Yttrium-stabilized zirconia

Abstract

Es wurden Molekular Dynamik (MD) Simulationen von Yttrium-stabilsiertem Zirkonoxid (YSZ) \ufcber einen breiten Bereich von Arbeitstemperaturen durchgef\ufchrt. Der erste Teil der YSZ-Konfigurationen wurde mithilfe eines Metropolis Monte Carlo Austauschverfahrens (MCX) von Zr and Y bei verschiedenen Starttemperaturen und MCX Intervallen equibriliert und energetisch optimiert. Beim zweiten Los wurden randomisierte, nicht optimierte YSZ-Simulationen durchgef\ufchrt, um eine Aussage dar\ufcber treffen zu k\uf6nnen, ob die r\ue4umliche Anordnung bzw. Optimierung der Kationen einen Einfluss auf die Sauerstoffionendiffusion hat. Beim direkten Vergleich der insgesamt 90 verschiedenen Konfigurations-Temperatur-Paare konnte festgestellt werden dass die energetisch optimierten Systeme keine bessere Diffusionskoeffizenten und somit auch keine geringere Aktivierungsenergie f\ufcr den Sauerstoffionentransport aufweisen. Die r\ue4umliche Verteilung der Atome im Gitter wurde mittels radialen Verteilungsfunktionen genauer untersucht. Die Gesamtheit dieser Untersuchungen f\ufchrt zu der Erkenntnis das f\ufcr den Sauerstoffionentransport im YSZ lediglich die Y2O3-Konzentration verantwortlich ist.Molecular dynamics (MD) simulations of yttrium-stabilized zirconia (YSZ) were performed over a wide range of working temperatures. The first batch of YSZ configurations was equilibrated and energetically optimized using a Metropolis Monte Carlo exchange (MCX) procedure applied to Zr and Y at different starting temperatures and MCX intervals. In the second batch, unoptimized simulations of YSZ based on entirely random distributions for the Zr and Y atoms were performed to determine whether the spatial arrangement or optimization of the cations has an effect on the oxygen diffusion properties. A direct comparison of the 90 different configuration-temperature pairs showed that the energetically optimized systems did not show any pronounced effect on diffusion coefficients and the associated activation energy for oxygen ion transport. The spatial distribution of the atoms in the lattice was investigated in more detail using radial distribution functions. All these investigations lead to the conclusion that only the Y2O3 concentration and thus the number of vacancies is responsible for the oxygen ion transport in the YSZ.submitted by Thomas Naderer, BScKurzfassung in deutscher SpracheMasterarbeit University Innsbruck 202