Sintetización e incorporación de la fase Co₂SnO₄ en varistores cerámicos basados en SnO₂

El presente trabajo de tesis consistió en una primera etapa en la síntesis de la espinela Co2SnO4 mediante la técnica de sol-gel y en la determinación de los parámetros óptimos para su obtención. Para esto, primero se seleccionaron dos temperaturas de sinterización (900 y 1500 °C) para conocer el mecanismo de formación de la espinela. Una vez que se confirmó su formación en este rango de temperatura y con la finalidad de determinar las condiciones óptimas de procesamiento, se seleccionaron tres temperaturas de sinterización (900, 1300 y 1400 °C) y tres tiempos (1, 5 y 8 hrs). Se determinó que las condiciones óptimas son 1400 °C por 5 horas. La segunda parte del trabajo consistió en usar la fase obtenida como dopante del sistema varistor a base de SnO2 y de esta manera poder estudiar el efecto sobre la microestructura y las propiedades eléctricas. También fue posible comparar los resultados de dos sistemas, el primero dopado con la espinela sintetizada y el segundo dopado con Co3O4 donde también ocurre la formación de la espinela Co2SnO4 pero ésta ocurre in situ durante la sinterización. Se emplearon las técnicas de Difracción de rayos X (DRX) para determinar la composición de fases; la Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) permitió observar la evolución del tamaño y la morfología de grano; con el análisis térmico fue posible proponer el mecanismo de formación de la espinela y por último con la caracterización eléctrica se determinó el comportamiento varistor de las muestras preparadas. La tesis se ha dividido en capítulos para organizar de la mejor manera posible la información concerniente a esta investigación. En el primer capítulo se expone la teoría relacionada a los varistores, es decir, su origen como material cerámico, su definición, su aplicación y su comportamiento eléctrico. De igual manera, se describen las características del óxido de estaño que es la base del sistema que se estudió. Por último se presenta la síntesis de la fase espinela la cual, como se verá en el desarrollo de este documento, es de importancia relevante en el sistema varistor estudiado. El capítulo dos presenta los fundamentos teóricos del grupo de técnicas de caracterización que fueron de gran utilidad en el análisis de las muestras que se prepararon, ya que como es sabido, una sola técnica no es suficiente para obtener toda la información necesaria acerca de un material. Una descripción detallada de cada uno de los pasos a seguir durante la experimentación en el orden que ésta se desarrolló se encuentra en el capítulo tercero. Se incluye la información de los equipos de laboratorio que se usaron así como las condiciones y variables de procesamiento. En el capítulo cuatro se exponen los resultados obtenidos y se hace un análisis detallado de los mismos; además se explican los fenómenos encontrados durante la experimentación a la luz de la bibliografía de respaldo. Por último se presentan las conclusiones con los logros obtenidos en la realización de esta investigación