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Dissertação de Mestrado
Documento
Autor
Nome completo
Jeferson Matsuji Matsui
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Lazar, Dolores Ribeiro Ricci (Presidente)
Godoy, Ana Lúcia Exner
Tango, Rubens Nisie
Título em português
Estudo de degradação a baixa temperatura de cerâmicas Y-TZP/Al2O3 sintetizadas por coprecipitação
Palavras-chave em português
compósito zircônia-alumina
coprecipitação
degradação a baixa temperatura
Resumo em português
A zircônia tetragonal estabilizada por ítria (Y-TZP) têm sido utilizada na área odontológica para próteses livres de metais devido à estética associada ao alto desempenho mecânico. Porém, a presença de ambiente úmido pode causar a transformação acelerada da fase tetragonal para monoclínica e consequente falha catastrófica deste material, processo este conhecido como degradação a baixa temperatura ou envelhecimento. A cinética desta transformação é função da composição química da cerâmica e sua microestrutura. Tendo em vista que métodos químicos permitem a síntese de pós cerâmicos à base de zircônia de dimensões nanométricas, cuja microestrutura da cerâmica sinterizada é constituída por grãos submicrométricos quimicamente homogêneos, e que a presença de alumina é indicada para evitar a degradação de fases da zircônia, o objetivo deste estudo foi verificar a degradação a baixa temperatura e ambiente úmido de cerâmicas de zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria (Y-TZP) e do compósito Y-TZP/Al2O3, proveniente de pós sintetizados pela rota de coprecipitação. A concentração de alumina na Y-TZP foi estudada na faixa de 0,05 a 20% em massa. A eficiência do processo desenvolvido foi verificada pela avaliação das características físicas dos pós obtidos (granulometria, área de superfície específica, estado de aglomeração e estrutura cristalina). As amostras cerâmicas foram prensadas, sinterizadas e avaliadas quanto à densidade aparente e microestrutura. Após a caracterização inicial das cerâmicas a degradação das amostras foi estudada in vitro em reator hidrotérmico pressurizado a 150°C. As amostras (n=4) foram submetidas à análise de difração de raios X de acordo com o tempo de envelhecimento, acompanhando a curva cinética de transformação de fase. A porcentagem de cada fase cristalina foi determinada pelo Método de Rietveld. A relação entre o tempo de envelhecimento e a concentração de fase monoclínica foi determinada pela equação de Avrami modificada por Kolmogorow (Johnson-Mehl- Avrami-Kolmogorow JMAK). Após envelhecimento a 150°C por 70 horas, todas as amostras contendo alumina apresentaram menor concentração de fase monoclínica, comparativamente à cerâmica Y-TZP, que apresentou 66,5% dessa fase. Menores porcentagens de fase monoclínica após o envelhecimento hidrotérmico foram obtidas com a adição de 10 e 20% em massa de alumina na matriz de zircônia, sendo esses valores 59,1 e 52,9%, respectivamente. Deve-se considerar, no entanto, que a diminuição da degradação total é consequência da menor porcentagem de zircônia na matriz em função da adição de alumina. Neste contexto, o efeito benéfico da adição de alumina ocorre apenas no início do envelhecimento.
Título em inglês
Low temperature degradation study of Y-TZP/Al2O3 ceramics synthesized by coprecipitation
Palavras-chave em inglês
coprecipitation
low temperature degradation
zirconia-alumina composite
Resumo em inglês
The yttria tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP) is used in dentistry for metal free prosthesis due to esthetics associated with a high mechanical performance. However, the presence of humid environment can cause an accelerated tetragonal to monoclinic (t-m) phase transformation and consequent catastrophic failure of this material. This process is known as low temperature degradation (LTD) or aging. The kinetics of phase transformation is a function of the chemical composition of the ceramic and its microstructure. Considering that chemical methods allow the synthesis of nanometric zirconium-based ceramic powders, which microstructure of the sintered ceramic consists of submicrometric chemically homogeneous grains, and that the presence of alumina is indicated to delay the tetragonal phase degradation, the aim of this study was to verify the degradation at low temperature in humid environment of 3mol% yttria stabilized zirconia ceramics (Y-TZP) and the Y-TZP/Al2O3 composite prepared from coprecipitated powders. The addition of alumina at Y-TZP was studied in the range of 0.05 to 20wt%. The efficiency of the developed process was verified by the evaluation of the physical characteristics of the obtained powders (granulometry, specific surface area, agglomeration state and crystalline structure). The ceramic samples were pressed, sintered and submitted to apparent density and microstructure evaluation. After the initial characterization of the ceramics, the in vitro degradation of the samples was studied in a hydrothermal pressurized reactor at 150°C. The samples (n = 4) were submitted to X-ray diffraction analysis according to the aging time, followed by the determination of the kinetic curve of phase transformation. The Rietveld Method was employed to determine the percentage of each crystalline phase. The relationship between the aging time and the percentage of monoclinic phase was determined by the Johnson- Mehl-Avrami-Kolmogorow equation (JMAK). After 70 hours aging at 150°C, all the alumina-containing samples presented a lower concentration of monoclinic phase, compared to the Y-TZP ceramics, which monoclinic phase concentration was 66.5%. The lower percentages of monoclinic phase after hydrothermal aging were obtained with the addition of 10%wt and 20 wt% alumina in the zirconia matrix (59.1% and 52.9%, respectively). This behavior is due to the lower concentration of zirconia in the composite containing alumina. In this point of view beneficial effect due to alumina addition occurs in the early stage of aging.
 
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2017MatsuiEstudo.pdf (3.67 Mbytes)
Data de Publicação
2017-09-08
 
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