Avaliação das propriedades mecânicas e resistência à fadiga do compósito de zircônia dopada com ítria e céria reforçado com plaquetas de alumina

Abstract

Materiais cerâmicos têm despertado cada vez mais o interesse dos pesquisadores em estudos para sua utilização em implantes dentários osseointegrados. O desenvolvimento de materiais compósitos a base de alumina e zircônia demonstraram possuir biocompatibilidade. São esteticamente atrativos devido à similaridade com a cor dos dentes naturais e apresentam ótimas propriedades mecânicas, sendo uma alternativa ao uso dos implantes de titânio. O objetivo deste trabalho foi avaliar o limite de resistência à fadiga do compósito cerâmico de zircônia estabilizada com ítria e céria reforçado com plaquetas de alumina (Ce, Y) − TZP/Al2O3 e caracterizar as propriedades físicas e mecânicas de corpos de prova sinterizados. No presente trabalho foi utilizado o pó comercial de (Ce, Y) − TZP/Al2O3 (uprYZe-Intense G, ZirPro). Corpos de prova em forma de barras foram compactados por prensagem uniaxial em uma matriz rígida, com pressão de 100 MPa durante 60 segundos, seguida de sinterização a 1500°C. As fases subsequentes incluíram a determinação da densidade, quantificação das fases cristalinas presentes por difratometria de raios-X, determinação do modulo de elasticidade, microdureza, tenacidade à fratura, resistência à flexão em quatro pontos e limite de resistência a fadiga. Observações nos mecanismos de fratura foram realizadas com auxílio de microscopia óptica e eletrônica de varredura. As amostras sinterizadas de (Ce, Y) − TZP/Al2O3 sem ligante e polidas apresentaram resultados de 98,6 ± 0,3 % de densidade relativa. Foram observadas por MEV microestruturas mais complexas com grãos submicrométricos equiaxiais, homogeneamente distribuídos e uma forma planar alongada das plaquetas de alumina. O módulo de elasticidade encontrado para o compósito foi de 247,5 ± 0,2 GPa e a dureza Vickers de 13,7 ± 0,2 GPa. As amostras do compósito apresentaram altos valores de tenacidade à fratura, em torno de 7,1 ± 0,4 MPa. m 1 2, esse alto valor ocorre devido a transformação de fase tetragonal para monoclínica, criando zonas de compressão ao redor da trinca e dificultando assim a sua propagação, essa compressão atua devido ao aumento de volume pela transformação t-m. Os valores de resistência a flexão em quatro pontos sob carregamento estático foram de 459,8 ± 6,3 MPa, módulo de Weibull (m = 16,8), revelando baixo espalhamento dos dados de tensão de ruptura à flexão. O limite de resistência à fadiga sob carregamento cíclico encontrado para os espécimes foram de 286,6 ± 24,2 MPa. No compósito avaliado neste trabalho, a ocorrência da transformação tetragonal - monoclínica que ocorre nos grãos Ce -TZP presentes nos pontos triplos e nos contornos de grãos durante o carregamento cíclico produz o “crack tip shielding”, ou seja, uma zona elástica restringida (zona de blindagem) que envolve a ponta da trinca. Esse fenômeno acarreta a redução do fator de intensidade de tensões e retarda seu crescimento, gerando aumento na resistência a fadiga do compósito.