 4.3.4.1 Difracción de rayos X 30
o 4.3.4.2 Medición de la superficie específica 31
o 4.3.4.3 Microscopía electrónica de barrido 31
o 4.3.4.4 Pérdidas de masa 32
CAPÍTULO V: Presentación y discusión de resultados 33
• 5.1 Análisis de pH de los precursores dopados y soles obtenidos 33
• 5.2 Fases cristalinas (DRX) 34
• 5.3 Área superficial (BET) 39
• 5.4 Análisis morfológico de polvos (MEB) 42
• 5.5 Pérdida de masa con la temperatura 45
CAPÍTULO VI: Conclusiones y recomendaciones 47
• 6.1 Conclusiones 47
• 6.2 Recomendaciones 49
CAPÍTULO VII: Referencias Bibliográficas 50
Apéndices 52
• Apéndice 1: Preparación del precursor 52

vii
• Apéndice 2: Preparación de la solución 1M 54
• Apéndice 3: Dopaje del precursor de zirconia 55
• Apéndice 4: Fichas de difracción de rayos X y fichas de los
difractogramas 56
• Apéndice 5: Valores de pH obtenidos en todas las muestras. 58
• Apéndice 6: Valores de las áreas superficiales de los polvos de
zirconia dopada 60
• Apéndice 7: Resultados obtenidos en la bibliografía 62
• Apéndice 8: Determinación de diámetro de partículas a partir del
área superficial específica 63

viii
Índice de figuras
Figura 1: Estructuras cristalinas de la zirconia. 4
Figura 2: Cambios de estructura cristalina con la temperatura. 5
Figura 3: Diagrama de fase binario ZrO2 – CaO. 6
Figura 4: Diagrama de fase binario ZrO2 – MgO. 7
Figura 5: Diagrama de fase binario ZrO2 – CeO2. 8
Figura 6: Diagrama de fase binario ZrO2 – Y2O3. 9
Figura 7: Bomba de digestión para microonda. 18
Figura 8: Esquema experimental del proyecto. 23
Figura 9: Elaboración del precursor de zirconia. 25
Figura 10: Elaboración del precursor de zirconia estabilizada. 26
Figura 11: Tratamiento del precursor de zirconia estabilizado con microondas. 28
Figura 12: Caracterizaciones realizadas a los polvos obtenidos. 29
Figura 13: Valores de pH en el tratamiento hidrotérmico microondas. 33
Figura 14: Difractogramas para zirconia dopada con itria 3 mol% a diferentes
temperaturas. 36
temperaturas. 36
Figura 16: Área superficial de los polvos de zirconia dopada. 40
Figura 17: Fotomicrografía de polvo de ZrO2 dopada con 3 mol% de Y2O3
con tratamiento térmico a 1200 °C y a un aumento de 7500x. 41
con tratamiento térmico a 1200 °C y a un aumento de 7500x. 42
Figura 19: Comparación entre los diámetros encontrados. 44
Figura 20: Perdidas de masa de los polvos con la temperatura. 46

ix
Índice de tablas
Tabla 1: Materiales utilizados. 20
Tabla 2: Equipos utilizados en la síntesis del compuesto. 21
Tabla 3: Equipos usados en la caracterización. 22
Tabla 4: Tamaños de cristalitos (nm) para ZrO2 dopada con 3 y 8 mol%
de Y2O3. 38
Tabla 5: Diámetro de partículas de los polvos tratados térmicamente a
1200 °C. 43
Tabla 6: Porcentaje de pérdida de masa con la temperatura. 45
Tabla 7: Zirconia dopada con itria, fase cúbica (ficha ASTM 30-1468). 56
Tabla 8: Zirconia dopada con itria, fase tetragonal (ficha ASTM 37-1307). 56
Tabla 9: Difractograma de 3 mol% de Y2O3 sin tratamiento térmico. 57
Tabla 10: Difractograma de 3 mol% de Y2O3 tratado a 800 °C. 57
Tabla 12: Difractograma de 8 mol% de Y2O3 sin tratamiento térmico. 58
Tabla 15: pH’s de las soluciones de zirconia. 60
Tabla 16: pH’s obtenidos luego del THM. 60
Tabla 17: Área superficial de los polvos de ZrO2 – 3 mol% Y2O3. 61
Tabla 18: Área superficial de los polvos de ZrO2 – 8 mol% Y2O3. 61
Tabla 19: Resultados obtenidos en BET por E. Mari. 62
Tabla 20: Estudio de la pérdida de masa realizado por E. Mari. 62

x
Abreviaturas
• % Pm: porcentaje de pérdida de masa.
• ABET = área superficial específica de los polvos.
• Ac: grupo acetato (CH3CO).
• BET: ensayo de medición de área específica según Brunauer, Emmet y
Teller.
• c: fase cúbica de la zirconia.
• DBET = diámetro de partícula calculado a partir de valores de BET.
• DRX: difracción de rayos X..
• FSZ: zirconia totalmente estabilizada en fase cúbica.
• m: fase monoclínica de la zirconia.
• MEB: microscopia electronica de barrido.
• Mfinal = masa del polvo después del tratamiento térmico.
• Minicial: masa del polvo antes del tratamiento térmico.
• Pr: grupo propoxido (C3H7).
• PSZ: zirconia parcialmente estabilizada.
• ss: solución sólida.
• t: fase tetragonal de la zirconia.
• TZP: zirconia totalmente estabilizada en fase tetragonal.
• THM: tratamiento hidrotérmico-microondas.

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
La zirconia es un óxido muy utilizado en diversos campos, pero sufre una
transformación polimórfica que afecta estructuralmente el material debido al
incremento de volumen asociado.[1]
El uso de la zirconia abarca una gran cantidad
de usos, entre las aplicaciones más importantes destacan aplicaciones:
estructurales, eléctricas, ópticas, componentes electrónicos y abrasivos. Una
innovadora aplicación se puede encontrar en las celdas de combustible, debido a la
buena conductividad iónica de la zirconia al ser dopada.
Para alcanzar las mejores propiedades se requieren procesos de síntesis
avanzados que permitan desarrollar polvos nanométricos con el fin de obtener
mejores propiedades en las aplicaciones previamente mencionadas.
El sistema convencional de síntesis de polvos cerámicos está basado en la
síntesis vía sólida, sin embargo otros procesos permiten polvos más finos y puros.
Un ejemplo de estos métodos, la cooprecipitación y la síntesis hidrotermal
representan un reto debido al cuidadoso control que se debe realizar durante la
síntesis.[1]
En este sentido, la síntesis hidrotérmica convencional y la síntesis
hidrotérmica microonda representa una solución posible al problema.
El presente trabajo busca estudiar los parámetros que influyen en la síntesis
hidrotérmica microonda, específicamente en la elaboración de zirconia nanométrica
dopada con itria a diferentes niveles de concentración.

2
Para lograr este objetivo, se preparon muestras de zirconia con 3 y 8 mol%
de Y2O3, mediante el uso de propóxido de zirconio (Zr(OC3H7)4) y nitrato de itrio
hexahidratado (Y(NO3)3.6H2O) como reactivos. Luego se aplicó un tratamiento
hidrotérmico microondas, para promover un sol estable de zirconia dopada.
Posteriormente, se aplicaron tratamientos térmicos a los polvos obtenidos a
temperaturas de 600, 800, 1000 y 1200 °C. Finalmente, se procedió a la
evaluación del efecto de la cantidad de dopante sobre el comportamiento térmico de
los polvos, mediante la realización de ensayos de difracción de rayos X (DRX),
medición de área superficial específica (BET), perdida de masa y microscopía
electrónica de barrido (MEB).

CAPÍTULO II: OBJETIVOS
2.1.- OBJETIVO GENERAL.
Sintetizar y caracterizar polvos nanométricos de zirconia dopada con itria,
elaborados mediante el método hidrotérmico-microonda.
2.2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
• Elaborar un precursor de zirconia, a partir de un propóxido de zirconio grado
analítico.
• Dopar el precursor de zirconia con itria a partir de nitrato de itria hexahidratado
como fuente del catión estabilizante.
• Caracterizar los polvos obtenidos, antes y después de tratamiento de
sinterización, mediante difracción de rayos X (DRX), área superficial de polvos
(BET), y microscopía electrónica de barrido (MEB).
• Evaluar el comportamiento de los polvos nanométricos con dos concentraciones
de dopante.

CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO
3.1.- Zirconia
3.1.1.- La zirconia: material polimórfico.
La zirconia (ZrO2) es uno de los materiales cerámicos más importantes a nivel
industrial y científico debido a su naturaleza refractaria, estabilidad química y a su
capacidad de existir en varias formas cristalinas (monoclínica, tetragonal y cúbica).
Posee un punto de fusión de 2.680 °C, una conductividad térmica de 1.4 W.m-1
.K-1
y
un coeficiente de dilatación térmica de (6.5 – 10.5) x 10-5
°C-1
.
Los cambios de estructura cristalina que presenta la zirconia ocurren a
temperaturas determinadas. El cambio de fase monoclínica a fase tetragonal ocurre
a los 1170 °C, de fase tetragonal a fase cúbica ocurre a 2370 °C y a 2680 °C
cambia a estado líquido. En las Figuras 1 y 2 se puede ver, más claramente, las
estructuras cristalinas y las temperaturas de cambio de fase. [1]
CúbicaTetragonalMonoclínica
OxígenoZirconio
Figura 1: Estructuras cristalinas de la zirconia. [1]

5
2638 °C1170 °C 2370 °C
monoclínica tetragonal cúbica líquido
Figura 2: Cambios de estructura cristalina con la temperatura. [1]
La temperatura más crítica en el proceso de cambio estructural, ocurre a 1170
°C, donde sucede la transformación de la fase monoclínica a la fase tetragonal con
un incremento entre un 2% y un 5% en volumen de la zirconia, debido a un marcado
fenómeno de histéresis. Para lograr mantener una fase deseada a la temperatura de
trabajo, se usan óxidos estabilizantes, también llamados dopantes del material.[1]
3.1.2.-Dopantes de la zirconia.
Se ha encontrado que la zirconia, a diferencia de otros materiales polimórficos,
puede ser parcial o totalmente estabilizada con la adición de ciertos óxidos de
alcalino-terreos y metales de transición. Los óxidos más comúnmente usados para
la estabilización de las fases de alta temperatura de la zirconia son: calcia (CaO),
magnesia (MgO), ceria (CeO2) e itria (Y2O3) [2]
. Gracias a la utilización de estos
óxidos dopantes, la zirconia dopada presenta propiedades ampliamente
mejoradas.[1]
La influencia de los dopantes se relaciona con el cambio estructural, debido a
la característica de estos de tener un metal perteneciente a grupos químicos por
debajo del grupo del zirconio (grupo IV). El calcio y el magnesio pertenecen al
grupo II, lo cual ocasiona una deficiencia de dos electrones en la red cristalina. Por
otra parte, el itrio y el cerio pertenecen al grupo III y a los lantánidos
respectivamente, con lo cual se genera una deficiencia de un electrón. Esta

6
deficiencia de electrones, promueve mayor estabilidad a temperatura ambiente de
las formas cristalinas de altas temperaturas (tetragonal y cúbica). Estas estructuras
son más compactas que la monoclínica, ya que la falta de electrones ocasiona una
mayor fuerza de atracción de los átomos entre sí.[2]
3.1.2.1.- Calcia (CaO)
Este material es utilizado como dopante con una proporción entre 6,5-9,5
mol% de CaO y es sinterizado a temperaturas entre 1700-1900 °C. Un enfriamiento
rápido (>500 °C/h) hasta cercanos los 800 °C, resulta en la precipitación de
partículas tetragonales de zirconia de aproximadamente 10 nm entre los granos
cúbicos. Generalmente, el tratamiento térmico para promover el crecimiento de
estas partículas es llevado a 1300 °C. En la Figura 3, se puede apreciar el diagrama
de fases correspondiente a la zirconia-calcia.[2]
C
T T + C
T + CaZr4O9
Figura 3: Diagrama de fase binario ZrO2 – CaO.[3]
M
M + T
M + CaZr4O9

7
3.1.2.2.- Magnesia (MgO)
Es el más usado a nivel comercial, debido a que la estructura formada en el
tratamiento térmico mejora las propiedades mecánicas. Comercialmente la zirconia
contiene entre 8 mol% y 10 mol% de MgO, obteniéndose una mezcla de fase
cúbica y tetragonal luego del tratamiento térmico.
La Figura 4 muestra el diagrama de fases zirconia-magnesia.[2]
3000
L
2500
C + L
Temperatura(°C)
CC + T2000
C + MgOT
14001500
Figura 4: Diagrama de fase binario ZrO2 – MgO.[3]
1000
1240
M + MgO
T + MgO
0 10 20 30
MgO mol%100% ZrO2

8
3.1.2.3.- Ceria (Ce2O)
Otro óxido usado como dopante es el óxido de cerio, el cual es un lantano. Se
utilizan contenidos entre un 8 y 20 mol% para obtener microestructuras
completamente tetragonales. Las temperaturas típicas para la sinterización están
entre los 1400 - 1600 °C. La zirconia dopada con ceria, presenta propiedades
mecánicas máximas de resistencia a la compresión, a una composición de 12 mol%
de CeO2.
En la Figura 5 se muestra el diagrama binario zirconia-ceria.[2]
Figura 5: Diagrama de fase binario ZrO2 – CeO2.[3]

9
3.1.2.4.- Itria (Y2O3)
La zirconia estabilizada con la adición de 2-8 mol% de Y2O3
[2]
, es sinterizada
generalmente, a temperaturas entre 1700-2100 °C. Dependiendo de la composición,
pueden producirse sistemas constituidos por una matriz de granos cúbicos gruesos
(>30 µm) con precipitados tetragonales. Las partículas tetragonales precipitan
durante el enfriamiento a partir de los granos cúbicos. Las tasas de enfriamiento
pueden ser mucho menores de las usadas al dopar con magnesia, por lo cual, se
puede aplicar enfriamiento a tasa natural (dentro del horno). Luego de este proceso,
los precipitados tetragonales son aproximadamente equiaxiales y con tamaños
cercanos a los 20 nm. La adición de este óxido a la zirconia puede estabilizar las
fases cúbica y/o tetragonal como se muestra en la Figura 6.
Figura 6: Diagrama de fase binario ZrO2 – Y2O3
[1]

10
La variedad de propiedades de la zirconia estabilizada con itria, depende de la
cantidad de óxido introducido al sistema, así como de las fases presentes, su
tamaño de partícula y la distribución del tamaño de las partícula. El desarrollo de
propiedades específicas por medio del control del dopaje de la zirconia, ha
generado mucho interés en los últimos años y ha promovido la realización de un
gran número de investigaciones en este campo. Así por ejemplo, se reporta la
elaboración de electrolitos sólidos dopados con 8 mol% de Y2O3 debido a los
excelentes valores de conductividad aniónica que exhibe esta composición.[1,2]
3.1.3 Zirconia parcialmente estabilizada (PSZ)
La zirconia parcialmente estabilizada presenta una microestructura
característica, la cual consiste de granos cúbicos junto a granos dispersos de fase
tetragonal y/o monoclínica.
Las cerámicas PSZ comerciales son usualmente sinterizadas con valores de
temperatura y tiempo, que permitan la formación de una matriz cúbica homogénea.
En estos tipos de cerámicas, las temperaturas de sinterización son relativamente
altas, lo cual genera que el tamaño de los granos sea bastante grande (30 -70 µm).
Luego del tratamiento térmico de sinterización, el sólido es enfriado, y durante el
enfriamiento, se forma un precipitado homogéneo de finas partículas tetragonales
entre los granos cúbicos [4]
.

11
3.1.4 Zirconia totalmente estabilizada (TZP y FSZ)
La zirconia estabilizada en fase tetragonal (TZP) es una cerámica ingenieril
muy popular. Esto se debe a sus excelentes propiedades mecánicas, en especial a
su alto valor de resistencia a la fractura. Esta propiedad está relacionada
directamente con la retención de la fase tetragonal, la cual se transforma a
monoclínica bajo la aplicación de una carga o ante la propagación de una grieta. La
retención de la fase tetragonal en las TZP es dependiente del tamaño de grano y de
la densidad de la cerámica. Estos factores son determinados por las condiciones de
sinterización tales como temperatura y tiempo de tratamiento térmico.[1,2]
La zirconia FSZ es un material con estabilidad total de la estructura cúbica tipo
fluorita. Esto se logra cuando se dopa con cantidades de óxidos divalentes o
trivalentes apropiadas. De acuerdo a los diagramas de fase binarios, la fase cúbica
existe sobre un amplio rango de composiciones y temperaturas. Es importante
destacar que el alto punto de fusión de la zirconia estabilizada en fase cúbica y su
propiedad de ser inerte químicamente, la clasifican como un excelente material
refractario.[1,2]
3.2 Aplicaciones de la zirconia
La zirconia tiene una gran cantidad de aplicaciones, sobre todo en lo
concerniente a materiales refractarios, abrasivos, pigmentos cerámicos,
piezoeléctricos, capacitores, piroeléctricos, cerámicas estructurales, elementos

12
cerámicos de calentamiento, fibras cerámicas, electrolitos sólidos, sensores de
oxígeno y barreras térmicas.
La zirconia dopada con itria puede ser empleada como elemento estructural en
dispositivos con temperaturas de operación de hasta 2400 °C. Sin embargo, las
aplicaciones más comunes de este material tienen que ver con sus propiedades
electrolíticas, las cuales son conocidas desde finales del siglo XIX. Basado en su
capacidad de conducción iónica, se construyen dispositivos como sensores de
oxígeno para aplicaciones que van desde hornos de fusión de acero hasta motores
de combustión interna. Bajo esta modalidad, el dispositivo permite controlar la
cantidad de oxígeno presente. Otra aplicación importante relacionada con esta
propiedad son los electrolitos sólidos para celdas de combustible.[1]
Pese a que la zirconia dopada con itria es superior en sus propiedades a la
zirconia dopada con cualquier otro oxido, su uso se reserva a aplicaciones de alta
tecnología debido a su alto costo.
Por ejemplo, las celdas de combustible , que operan típicamente entre 900 y
1000 °C, son dispositivos donde una alta presión de oxígeno existe de un lado de la
celda (aire) y una baja presión de oxígeno del otro (combustible). Este gradiente
ocasiona que las moléculas de oxígeno acepten electrones del electrodo de aire
para formar iones de oxígeno, los cuales difunden a través de la membrana de
zirconia dopada (electrolito sólido) hacia el electrodo del combustible. Los iones de
oxígeno que alcanzan este punto, entregan sus electrones extras formando
moléculas de oxígeno que se combinan electroquímicamente con el hidrógeno en el

13
combustible. Lo anterior resulta en la generación de una corriente eléctrica en el
circuito externo (entre los electrodos), y en una alta eficiencia y combustión libre de
ruido, cuyos únicos productos de combustión son agua, CO2 y calor. El calor
liberado puede ser utilizado en un ciclo de cogeneración, pudiendo producir una
eficiencia combinada cercana al 80% que es mucho mayor a la alcanzada con los
motores Diesel y las turbinas de gas cuyas eficiencias oscilan entre 25 y 35% [4]
.
3.3 Métodos de síntesis de zirconia vía húmeda
La zirconia puede ser obtenida tanto por vía seca (sinterización reactiva via
sólida) como por vía húmeda. Dado que el desarrollo del presente trabajo se realiza
por vía húmeda, se consideran solamente los métodos de síntesis por este medio.
El desarrollo actual ha permitido obtener zirconia por diversos métodos vía húmeda,
dentro de los cuales destacan: el método de precipitación, la tácnica de sol-gel y la
síntesis hidrotérmica, siendo esta última desarrollable mediante dos metodologías
diferentes para alcanzar las condiciones supercríticas del sol.
3.3.1 Precipitación.
La técnica de precipitación para la obtención de la zirconia, bien sea pura o
estabilizada, constituye un proceso de bajo costo por medio del cual se obtienen
polvos esféricos monodispersos. Por este método, el tamaño de grano y
aglomerados, la forma de las partículas y el área superficial específica pueden ser
modificados dentro de ciertos rangos, mediante el control de las condiciones de
precipitación [1]
.

14
En el trabajo de A. Ghosh y colaboradores[5]
, se obtuvieron polvos de zirconia
estabilizada en fase cúbica por medio de la técnica de precipitación. Estos utilizaron
una solución de nitrato de zirconio (0.1M), dopada con nitrato de itrio (9 mol%). Las
muestras fueron secadas a 110°C por 12 horas y luego sometidas a tratamiento
térmico. Los resultados del trabajo de Ghosh, mostraron que a 525°C los polvos
cristalizan en la fase cúbica.
3.3.2 Sol-gel.
En el proceso de obtención de zirconia por vía sol-gel, se forman partículas
coloidales muy pequeñas, usualmente, por hidrólisis de compuestos orgánicos de
metales (alcóxidos) o sales. Estas partículas coloidales miden normalmente
alrededor de 3-4 nm. La hidrólisis controlada y la condensación entre partículas,
conllevan a la formación de una matriz polimérica que rigidiza la solución y permite
la formación de un gel sólido. Dependiendo de las condiciones del medio de
síntesis, el gel puede estar compuesto por especies como hidróxidos y
oxihidróxidos[1]
.
Una ventaja de este procedimiento es que se pueden lograr mezclas de
diferentes óxidos coloidales para formar un gel que es molecularmente homogéneo.
Otra ventaja es que el gel puede ser moldeado en la forma geométrica del objeto
deseado.

15
Entre las desventajas de la metodología sol-gel destaca que las materias
primas para el proceso, son generalmente, costosas y que el cuerpo moldeado
tiende a romperse durante el secado y la calcinación (debido a la contracción
sufrida).
3.3.3 Síntesis hidrotérmica.
La síntesis hidrotérmica aplicada a la producción de polvos cerámicos, es un
proceso químico el cual se basa en someter la solución precursora a temperaturas
que van desde 100 ° hasta 374 °C y a presiones que pueden alcanzar los 15
Mpa[1]
.
Cuando los precursores (normalmente óxidos o hidróxidos) son calentados,
sus solubilidades aumentan y eventualmente existe suficiente concentración de los
componentes en solución para que comience la formación de una fase oxídica más
estable.
Entre las ventajas derivadas del empleo del método hidrotérmico, destaca que
no es necesario el proceso de calcinación requerido por los procesos sol-gel y
precipitación para obtener la fase oxídica; adicionalmente, se evitan las impurezas y
defectos estructurales asociados con la molienda.

16
3.3.3.1 Autoclave (síntesis hidrotérmica convencional) .
En este método, la muestra es colocada dentro de un autoclave a cierta
temperatura y presión la cual es determinada para cada tipo de solución procesada.
En el trabajo elaborado por G. Dell’Agli y G Mascolo, usaron como reactivos:
ZrCl4, agua destilada y oxido de itrio comercial. Se hicieron soluciones desde 1
hasta 25 mol% de Y2O3, luego se agregó carbonato de sodio para controlar el pH.
La muestra se dejó en el autoclave por 7 días. En los resultados indicaron que la
cristalización está influenciada por el tiempo de permanencia de la muestra en el
autoclave, además de un alto pH. Otro factor determinante fue el porcentaje de itria,
donde se obtuvieron fases monoclínicas y tetragonales con 1 y 6 mol% de itria. A
porcentajes superiores se estabilizó la fase cúbica.[5]
3.3.3.2 Microondas.
El método hidrotérmico- microonda consiste en bombardear con microondas
de 2,45 GHz de frecuencia, una muestra encerrada dentro de un envase hermético.
Para lograr mantener la muestra en un sistema cerrado, se requiere de un equipo
denominado bomba de digestión de microonda.
Las ventajas principales de la síntesis hidrotérmica-microonda sobre la
hidrotémica convencional con autoclave son:
(a) calefacción rápida a la temperatura deseada

17
(b) cinética extremadamente rápida para la cristalización lo cual se traduce en
ahorro de tiempo y de energía.
(c) síntesis de nuevos materiales.
Este método reduce el tiempo de formación de los soles de zirconia en dos
órdenes de magnitud con respecto a la síntesis hidrotérmica clásica.
En un trabajo realizado por Y. Khollam y sus colaboradores, se usaron varios
reactivos como: nitrato de zirconil, cloruro de itrio e hidroxido de potasio para
controlar el pH. Esta preparación se mezcló de manera de alcanzar un dopaje final
de 7 mol% de itria y un pH de solución precursora de 10. La preparación se coloca
en un equipo MARS-5, el cual es un equipo de microondas con regulación de
temperatura (200°C) y de presión interna (194 psi). En la síntesis, realizada por
espacio de 5 minutos, se lograron fases cristalinas de zirconia cúbica, pero es
requerido un tratamiento térmico de 800°C para una mejor cristalización. Katsuki y
sus colaboradores corroboraron la velocidad de sintetización de este proceso
obteniendo resultados similares. [7,8]
3.3.3.2.1.- Bomba de digestión para microonda.
Es un recipiente químico-inerte y sellado, en el cual la calefacción producida
por el equipo microonda puede utilizarse para una disolución rápida de la muestra.
El equipo se coloca directamente en un horno microonda para promover una
calefacción de alta velocidad en el contenido, reduciendo drásticamente el tiempo
requerido para disolver o para digerir una muestra analítica (ver Figura 7). El uso de

18
esta bomba de digestión permite el uso de hornos microondas convencionales con
ciertas limitaciones.[10]
Figura 7: Bomba de digestión
para microonda. [9]
La acción agresiva de la digestión, producto de las altas temperaturas y
presiones generadas en estas bombas, dan lugar a tiempos notablemente cortos de
digestión. Además, no hay pérdida de materia volátil por la hermeticidad del
recipiente, y las partes sensibles del horno de microonda no están sujetas a los
vapores ácidos corrosivos. Debido a que la calefacción se desarrolla internamente,
las temperaturas en el cuerpo externo raramente excederán 50°C.
La corta duración del ciclo (aproximadamente de 20 a 30 minutos, incluyendo
el enfriamiento) ofrecida por este procedimiento,[10]
permite que las digestiones sean
realizadas en pasos múltiples.

19
Para conseguir una estimación preliminar del índice de calefacción eficaz del
horno de microonda, se puede calentar una cantidad pequeña de la muestra en un
recipiente de digestión abierta, y luego observar el tiempo requerido para que este
alcance el punto de ebullición.
Las presiones de funcionamiento van hasta 1200 psi (8,27Mpa) y temperaturas
hasta 250°C, las cuales se pueden desarrollar con seguridad, pero estos límites no
deben ser excedidos. [9]

CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA
4.1.- Materiales y equipos utilizados.
En la elaboración del proyecto se utilizaron los siguientes materiales y equipos,
con el fin de obtener una solución que gelifique de una manera óptima, sin que
precipite ninguno de los óxidos deseados.
4.1.1.- Materiales.
Los materiales utilizados en el proyecto se describen en la Tabla 1.
Tabla 1: Materiales utilizados.
Reactivo Marca / Modelo
Ácido acético glacial (CH3COOH) Baker analyzed (99.9%)
Agua destilada
n-propóxido de circón (Zr(OC3H7)4)
Aldrich Chemical C.O. (70% en solución
en propanol-1)
Nitrato de itrio hexahidratado
(Y(NO3)3.6H2O)
Aldrich Chemical C.O.
Propanol 1 grado analítico IQE (99%)
Sílica gel seca

21
4.1.2.- Equipos
A continuación se listan los equipos usados con el fin de sintetizar y
caracterizar el producto obtenido.
4.1.2.1.- Síntesis.
En esta parte del proceso de preparación se utilizaron los equipos indicados
en la Tabla 2.
Tabla 2: Equipos utilizados en la síntesis del compuesto.
Equipo Marca / Modelo
Balanza analítica.
Máximo 200+0,0001 g
Dilon DX 2456
Bomba de digestión para microonda Parr Instruments 4782
Bomba de succión de vacío y
campana de desecado
Marca General Electric Motors
Crisoles de porcelana, alúmina y platino
Envases herméticos y beakers
de tamaños variados
Estufa con temperatura
máxima de 250 + 5 °C
Memmert UM-400
Horno eléctrico con temperatura
máxima de 1600 + 1 °C
Keith EMSK12

22
Continuación de Tabla 2: Equipos utilizados en la síntesis del compuesto.
Kitazato, tapón de goma y
embudo de filtración de porcelana
Microonda de 1150 W Marca LG Electronics
Mufla con temperatura
máxima de 1000 °C
Thermolyne 1400 Furnace
4.1.2.2.- Caracterización.
Para llevar a cabo la caracterización de los polvos obtenidos se necesitaron
los equipos descritos en la Tabla 3.
Tabla 3: Equipos usados en la caracterización.
Equipo Marca / Modelo
Analizador de área superficial Micrometrics ASAP-2000
Balanza analítica.
Máximo 200+0,0001 g
Dilon DX 2456
Difractómetro de rayos X Philips Vax RD
Equipo para medir el pH Hanna Instruments HI 8424
Metalizador de muestras Marca BAL-TEC CEA035
Microscopio electrónico de barrido Philips XL30

23
4.2.- Esquema experimental.
La Figura 8 resume las fases que se realizaron en la elaboración de la
presente investigación, la cual se desarrolló en cuatro etapas. Cada una de las
fases determina una serie de pasos que se describen en una manera mas detallada
en el desarrollo experimental del proyecto.
Preparación del precursor
Tratamiento hidrotérmico-microonda
Dopaje del precursor
Caracterización de las muestras
Figura 8: Esquema experimental del proyecto.
4.3.- Descripción de la metodología experimental.
4.3.1.- Fase 1: Preparación del precursor de zirconia.
La preparación del precursor de zirconio se llevó a cabo siguiendo el
procedimiento desarrollado por Vesteghem y sus colaboradores.[10]
Para ello se

24
utilizó n-propóxido de zirconio (Zr(OC3H7)4) como fuente de zirconio. Este precursor
es muy usado, pero tiene una alta reactividad frente a agentes nucleofílicos como el
agua; debido a esto, se practicó una modificación química del alcóxido con ácido
acético para disminuir su reactividad frente al agua. De esta manera, se obtuvo un
precipitado de oxiacetato de zircón. La reacción de formación del oxiacetato de
zirconio, a partir del propóxido de zirconio se muestra en la Ecuación 1.
Zr(OPr)4 + RAcOH →ZrO1.33(OAc)1.33 + 2.66PrOH+1.33AcOPr (Ecuación 1)
Donde:
Pr = (C3H7). Ac = (CH3CO).
PrOH = propanol –1 (n propanol). Zr(OPr)4 = propóxido de zirconio.
AcOPr = acetato de propilo. ZrO1.33(OAc)1.33 = oxiacetato de zirconio.
R > 2.66 (para que ocurra una modificación completa)
Para la preparación del oxiacetato de zirconio, se mezclaron 500 ml de
propóxido de zirconio con 300 ml de ácido acético glacial en un recipiente de vidrio
hermético. Seguido a esto, la mezcla fue colocada en digestión dentro de una estufa
a 50 °C por un lapso de 48 horas, para acelerar la reacción. Este precipitado fue
sometido a un proceso de lavado con propanol-1, con la finalidad de eliminar los
subproductos presentes (acetato de propilo de color amarillento). El lavado fue
asistido con una filtración al vacío (kitazato y embudo de porcelana) para garantizar
la eliminación en su totalidad, de los subproductos. Posteriormente, el oxiacetato de
zirconio se secó en la estufa por 24 horas a 100 °C, con el propósito de eliminar

25
todo el propanol-1 proveniente del lavado. Finalmente, fue disuelto en agua
destilada. La disolución del polvo obtenido con agua destilada es lo que
denominaremos en el presente trabajo como “precursor de zirconia”. En la Figura 9
se muestra esquemáticamente el procedimiento seguido para la preparación del
precursor de zirconia. Los cálculos para su elaboración se encuentran en los
Apéndices 1 y 2.
Preparación del precursor
n-propóxido de zircón + ácido acético
Digestión a 50 °C por
48 horas.
Lavado de subproductos con propanol-1
(filtración al vacío)
Secado a 100 °C
por 24 horas.
Preparación de solución 1M con agua
destilada
Figura 9: Elaboración del precursor de zirconia.
4.3.2.- Fase 2: Dopaje del precursor de zirconia.
El siguiente paso fue la obtención del precursor de zirconia estabilizada a partir
del precursor obtenido en el paso anterior y la adición de itria al sistema. Para

26
efectuar el dopaje se añadió el nitrato de itrio al precursor de zirconia, agitando
hasta disolver totalmente. La proporción de nitrato de itrio se fijó de forma de
obtener concentraciones de 3 y 8.mol% de Y2O3, en los polvos tratados
térmicamente, debido a la continuidad que se quiere realizar para comparar con
trabajos anteriores.
Un problema presentado durante la adición del nitrato, es la propiedad
higroscópica del reactivo utilizado. Para solucionar este inconveniente, el nitrato de
itrio es sometido a un proceso de desecación en una campana de vacío en
presencia de sílica gel. El vacío se logró mediante una bomba de succión de vacío.
En el Apéndice 3 se muestran los cálculos realizados para determinar el peso
de nitrato agregado al precursor de zirconia para conseguir las composiciones
deseadas. La figura 10 esquematiza lo anteriormente descrito.
Figura 10: Elaboración del precursor de zirconia estabilizada.
Precursor de zirconia
1M
Desecado al vacío del
nitrato de itrio en
presencia de silica gel
con nitrato de itrio
3% mol de Y2O3 8% mol de Y2O3

27
4.3.3.- Fase 3: Tratamiento hidrotérmico microonda.
Una vez elaborado el precursor de zirconia dopado, se procedió a someterlo al
tratamiento de microondas dentro de la bomba de digestión de microonda, mediante
un microondas domestico LG.
Se colocaron 20 ml. de precursor de zirconia dopado dentro del vaso de teflón
interno de la bomba de digestión. Se procedió a colocar el reactor dentro del horno
microondas por un lapso de 2:00 minutos a una potencia del 40 % del equipo. Una
vez concluido el ciclo, se retiró del horno microondas, se enfrió y se abrió el reactor
para liberar los gases producidos. Se cerró y se introdujo nuevamente en el horno
microondas, con un ciclo programado de 2:20 minutos al 40 % de la potencia del
equipo. Este nuevo tiempo se fija al aumentando entre un 15 y un 20 % e tiempo de
exposición a la radiación, eligiéndose un 17 % más del tiempo usado anteriormente.
Esto se debe a que el ciclo anterior eliminó en gran parte en óxido nitroso producido
por la descomposición del nitrato, lo que permite aumentar en una medida prudente
la temperatura de la muestra contenida en el vaso de teflón sin exceder la presión
máxima aceptada por la bomba de digestión, y de esta manera obtener una
suspensión de partículas nanométricas de óxido dopado. A continuación, la solución
resultante es colocada dentro de la estufa a 100°C por un lapso de 24 horas para
obtener los polvos tratados.
Este proceso se repitió en 5 ocasiones para cada concentración molar de itria.
Posteriormente se midó el pH a cada muestra.

28
Finalmente, las muestras fueron sometidas a un tratamiento térmico realizado
en atmósfera de aire, en un horno eléctrico o una mufla y a una velocidad de
calentamiento de 5 °C/min; las temperaturas alcanzadas fueron 600, 800, 1000 y
1200°C (con tiempo de estabilización de una hora para cada temperatura). También
se guardó una muestra de cada concentración de dopante, sin hacerle tratamiento
térmico. En la Figura 11 se muestra el esquema de este procedimiento.
Tratamiento hidrotérmico-microonda (TMH)
Figura 11: Tratamiento del precursor de zirconia dopado
con microondas.
Tratamiento de 2:00 minutos de
duración con 40% de la potencia.
Se coloca 20 ml. de precursor
dopado en el vaso del reactor
Tratamiento de 2:20 minutos de
duración con 40% de la potencia.
Enfriamiento y liberación de
gases
Secado a 100 °C
por 24 horas.
Polvos sin
tratamiento térmico
Tratamiento térmico durante 1 hora
(600, 800, 1000 y 1200°C)

29
4.3.4.- Fase 4: Caracterización de los polvos obtenidos.
En el desarrollo de la fase final del proyecto, se realizó difracción de rayos X a
los polvos obtenidos, a fin de determinar las fases presentes a 800 y 1200 °C,
además de los polvos sin tratar térmicamente, para tener una idea de lo ocurre en
todo el rango de temperaturas. También, se midió el tamaño de cristalito. Se realizó
el ensayo de BET, mediante el cual se determinó el área superficial especifica de las
muestras, de igual manera, microscopía electrónica de barrido con el fin de
determinar la morfología de los polvos elaborados a 1200°C, ya que esta es la
máxima temperatura de sinterización utilizada. Finalmente, se estimó la pérdida de
masa producto de los tratamientos térmicos empleando una balanza analítica. Una
esquematización de los ensayos de caracterización se aprecia en la figura 12.
Caracterización de los polvos
Polvos tratados térmicamente y
sin tratamiento térmico
Perdida de
masa
Difracción de
rayos X (DRX)
Microscopía
electrónica de
barrido (MEB)
Área superficial
de polvos.
(BET)
Figura 12: Caracterizaciones realizadas a los polvos obtenidos.

30
4.3.4.1.- Difracción de rayos X
El ensayo de difracción de rayos X se realizó usando radiación de cobre (Kα ),
λ = 1.5408 Å. Este ensayo permitió la identificación de fases presentes y la
estimación del tamaño de cristalito.
La identificación de fases presentes fue realizada por comparación con las
fichas del programa PCPDFWIN [11,12]
(Apéndice 4), mientras que el tamaño de
cristalito fue obtenido por el método de ancho de pico a media altura (“Line
broadening”). La medición del tamaño del cristalito se realizó considerando el ancho
a media altura de los picos correspondientes a los planos de difracción (111) para la
zirconia cúbica, y (101) para la fase tetragonal. El tamaño de cristalito se calculó a
partir de la Ecuación 2.[1]
θβ
λ
cos
51
×
×
=L (Ecuación 2)
donde:
L = Tamaño de cristalito
β = Ancho del pico a media altura en grados
θ = Angulo del pico en grados
λ = Longitud de onda

31
4.3.4.2.- Medición de la superficie específica.
La superficie específica total de un sólido es la suma de la superficie externa
más las paredes de los poros, hendiduras y cavidades del material.[14]
La medida de
esta área por el método empleado está basada en la fisisorción de un gas sobre el
sólido con una monocapa de adsorbato.[14]
Si se conoce el área de una molécula de
adsorbato, se puede calcular el área superficial del sólido midiendo el número de
moléculas de gas adsorbidas[1]
. En la medida de la superficie específica por
adsorción de gas, tiene gran importancia el tratamiento previo de la muestra
(desgasificación). De esta forma, se evitan posibles desviaciones experimentales.
En el presente trabajo, la desgasificación se llevó a cabo a 250 °C hasta alcanzar
las condiciones de operación requeridas. El área superficial específica, se determinó
por el método de adsorción de nitrógeno a 77 K de un punto BET (Brunauer,
Emmet y Teller) [13]
, con una isoterma de cinco puntos.
4.3.4.3.- Microscopía Electrónica de Barrido.
Para el estudio morfológico se empleó un microscopio electrónico de barrido
(MEB) marca Philips XL30. Previo al estudio, las muestras fueron preparadas
según el siguiente procedimiento: se agregó acetona a cada muestra en polvo y
luego se dispersó en ultrasonido por 2 minutos aprox. Se colocó una gota de la
dispersión sobre teipe de carbono que fue colocado previamente en el portamuestra
y se metalizó con oro 24k. Finalmente, se tomaron las fotomicrografías para
determinar la microestructura a aumentos de hasta 7500X. Es importante destacar
que no se efectuaron estudios microestructurales a mayores aumentos debido a

32
limitaciones operativas del equipo utilizado (enfoque). Un estudio a mayores
aumentos hubiera permitido definir con claridad la forma y tamaño de las partículas
primarias que conforman los polvos.
4.3.4.4.- Pérdida de masa.
Para la determinación de la pérdida de masa, los pesos de cada muestra
fueron registrados antes y después del tratamiento térmico aplicado, mediante el
uso de una balanza analítica. Según la diferencia de masa registrada, se calculó el
porcentaje de pérdida de masa utilizando la Ecuación 3.
100% ×
−
=
inicial
FinalInicial
M
MM
Pm (Ecuación 3)
Donde:
% Pm = porcentaje de pérdida de masa
Minicial = masa del polvo antes del tratamiento térmico.
Mfinal = masa del polvo después del tratamiento térmico.

CAPÍTULO V: PRESENTACION Y DISCUSION DE RESULTADOS
Este capítulo presenta los resultados y el análisis de los mismos, luego de la
caracterización de los polvos de zirconia dopada con itria. La discusión de los
resultados se estructura en cinco aspectos: pH del precursor y del sol obtenido,
fases cristalinas por difracción de rayos X, área superficial (BET), la morfología de
polvos (MEB) y la pérdida de masa debido al tratamiento térmico.
5.1 Análisis del pH de los precursores dopados y de los soles obtenidos.
Para tener una idea del comportamiento de los precursores antes y después
de ser tratados por el equipo de microonda, se realizó una medición del pH, a cada
uno de los precursores dopados (3% y 8% Y2O3). De igual manera, se midió el pH
luego del tratamiento. Los resultados obtenidos se encuentran en el Apéndice 5. En
la Figura 13 se muestran los valores del pH de las distintas muestras tratadas así
como el pH de los precursores.
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
Precursor Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5
pH
3 mol % 8 mol%
Figura 13: Valores de pH en el tratamiento hidrotérmico microondas.

34
El comportamiento presentado por los precursores en función del pH,
posiblemente se deba al tipo de polimerización que manifiesta cada uno de los
óxidos formados. La polimerización de los cationes de zirconio se desarrollan en un
medio ácido, en cambio, para la itria se llevan a cabo en un medio mas neutro.[14]
La adición de una mayor cantidad de nitrato incrementa la acidez del medio
en donde se encuentra. Pero al llevar a cabo las reacciones de gelificación, para
una posterior formación del sol, se desencadena una variación del pH, producto de
un equilibrio entre los iones presentes. Si se observa la Figura 13, al incrementarse
el contenido de itria en la solución, el pH tiende a hacerse menos ácido. Sin
embargo, tanto la solución 3 mol% como la 8 mol% se mantienen en un rango
cercano, siendo los valores promedios 2,47 y 2,07, respectivamente. Esto indica que
el equilibrio de especies en solución posiblemente no tiene una fuerte influencia en
el pH final.
5.2 Fases cristalinas (DRX)
Los polvos de zirconia dopada, tratados térmicamente a 800 y 1200 °C, y el
polvo sin tratar térmicamente, fueron caracterizados por difracción de rayos X para
identificar la naturaleza de las fases cristalinas y la influencia de la cantidad de
dopante en la cristalización de los polvos.
Es importante señalar que para ambos casos de dopaje, se tiene cierta
cristalinidad presente, que corresponde a zirconia en fase cúbica luego del THM sin
aplicar sinterización. Esto es algo nuevo, ya que en trabajos elaborados

35
previamente por métodos hidrotérmicos con autoclave, no se obtienen fases
cristalinas, sino un compuesto amorfo. [1]
Después de analizar cuidadosamente los patrones de estos patrones de
DRX, se observa que la fase cúbica de zirconia estabilizada con itria se forma solo
con el tratamiento hidrotérmico de microondas (THM) sin requerir la sinterización de
las muestras. Todos los picos característicos de esta fase están presentes, pero con
una cristalinidad comparativamente pobre. Esto había sido demostrado previamente
por Y. Khollam y sus colaboradores[7]
en su trabajo de obtención de zirconia dopada
con itrio mediante THM, consiguen los mismos resultados en un medio básico.
De igual manera, se hace un estudio a las muestras sinterizadas a 800 ºC,
encontrándose picos similares a los anteriores, pero se aprecia un notable
incremento en la cristalinidad de los polvos dopados. Esto es apreciable al notar el
aumento de la intensidad y de lo agudo de los picos. Ver las Figuras 14 y 15. En el
Apéndice 4 se encuentran los datos numéricos de los difractogramas.
Las muestras tratadas a 1200 ºC reflejan una alta cristalinidad, pero su
comportamiento es distinto con el porcentaje de dopante.
Destaca como se agudizan los picos debido al crecimiento de los cristales al
aumentar la temperatura de tratamiento térmico. Este crecimiento se corrobora más
adelante en el ensayo de BET.

36
c = cúbica
temperaturas.
t = tetragonal
n = fase no identificada
n
c
c c
1200 °Ct
Intensidadrelativa(u.a.)
tc t
n
c
800 °Cc ccn
Sin
tratamiento
térmico
c cc c
5 10 20 30 40 50 60 70
2θ
n
c
c
c
c
1200 °Cc
n
Intensidadrelativa(u.
c
800 °Ccc
c cn
Sin
tratamiento
térmicoc
c cc
5 10 20 30 40 50 60 70
2θ

37
temperaturas.
Para la muestra dopada con 3 mol% de itrio y tratada térmicamente a 1200
°C, se puede apreciar una transformación polimórfica. Esta posibilidad se deba a
esfuerzos asociados a la temperatura utilizada, dando lugar a una transformación
parcial de la fase cúbica a fase tetragonal.[1,15,16]
Sin embargo, esta inestabilidad es
predecida en el trabajo de Y. Khollam y sus colaboradores[7]
, que llegan al mismo
resultado con una zirconia estabilizada, donde ellos concluyen que la fase cúbica es
estable hasta 800 ºC y por encima de esta temperatura, la fase cúbica coexiste con
otra fase.[7]
La fase tetragonal es representada por los picos a 2θ = 29,899; 2θ = 59,136 y
2θ = 59,219. Todo parece indicar que el resto de los picos característicos se
solapan con los de la zirconia en fase cúbica.
Por otra parte, el comportamiento de la muestra dopada con 8 mol% de itria,
el comportamiento se mantiene similar a en las tres temperaturas analizadas, con
una fase cúbica claramente demarcada por los picos característicos de dicha fase.
La presencia de la fase cúbica como única fase presente, corrobora lo
reportado en la literatura sobre este sistema (ZrO2–8 mol%Y2O3). Por ejemplo, T.
Okubo y sus colaboradores[15]
, quienes prepararon zirconia dopada a partir de
alcóxidos de zirconia y sales de itrio (8 mol%), observaron que con tratamientos
térmicos desde 500 °C solamente cristaliza la fase cúbica.

38
Se debe señalar la aparición en todos los difractogramas, de un pico de
intensidad relativamente importante que no fue posible identificar; este pico
señalado como (n) corresponde a 2θ = 26°. Esto se debe, a que cuando se intenta
relacionar este pico, con el resto de los picos presentes en el difractograma, no se
identifica un elemento o compuesto que sea un subproducto de las reacciones
empleadas, o un contaminante que pueda estar presente en los reactivos utilizados.
Por esta razón, se conseguiría indicar que la fase no identificada podría provenir de
algún contaminante producto de la manipulación experimental.
El efecto de la temperatura de tratamiento térmico sobre el tamaño de
cristalito se muestra en la Tabla 4.
Tabla 4: Tamaños de cristalitos (nm) para ZrO2 dopada con 3 y 8 mol% de Y2O3.
ZrO2 3 mol% Y2O3 ZrO2 8mol% Y2O3
Cúbica Tetragonal Cúbica
Condición
experimental
2ө=30,5 2ө=30,2 2ө=30.3 [*]
2ө=30,5 2ө=30,3 [*]
Sin tratar 16,8 - - 16,8 -
800 °C 27,14 - 11,5 27,14 8,0
1200 °C 40,70 27,11 19,5 40,70 19,6
Nota: (1) Los valores denotados por [*] son reportados en investigaciones anteriores
realizadas en la USB. [1]
(2)Las diferencias de 2ө corresponden a tarjetas de DRX distintas.

39
A medida que aumenta la temperatura, se observa un incremento en el
tamaño de cristalito de las muestras. La tasa de crecimiento de éstos es similar para
las muestras de diferentes composiciones, es decir, no hay diferencias marcadas
entre los valores reportados al variar la cantidad de dopante. Lo que pareciera
ocurrir, es que al mantener la fase cúbica, el cristalito se comporta igual, sin importar
dopante o la aparición de una nueva fase dentro del sistema.
Comparando con los resultados obtenidos en el estudio de E. Mari[1]
, el
tamaño de cristalito en un THM, es mayor al que se obtiene en una síntesis de
cooprecipitación. En la Tabla 4 se encuentran los resultados de este trabajo.
5.3 Área superficial (BET)
En la Figura 16, se aprecia el comportamiento del área superficial obtenida
para las muestras de zirconia dopadas, sin tratar y tratadas térmicamente a
diferentes temperaturas. Los valores específicos de la gráfica se encuentran en el
apéndice 6.

40
0
50
100
150
200
250
0 200 400 600 800 1000 1200
Temperatura (°C)
ÁreaSuperficial(m
2
/g)
3 mol%
8 mol%
3 mol% bibliografía
8 mol% bibliografía
Figura 16: Área superficial de los polvos de zirconia dopada.
Se puede observar que al tener una mayor concentración del dopante, el
proceso de disminución del área superficial es menor en todo el rango de
temperatura. La disminución corresponde casi a un orden de magnitud por cada
incremento de temperatura. La tendencia del área superficial específica es similar
entre las muestras, se observa la reducción de éste parámetro con el aumento de la
temperatura.
Este comportamiento es debido posiblemente, al crecimiento de los cristalitos,
la densificación de los polvos, además de la sinterización entre partículas y la
formación de partículas de mayor tamaño.
Los valores de área superficial obtenidos (199 m2
/g para 3 mol% de Y2O3 y
192 m2
/g para 8 mol% Y2O3) superan por un pequeño margen a los obtenidos por Y.
Khollam y sus colaboradores[8]
en su trabajo, quienes obtienen 125 m2
/g en polvos
sin tratamiento térmico.

41
Si se compara con la tesis de E. Mari[1]
, el área superficial de los polvos
obtenidos a 800°C, es superior en el THM, no así con los polvos tratados
térmicamente a 1000 y a 1200°C, como se observa en la Figura 16 (véase Apéndice
7 para los valores numéricos).
H. Reveron [16]
trabajó con zirconia dopada con ceria (CeO2) 6 y 12 mol%
sintetizada hidrotérmicamente y obtuvo valores de área superficial específica
superiores (24.5 y 22.5 m2
/g respectivamente para cada composición) luego de
tratamiento térmico a 800 °C con 1 hora de estabilización a esa temperatura. En
este trabajo se obtiene casi el doble (30,1 m2
/g para 3 mol% de Y2O3 y 41,1 m2
/g
para 8 mol% Y2O3) bajo las mismas condiciones, por lo cual el catión itrio en un
THM pareciera favorecer el aumento del área superficial, como lo predice la teoría.
Para las temperaturas de 1000 y 1200ºC, hay una alta sinterización de los
polvos obtenidos, obteniendo áreas de apenas un orden de magnitud, posiblemente
debido a la difusión y compactación de las partículas previamente obtenidas.
5.4 Análisis morfológico de los polvos
En las Figuras 17 y 18 se muestran las fotomicrografías de los polvos de
zirconia dopada con itria luego de realizado el tratamiento térmico a 1200 ºC.

42
con tratamiento térmico a 1200 °C y a un aumento de 7500x.
con tratamiento térmico a 1200 °C y a un aumento de 7500x.
En ambos casos, puede observarse que las partículas pareciesen ser un
aglomeramiento de partículas de tamaños muy pequeños. Visualizando la micro
marca, estas partículas pudiesen tener un tamaño cercano a los 100 nm. Debido a

43
la calidad de las fotos, es difícil apreciar de una manera más certera los detalles de
las partículas.
Estas finas partículas primarias deben su tamaño al proceso de preparación
de los polvos empleado. Esta partículas su funden unas con otras al alcanzar
temperaturas mayores de 800°C, lo que se aprecia claramente con la brusca
disminución del área específica. La fusión de las partículas iniciales genera estas
partículas primarias con apariencia de aglomerados.
Estos tamaños de partículas observados en las Figuras 17 y 18, pueden ser
de alguna manera corroborados a partir de información tomada de los resultados de
área superficial específica. Suponiendo geometría esférica y densidad teórica de las
partículas, es posible estimar un diámetro aproximado de partícula basados en los
cálculos realizados por J. Reed [17]
. Los diámetros calculados para las partículas
primarias de zirconia con tratamiento térmico a 1200 °C son mostrados en la Tabla 5
(ver cálculos en Apéndice 8).
Tabla 5: Diámetro de partícula de los polvos tratados térmicamente a 1200 °C.
Polvo dBET
ZrO2-3% Y2O3 10,4 µm
ZrO2-8% Y2O3 6,29 µm

44
Los valores de diámetro calculados permiten suponer que las partículas
observadas en las fotomicrografías son partículas primarias, en ambos casos y no
aglomerados de partículas de menor tamaño.
En la Figura 19 se puede apreciar una comparación entre los diversos
diámetros calculados, por diferentes métodos.
0
2
4
6
8
10
12
BET MEB DRX (cúbica) DRX (tetragonal)
Diámetro(nm)x10-3
3 mol%
8 mol%
Figura 19: Comparación entre los diámetros encontrados.
Se debe señalar que la discrepancia entre los valores calculados y los
observados por MEB puede deberse a las suposiciones hechas de densidad teórica
y esfericidad de las partículas.
La Figura 19, muestra que los ensayos de MEB y DRX coinciden en el orden
de magnitud de las partículas, en cambio, el ensayo de BET discrepa aumentando
en 103
ese orden de magnitud comparativo. Por lo cual se podría inferir que las
partículas tienen un tamaño del orden de los nanómetros y no del orden de los
micrones.

45
5.5 Pérdida de masa con la temperatura
En la Tabla 6 se muestra el porcentaje de pérdida de masa experimentado por
las muestras de zirconia con y sin dopaje.
Tabla 6: Porcentaje de pérdida de masa con la temperatura.
Zirconia dopada con
3 mol% de itria
Zirconia dopada con
8 mol% de itria
Temperatura % Perdida de masa % Perdida de masa
600 16,2075 19,7865
800 18,1053 21,4095
1000 20,1212 23,5092
1200 20,7872 23,9545
Según lo reportado en la Tabla 6, se aprecia una pérdida en la masa de las
muestras entre un 16 y un 21 % para 3 mol% de itria y entre un 19 y un 24% para
las dopadas con 8 mol% de itria. Es importante señalar que el proceso de síntesis
empleado involucra la retención de gran cantidad de orgánicos que se
descomponen mayoritariamente a temperaturas inferiores a 600 °C. La pequeña
diferencia de pérdida de masa entre muestras dopadas con 3 y 8 mol% de Y2O3
puede atribuirse a la composición inicial de nitratos los cuales se descomponen a
temperaturas inferiores.[16]

46
En la Figura 20, se puede apreciar de manera simplificada lo descrito en la
tabla 7. Se observa que el comportamiento es similar para ambos dopajes.
15
20
25
30
35
40
45
50
500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Temperatura (°C)
Pérdidadepeso(%)
3 mol%
8 mol%
3 mol% (bibliografía)
8 mol% (bibliografía)
Figura 20: Perdidas de masa de los polvos con la temperatura.
Comparando con lo obtenido por E. Mari[1], los porcentajes son inferiores a
los conseguidos por el método de cooprecipitación, pero la tendencia de pérdida de
masa es similar, pudiéndose apreciar en la Figura 20 dicho comportamiento y en el
apéndice 7 los valores de este estudio.
En base a todos los resultados reportados, se demuestra que no es
necesario modificarle el pH ácido al precursor, llevándolo a un medio básico como
en el estudio de Y. Khollam y sus colaboradores[8]
. Es posible sintetizar zirconia
nanométrica dopada con itria mediante el método hidrotérmico-microondas, a través

47
de un equipo de microondas domestico sin la necesidad de equipos costosos para
bombardear con este tipo radiación.

CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1.- Conclusiones
• Se comprobó que se pueden obtener polvos de zirconia completamente
estabilizada (3 y 8 mol% de Y2O3) por tratamiento hidrotérmico microondas en
un medio ácido a temperaturas relativamente bajas (menos de 250 °C).
• Se logra obtener un precursor de zirconia con los reactivos seleccionados, para
su posterior dopaje con nitrato de itrio como fuente del catión estabilizante de la
zirconia, y a partir de este obtener los polvos requeridos.
• Los polvos obtenidos poseen una fase completamente cúbica cuando se dopan
con 8 mol% de itria. Los polvos dopados con 3 mol% de itria tienen fase cúbica
hasta 800ºC, y a 1200ºC coexisten la fase cúbica y la tetragonal. Tal como se
podría inferir del diagrama binario.
• El incremento del tamaño de cristalito va directamente relacionado al aumento
de temperatura para ambas concentraciones de dopante.
• Se hace necesario aplicar un tratamiento térmico de 800 °C, para obtener un
producto bien cristalizado.

48
• La aptitud a la sinterización de los polvos dopados con 3 mol% de itria pareciera
ser superior a la observada con 8% de itria, lográndose valores mínimos de área
superficial específica de 0,62 m2
/g luego de tratamiento térmico hasta 1200 °C.
• Los polvos tratados térmicamente a 1200 °C parecieran estar constituidos por
aglomerados o agregados de partículas de tamaño nanométrico, los cuales se
fusionan a esta temperatura.

49
6.2.- Recomendaciones
• Dado el grado de innovación del presente trabajo, y en vista de los resultados
promisorios, es recomendable repetir la metodología experimental con
variaciones en las condiciones experimentales para obtener los parámetros
óptimos de trabajo.
• Realizar un nuevo estudio morfológico para otras condiciones o con otro equipo
que permita una mejor observación de los polvos obtenidos.
• La bibliografía reporta a 800 °C como la temperatura más adecuada para ZrO2
dopada con Y2O3, sin embargo a esta temperatura no se pudo realizar por
limitaciones dentro del proyecto. Por lo tanto seria recomendable tomar en
cuenta esta temperatura para futuros ensayos.

CAPÍTULO VIII: BIBLIOGRAFÍA
[1] MARI, Eduardo. “Síntesis de polvos de zirconia estabilizada con itria por un
proceso de vía húmeda”. Tesis de pregrado. USB. Abril 2002, pp 4-50.
[2] KISI, E. H., C. J. Howard, “Crystal Structures of Zirconia Phases and their
Inter-Relation”, en: E. Kisi (Ed.), Zirconia Engineering Ceramics, TTP, 1998,
pp.1-36, 241-250, 251-300.
[3] http://surphy.fat.bme.hu/pub/MaterSci/T10.DOC.pdf. Revisada en Junio de
2003.
[4] RICHERSON, D., “Modern Ceramic Engineering”, Marcel Dekker, 1992, pp.
211-220
[5] GHOSH, A., Dharni Upadhyaya y Ram Prasad, “Primary crystallization
behavior of ZrO2-Y2O3 powders: in situ hot-stage XRD technique”, J. of Mat.
Sci. Lett., 85, 2002, pp. 2.399-2.405.
[6] DELL’AGLI, G., G. Mascolo “Hidrotermal syntesis of ZrO2-Y2O3 solid solutions
at low temperature”. J. of European Ceramics Society, 20. 2000, pp.139-145.
[7] KHOLLAM, Y. B., A.S. Deshpande, A. J. Patil., H. S. Potdar, S. B. Despande y
S. K. Date. “Síntesis of yttria stabilized cubic zirconia powders by microwave-
hydrothermal route”. Materials chemistry and physics 2001. Volumen 71,
número 3. 2001, pp 235-241.
[8] KATSUKI, Hiroaki y Sachiko Furuta, Sridhar Komarneni “Microwave- versus
conventional-hydrothermal synthesis of hydroxyapatite crystals from gypsum”.
J. of american ceramic society. Volumen 82, número 8. Agosto 1999, pagina
Web.
[9] http://www.parrinst.com/default.cfm?page_id=210. Revisada en mayo 2003.

51
[10] VESTEGHEM H., Lecomte A., Dauger A. “Film formation and sintering of
colloidal monoclinic zirconia”, J. of Non Cryst. Sol., 147-148, 1992, pp. 503-
507.
[11] Ficha PCPDF-WIN N° 30-1468 de c-ZrO2 –Y2O3
[12] Ficha PCPDF-WIN N° 37-1307 de t-ZrO2–Y2O3
[13] STONWELL E., “Powder surface area”, Wiley-interscience, 1979, pp. 20.
[14] BAES-Mesner “The hidrolisis of cations”. John Wiley and sons. 1976. New
York, pp 152-170.
[15] OKUBO T., H. Nagamoto, “Low-Temperature Preparation of Nanostructured
Zirconia and YSZ by sol-gel Processing”, J. Mat. Science, 1995, 30, pp.749-
757.
[16] REVERON, Helen. “Colloïdes de Zircone Cériée: Synthèse et Frittage à Basse
Température”, Tesis de Doctorado, Universidad de Limoges, Francia, 2000.
[17] REED, J. “Principles of ceramics processing”, Wiley-Interscience, 1995, pp.
519-522, 596.
[18] REVERÓN, Helen, Delia Gutiérrez Campos, Rosa María Rodríguez y Eduardo
Mari. ”Síntesis de polvos de zirconia estabilizada con ytria a través de un
proceso de descomposición térmica”. Departamento de Ciencia de Los
Materiales, Universidad Simón Bolívar y Facultad de Ciencias y Artes,
Universidad Metropolitana, pp 1-13.

52
APÉNDICES
Apéndice 1: Preparación del precursor inicial. [18]
Se mezcla 500ml de propóxido de zircón con 300 ml de ácido acético.
Zr(OPr)4 + RAcOH →ZrO1.33(OAc)1.33 + 2.66PrOH+1.33AcOPr (Ecuación 1)
Pr = (C3H7) grupo propoxilo.
Ac = (CH3CO) grupo acetato.
R > 2.66 (para que ocurra una modificación completa)
Zr(OPr)4 = Propóxido de zirconio
ZrO1.33(OAc)1.33 = Oxiacetato de zirconio
AcOPr = Acetato de propilo.
PrOH = propanol –1 (n propanol).
La densidad del propóxido de zircón es d=1,044 g/ml
La masa de solución de propóxido de zircón es:
===
ml
g
mldVm 044,1.500. 110 522 g (Ecuación 4)
mo= masa de solución de propóxido.
V1= volumen de solución.
d1= densidad del propóxido de zircón.
La masa de propóxido de zircón se calcula sabiendo que esta concentrado 70%
=== 7,0.522.01 gCmm 365,4 g (Ecuación 5)
m1= masa de propóxido de zircón.
El peso molecular del propóxido de zircón es PM= 327,5 g/mol.

53
11545,1
/5,327
4,365
#
1
===
molg
g
PM
m
moles moles de propóxido (Ecuación 6)
PM1= Peso molecular del propóxido de zircón
La teoría indica que la proporción de reacción es de 1:4,2, ya que R= 4,2 en la
ecuación1.
6849,42,4.11545,1 =moles moles (Ecuación 7)
El peso molecular del ácido acético es PM2= 60,05 g/mol.
33,28105,60.6849,4.#22 ===
mol
g
molesmolesPMm g. ácido acético (Ecuación 8)
m2= masa de ácido acético.
PM2= Peso molecular del ácido acético.
La densidad del ácido acético es d2= 1,05 g/ml
===
mlg
g
d
m
V
/05,1
33,281
2
2
2 267,93 ml (Ecuación 9)
d2= densidad del ácido acético.
V2= volumen de ácido acético.
Se aproxima el volumen a 300 ml.

54
Apéndice 2: Preparación de la solución 1M.
Al pesar el polvo obtenido se tiene:
m3= 343,4 g de polvo.
m3= masa del polvo.
Por cada gramo de polvo de precursor, se agregan 1,99 g de agua destilada.
==
g
gg
m
OH
1
99,1.4,343 2
4 683,366 g (Ecuación 10)
m4= masa de agua.
Como la densidad del agua es d3= 1 g/ml, se necesitan V3= 683,37 ml de H2O.
d3= densidad del agua
V3= volumen de agua.

55
Apéndice 3: Dopaje del precursor de zirconia.
Este anexo indica como se hicieron los cálculos para el dopaje del precursor y
así obtener el precursor dopado, tanto con 3 % como con 8 % de Y2O3.
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−
= nitratonitrato PM
d
d
VCg .
100
%1
100
%
..2 (Ecuación 11)
donde:
gnitrato: gramos de nitrato necesarios.
C: Concentración del precursor (1 mol/L).
V: Volumen del precursor usado (0,3 L).
%d: porcentaje de dopante (3 % y 8 % de Y2O3).
PMnitrato: Peso molecular del nitrato de itrio hexahidratado. (383,01 g/mol)
En la Ecuación 10 se realiza el cálculo para dopar 300 ml de precursor, a 1M y
3 % de Y2O3
g
mol
g
L
L
mol
gnitato 11,701,383.
03,01
03,0
.3,0.12 =⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
= (Ecuación 12)
En la Ecuación 11 se realiza el cálculo para dopar 300 ml de precursor, a 1M y
8 % de Y2O3
g
mol
g
L
L
mol
gnitrato 99,1901,383.
08,01
08,0
.3,0.12 =⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
= (Ecuación 13)

56
Apéndice 4: Fichas de difracción de rayos X y fichas de los
difractogramas.
En las Tablas 7 y 8, se muestran los valores de los picos correspondientes a
la zirconia dopada con itria en fase cúbica y tetragonal respectivamente.
Tabla 7: Zirconia dopada con itria, fase cúbica (ficha ASTM 30-1468)
2θ Intensidad h k l
30,084 100 1 1 1
34,868 25 2 0 0
50,136 55 2 2 0
59,597 40 3 1 1
62,538 6 2 2 2
Tabla 8: Zirconia dopada con itria, fase tetragonal (ficha ASTM 37-1307)
2θ Intensidad h k l
29,899 100 1 0 1
49,669 41 1 0 4
58,136 14 0 1 5
59,136 28 1 1 3
59,219 14 0 2 1

57
En las Tablas 9, 10, 11 12, 13 y 14, se muestran los datos de los
difractogramas obtenidos en el estudio de DRX. La intensidad relativa de la fase
desconocida (n), no se reporta en ninguna tabla ya que no se tomo en cuenta para
obtener la intensidad relativa de los picos.
Tabla 9: Difractograma de 3 mol% de Y2O3 sin tratamiento térmico.
2ө d Intensidad Relativa Fase
26,2392 3,3923 - Cúbica
30,3586 2,9407 100 Cúbica
35,1983 2,5467 20 Cúbica
50,3063 1,8116 60 Cúbica
60,1012 1,5377 40 Cúbica
Tabla 10: Difractograma de 3 mol% de Y2O3 tratado a 800°C.
26,2582 3,3899 - Cúbica
30,3921 2,9376 100 Cúbica
35,1983 2,5467 17,4 Cúbica
50,5552 1,8033 52,2 Cúbica
60,0822 1,5381 34,8 Cúbica

58
Tabla 11: Difractograma de 3 mol% de Y2O3 tratado a 1200 °C.
26,0656 3,4145 - Cúbica
30,0974 2,9657 100 Tetragonal
30,5768 2,9202 38,0 Cúbica
35,0402 2,5578 16,9 Cúbica
50,1098 1,8182 77,5 Cúbica
59,2309 1,5582 29,6 Tetragonal
59,8236 1,5441 54,9 Cúbica
62,5737 1,4827 14,1 Tetragonal
Tabla 12: Difractograma de 8 mol% de Y2O3 sin tratamiento térmico.
2ө d
Intensidad
Relativa
Fase
26,3079 3,3836 - Desconocida
30,2416 2,9518 100 Cúbica
35,1378 2,5509 20 Cúbica
50,3893 1,8088 53,3 Cúbica
59,5982 1,5494 33,3 Cúbica

59
2ө d
Intensidad
Relativa
Fase
26,3778 3,3748 - Desconocida
30,4665 2,9306 100 Cúbica
35,1463 2,5503 23,1 Cúbica
50,6060 1,8016 61,5 Cúbica
60,1137 1,5374 46,2 Cúbica
62,7901 1,4781 11,5 Cúbica
2ө d
Intensidad
Relativa
Fase
26,1295 3,4063 Desconocida
30,3635 2,9403 100 Cúbica
35,1419 2,5506 23,7 Cúbica
50,3708 1,8094 67,1 Cúbica
59,7788 1,5452 47,4 Cúbica
62,7376 1,4792 9,2 Cúbica

60
Apéndice 5: Valores de pH obtenidos en todas las muestras.
Las Tablas 15 y 16, contiene los datos del pH obtenido en cada uno de los 5
THM realizados a cada precursor dopado.
Tabla 15: pH’s de las soluciones de zirconia.
Precursor Dopado sin
tratamiento
Sol obtenido luego del
THM
Dopado con 3% Y2O3 2,47 2,07
Dopado con 8% Y2O3 2,29 2,46
Tabla 16: pH’s obtenidos luego del THM.
Muestra 3% Y2O3 8% Y2O3
1 2,10 2,50
2 2,08 2,45
3 2,04 2,44
4 2,08 2,49
5 2,06 2,43
Promedio 2,07 2,46

61
Apéndice 6: Valores de las áreas superficiales de los polvos de zirconia
dopada.
Tabla 17: Área superficial específica de los polvos de ZrO2 – 3 mol% Y2O3.
Temperatura (ºC) Área superficial específica (m2
/g)
Sin tratamiento térmico 199 + 2
800 30,1 + 0,2
1000 1,6 + 0,1
1200 0,62 + 0,06
Tabla 18: Área superficial específica de los polvos de ZrO2 – 8 mol% Y2O3.
Temperatura (ºC) Área superficial específica (m2
/g)
Sin tratamiento térmico 192 + 3
800 41,1 + 0,2
1000 4,5 + 0.2
1200 1,6 + 0,1

62
Apéndice 7: Resultados obtenidos en la bibliografía.
A continuación se presenta los resultados de los estudios obtenidos en la tesis
de grado de Eduardo Mari.
Tabla 19: Resultados obtenidos en BET por E.Mari.[1]
Temperatura °C
Área Superficial (m2
/g)
3 mol% de Y2O3
Área Superficial (m2
/g)
8 mol% de Y2O3
800 6.06 8.94
1000 4.57 6.78
1200 6.03 5.15
Tabla 20: Estudio de la pérdida de masa realizado por E. Mari.[1]
600°C 800°C 1000°C 1200°C
3% 43.72 45.53 46.59 47.15
8% 43.83 45.99 46.79 47.25

63
Apéndice 8: Determinación de diámetro de partículas a partir del área
superficial específica.
Se supuso geometría esférica y densidad teórica a partir de las ficha de DRX
[8,9]
. Para la zirconia con fase cúbica (ρc=5,959 g/cm3
) y para la tetragonal
(ρt=5,806 g/cm3
) se calculó un tamaño de partícula con la Ecuación 12 [17]
a partir de
los resultados de área superficial específica (BET).
BET
BET
A
D
×
=
ρ
6
(Ecuación 14)
Donde:
DBET = diámetro de partícula calculado a partir de valores de BET.
ABET = área superficial específica de los polvos.
ρ = densidad teórica de la fase.
Se supuso que en la muestra de zirconia con 3 mol% itria, hay un 80% de
fase cúbica y un 20% de fase tetragonal.

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