Drastic microstructural modification of Bi2Ca2Co2Oy ceramics by Na doping and laser texturing

Özçelik, C. ; Depci, T. ; Gürsul, M. ; Çetin, G. ; Özçelik, B. ; Torres, M.A. (Universidad de Zaragoza) ; Madre, M.A. (Universidad de Zaragoza) ; Sotelo, A. (Universidad de Zaragoza)

Resumen: Bi2Ca2-xNaxCo2Oy materials with x = 0 = x = 0.125, have been prepared either by sintering through the classical ceramic method, or textured using the laser floating zone technique. XRD results have shown that Bi2Ca2Co2Oy phase is the major one, independently of the Na content, in both kind of samples. SEM studies have shown a drastic microstructural modification between sintered and laser-textured materials. Na-doping increases density and grain sizes in sintered materials, while it enhances grain alignment in laser-grown materials. Moreover, it decreases secondary phase content in all cases. Electrical resistivity is also drastically reduced through texturing, when compared to the sintered samples, and Na-doping further decreases it. The lowest values determined in the laser-textured samples (26 mO cm at 650 °C) are around 40% lower than the best in sintered materials. On the other hand, S has been only slightly affected for Na-doping or processing method for all samples. Consequently, the highest power factor at 650 °C (0.18 mW/K2 m) has been obtained in laser-grown 0.075Na-doped samples, which is around 20 and 70% higher than the measured in undoped laser-textured samples, and sintered ones, respectively. Se han preparado materiales de composición Bi2Ca2-xNaxCo2Oy, con x = 0 ≤ x ≤ 0,125, por el método de estado sólido, además de texturarlos mediante la técnica de zona flotante inducida por láser. Los resultados de XRD han mostrado que la fase Bi2Ca2Co2Oy aparece como la mayoriraria, independientemente del contenido de Na, en ambos tipos de muestras. Los estudios SEM han encontrado una drástica modificación microestructural entre materiales sinterizados y texturados. El dopado con Na aumenta la densidad y el tamaño de grano en materiales sinterizados, mientras que mejora la orientación de los granos en materiales texturados. Además, disminuye el contenido de fases secundarias en todos los casos. La resistividad eléctrica disminuye drásticamente con el texturado, en comparación con las muestras sinterizadas, mientras que el dopado con Na la disminuye aún más. Los valores más bajos determinados en muestras texturadas (26 mΩ cm a 650 °C) son alrededor del 40% menor que los mejores datos publicados en materiales sinterizados. Por otro lado, S solo se ha visto afectado levemente, tanto por el dopado como por el método de procesado. En consecuencia, el máximo factor de potencia a 650 °C (0,18 mW/K2 m) se ha obtenido en muestras dopadas con 0,075 Na y texturadas, que es alrededor de un 20 a un 70% superior al medido en muestras texturadas sin dopar y sinterizadas, respectivamente.

Idioma: Inglés

DOI: 10.1016/j.bsecv.2021.06.003

Año: 2022

Publicado en: Boletin de la Sociedad Espanola de Ceramica y Vidrio 61, 6 (2022), 634-640
ISSN: 0366-3175

Factor impacto JCR: 3.4 (2022)

Categ. JCR: MATERIALS SCIENCE, CERAMICS rank: 6 / 29 = 0.207 (2022) - Q1 - T1

Factor impacto CITESCORE: 4.4 - Materials Science (Q2) - Engineering (Q2)

Factor impacto SCIMAGO: 0.465 - Ceramics and Composites (Q2) - Mechanics of Materials (Q2) - Industrial and Manufacturing Engineering (Q2)

Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/ES/DGA/T54-20R
Financiación: info:eu-repo/grantAgreement/ES/MINECO-FEDER/MAT2017-82183-C3-1-R

Tipo y forma: Artículo (Versión definitiva)

Área (Departamento): Área Expresión Gráfica en Ing. (Dpto. Ingeniería Diseño Fabri.)
Área (Departamento): Área Cienc.Mater. Ingen.Metal. (Dpto. Ciencia Tecnol.Mater.Fl.)