El ZrO2 puro (zirconia) es un slido no conductor y polimrfico que experimenta transiciones de fase entre sus distintas modificaciones estructurales en funcin de la T, de modo que no es posible obtener un material cermico por sinterizacin a partir de polvo de ZrO2. Sin embargo, cuando se calienta una mezcla de ZrO2 y CaO en una proporcin molar 0,85:0,15 se obtiene un compuesto de composicin no estequiomtrica, que permite fabricar un material cermico con un bajo coeficiente de expansin trmica y una notable conductividad elctrica a T elevadas. (a) Escribir la ecuacin qumica para el proceso de sntesis de la zirconia dopada con cal en una proporcin molar 0,85:0,15 y demostrar que el compuesto resultante cumple el principio de electroneutralidad. Las transiciones entre las distintas fases cristalinas de ZrO2 son reversibles para el xido puro, por lo que el -ZrO2 puro no se utiliza en cermica, debido a que su conversin en -ZrO2 a 1000-1200 C durante la sinterizacin causara la rotura de la cermica, en su lugar, una -ZrO2 cbica, estabilizada mediante la adicin de 10-15% de CaO o MgO, s se utiliza, incluso puede soportar temperaturas de hasta 2600 C. Los cationes dopantes deben ser de tamao similar a los de la red precursora. La introduccin de Ca2+ en la red de ZrO2 tiene como resultado la sustitucin de Zr4+ por Ca2+ y la creacin de una vacante de O2- para contrarrestar el desequilibrio de carga; la circonita dopada, CaxZr1-xO2-x es deficiente en aniones. De esta forma cumplimos el principio de electroneutralidad por el cual el nmero de cargas positivas es igual al nmero de cargas negativas.

(b) Explicar las diferencias entre las propiedades de la zirconia pura y la zirconia dopada con cal (coeficiente de expansin trmica y conductividad), teniendo en cuenta las relaciones estructura-propiedadesComo hemos introducido en el primer apartado la zirconia pura -ZrO2 y la zirconia dopada con cal -ZrO2 cbica (CaxZr1-xO2-x ) presentan modificaciones estructurales.Sabiendo que las transiciones entre las distintas fases cristalinas del ZrO2 son reversibles para el xido puro, de modo que el uso de la zirconia como material cermico est imposibilitado por las tensiones estructurales asociadas al proceso sinterizacin, ya que el material sufre una expansin al pasar de la forma cbica, a la tetragonal y a la monoclnica. De modo que los materiales cermicos hechos con zirconia pura se fracturan en dicho proceso. La composicin no estequiomtrica del tipo CaxZr1-xO2-x para el caso de la zirconia estabilizada por Ca. Forma una red tipo fluorita donde todas las posiciones catinicas estn ocupadas por cationes o de ZrIV o de Ca2+, mientras que las posiciones aninicas presentan vacantes, lo que proporciona una va, o un mecanismo para la difusin o migracin de los iones xido a travs de las vacantes de toda la red cristalina, y explica la apreciable conductividad elctrica observada para este tipo de compuestos a T altas, siendo para la zirconia estabilizada por Ca de 50 mScm-1 a 1000 C.

Figura tomada de la presentacin del tema 2