Estudo da difusão do oxigênio em cerâmicas à base de ZnO–Bi2O3 por espectrometria de massa de íons secundários.

Abstract

A fim de verificar a influência do bismuto sobre a difusividade do oxigênio em policristais de ZnO dopado com Bi2O3 e o efeito das impurezas sobre a difusividade do oxigênio em um varistor comercial baseado em ZnO, em relação à difusividade do oxigênio em policristais de ZnO puro, foram determinados coeficientes de difusão do oxigênio, em volume e em contornos de grãos, nesses materiais, por meio do método da troca isotópica sólido-gás utilizando o isótopo 18 O como traçador do oxigênio. Os experimentos com o ZnO-Bi2O3 foram realizados com amostras sinterizadas de ZnO contendo 0,1, 0,3 e 0,5% molar de Bi 2O3. Os tratamentos térmicos de difusão do oxigênio no ZnO-Bi 2O3 e no varistor comercial foram realizados entre 850 e 1100ºC em uma atmosfera de Ar+ 18 O2 sob uma pressão parcial de oxigênio igual a 2.10 4 Pa. Após os tratamentos térmicos de difusão, os perfis de difusão do 18 O foram estabelecidos por espectrometria de massa de íons secundários (SIMS). Os resultados mostram um aumento da difusão do oxigênio no ZnO dopado com Bi 2O3 e no varistor comercial quando comparados com a difusão do oxigênio em policristais de ZnO puro, sob as mesmas condições experimentais, em volume e em contornos de grãos. Além disso, foi observado que a difusão do oxigênio no ZnO, em volume e em contornos de grãos, aumenta ligeiramente com a concentração de Bi 2O3 . Estes resultados sugerem que a incorporação do Bi2O3 ao ZnO aumente a concentração do oxigênio intersticial o qual concorda com um mecanismo intersticial para a difusão do oxigênio em volume e em contornos de grãos no ZnO-Bi2O3 . O aumento da difusão em volume no varistor concorda com um mecanismo intersticial para a difusão do oxigênio nesse material dopado com impurezas metálicas com valências iguais ou superiores à do zinco como no presente trabalho. Os resultados mostram também que os contornos de grãos são vias rápidas para a difusão do oxigênio no ZnO dopado com Bi 2O3 e no varistor comercial nas mesmas condições experimentais utilizadas neste estudo. Entretanto, o aumento da difusão do oxigênio em contornos de grãos do varistor parece ser dependente de vários parâmetros, microestrutural e químico, e não permite uma interpretação simples.