The effect of an external electric field on the grain-boundary migration of 8 mol\% $Y_2O_3$ stabilized $ZrO_2$ ceramics (8YSZ) has been investigated. Platinum electrodes were attached to the sintered 8YSZ specimens by DC sputtering. Platinum wires were connected to the electrodes using platinum paste. During annealing of the specimens for grain growth, the temperature of the specimens was approximately 250℃ higher then the furnace temperature due to resistance heating. The grain growth and densification were enhanced in the negatively biased region. The dedensification was promoted in the positive-biased region. The size of the grains was larger and the relative density was higher in the negatively biased region at a high applied current density, over $30A/cm^2$, after a long annealing time, over 100min. The experimented observation was explained in terms of the change in defect concentration under an electric field.
입방정 구조를 가지는 산소 이온 전도체인 8mol\% YSZ가 외부 전기장 내에 놓이게 되면 재료 내의 전하를 띄는 결함들이 이동하게 된다. 음극 부분으로는 양의 전하를 가지는 산소 공공(vacancy)과 지르코늄 이온이 이동하게 되고, 양극 부분에는 음의 전하를 띄는 산소 이온이 이동하게 된다. 이러한 결함들의 이동에 의해 양 극에서 서로 다른 미세 구조의 변화가 관찰 되었다.
음극 부분에서는 입자 성장과 치밀화의 발생이 관찰 되었는데, 이는 산소 공공과 지르코늄 이온의 농도가 높아지며 입계의 이동이 일어나기 때문으로 판단된다. 열처리 시간이 증가 할수록 입자 성장은 계속 증가 하였지만, 전류 밀도의 변화에 대해서는 일정 전류 밀도 (30A/㎠) 이상에서 큰 입자 성장의 차이를 보이지 않고 입자 성장이 발생하는 영역이 넓어 지는 것이 관찰 되었다. 또한 너무 낮은 전류 밀도 (20A/㎠) 에서는 입자 성장이 거의 발생 하지 않았다. 이러한 현상으로 입자 성장이 일어나기 위한 임계 전류 밀도가 존재하며, 임계 전류 밀도 이상에서는 입자 성장의 차이가 크지 않음을 알 수 있다.
양극 부분에서는 입자 성장은 일어나지 않고, 기공률의 증가가 발생 하였다. 이는 산소 이온의 농도가 높아지며, 산소로 빠져나가 격자가 없어지기 때문으로 판단 된다. 이러한 기공률의 증가는 열처리 시간이 길어 질수록, 전류 밀도가 높아 질수록 더욱 증가 하였다.
시편이 백금 전극과 접한 부분에서는 입자의 형태는 그대로 유지되며 작은 기공들이 매우 많이 발생하는 현상이 관찰 되었지만, 그 해석에 대해서는 아직 명확히 알려진 바가 없다.
