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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.97.2020.tde-05082021-161943
Documento
Autor
Nome completo
Manuel Fellipe Rodrigues Pais Alves
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Lorena, 2020
Orientador
Banca examinadora
Ribeiro, Sebastiao (Presidente)
Santos, Claudinei dos
Santos, Ésoly Madeleine Bento dos
Suzuki, Paulo Atsushi
Título em português
Zircônia estabilizada com ítria para aplicações odontológicas: propriedades ópticas e mecânicas
Palavras-chave em português
Caracterização
Propriedades Mecânicas
Propriedades ópticas
Próteses dentárias
Zircônia
Resumo em português
Este trabalho avaliou o impacto da concentração de ítria (Y2O3) e de um agente colorante (Fe2O3) nas propriedades cristalográficas, morfológicas, ópticas e mecânicas da zircônia. Para isto, pós comerciais de ZrO2 contendo 3% mol (Zpex) e 5% mol (Smile) de Y2O3, dopados ou não com Fe2O3, foram caracterizados quanto a sua composição química e massa especifica. Os pós de partida foram compactados por prensagem uniaxial (100 MPa) em cinco espessuras diferentes, entre 0,35 e 1,35 mm, em regime de triplicata, e divididos em dois lotes, referentes aos pós de partida. Cada lote foi submetido a diferentes temperaturas de sinterização (1475ºC, 1500ºC, 1550ºC ou 1600ºC) por um período de 2 horas. As amostras foram caracterizadas por difração de raios X, refinamento de Rietveld, microscopia eletrônica de varredura, densidade aparente, rugosidade por perfilometria, dureza, módulo de elasticidade, tenacidade à fratura, por meio das técnicas de indentação Vickers e SEVNB, e resistência à flexão. A translucidez foi avaliada por espectrofotometria (razão de contraste e diferença de coloração). Resultados indicam que: Todas amostras apresentaram densificação superior a 99% para todas as condições de sinterização, contudo as amostras Zpex apresentaram resultados de densidade aparente ligeiramente maiores, no máximo 0,5%; O aumento do teor de ítria foi acompanhado pela presença de fase ZrO2-cúbica e do aumento do tamanho médio dos grãos, de 0,8 µm para 2,3 µm para a maior temperatura de sinterização analisada, 1600°C; O aumento da temperatura de sinterização induziu o aumento do módulo de elasticidade em todas as amostras, na ordem de 190 GPa para 225 GPa; Os valores aferidos para dureza Vickers permaneceram na ordem de 13 GPa independente do pó de partida ou condição se sinterização analisada; As amostras Zpex apresentaram variações de tenacidade à fratura na ordem de 6,7 a 8,2 MPa.m1/2 enquanto as amostras Smile apresentaram resultados na ordem de 3,6 a 3,9 MPa.m1/2 em função da temperatura de sinterização; Os resultados de resistência à flexão das amostras Zpex apontam para valor médio de 1200 MPa enquanto as amostras Smile indicam valor médio de 600 MPa; Já os resultados de espectrofotometria apontam para variação do RC em função da espessura na ordem de 30% para as amostras Zpex e 23% para as amostras Smile, e variação da RC medida em função do percentual de Y2O3 na ordem de 6 a 10% em função da presença ou não de agente colorante; Os resultados de variação de coloração apontam para resultados máximos na ordem de 5 a 8,2, respectivamente para as amostras Smile e Zpex, para as amostras com 0,35 mm de espessura. Os resultados apontam para perdas expressivas de propriedades mecânicas para as amostras Smile, contudo, os resultados medidos são coerentes com às exigências para aplicações dentárias que possuem foco em propriedades estéticas, classes 1 a 3. Os resultados medidos para as propriedades ópticas justificam e corroboram os ganhos induzidos pelo aumento do percentual de Y2O3
Título em inglês
Yttria stabilized zirconia for dental applications: optical and mechanical properties
Palavras-chave em inglês
Characterization
Dental prosthesis
Mechanical properties
Optical properties
Zircônia
Resumo em inglês
This work evaluated the impact of the concentration of yttria (Y2O3) and a coloring agent (Fe2O3) on the crystallographic, morphological, optical and mechanical properties of zirconia. For this, commercial ZrO2 powders containing 3 mol% (Zpex) or 5 mol% (Smile) of Y2O3, doped or not with Fe2O3, were characterized for their chemical composition and specific mass. The starting powders were compacted by uniaxial pressing (100 MPa) in five different thicknesses, between 0.35 and 1.35 mm, in triplicate regime, and segregated into two batches for the starting powders. Each batch was subjected to different sintering temperatures (1475ºC, 1500ºC, 1550ºC or 1600ºC) for a period of 2 hours. The samples were characterized by X-ray diffraction, Rietveld refinement, scanning electron microscopy, bulk density, profilometry roughness, hardness, modulus of elasticity, fracture toughness, using Vickers and SEVNB indentation techniques, and flexural strength. . Translucency was assessed by spectrophotometry (contrast ratio and color difference). Preliminary results indicate that: All samples showed densification greater than 99% for all sintering conditions, however Zpex samples showed slightly higher apparent density results, at most 0.5%; The increase in yttria content was accompanied by the presence of the cubic ZrO2 phase and the increase in average grain size from 0.8 µm to 2.3 µm for the highest sintering temperature analyzed, 1600 ° C; The increase of sintering temperature induced the increase of elastic modulus in all samples, in the order of 190 GPa to 225 GPa; The measured values for Vickers hardness remained in the order of 13 GPa regardless of the starting powder or sintering condition analyzed; Zpex samples presented fracture toughness variations in the order of 6.7 to 8.2 MPa.m1/2 while Smile samples presented results in the order of 3.6 to 3.9 MPa.m1/2 as a function of the temperature of sintering; The flexural strength results of Zpex samples point to an average value of 1200 MPa while Smile samples indicate an average value of 600 MPa; Spectrophotometry results indicate RC variation as a function of thickness in the order of 30% for Zpex samples and 23% for Smile samples, and RC variation as a function of Y2O3 percentage in the order of 6 to 10% in function of the presence or absence of coloring agent; The color variation results indicate maximum results in the order of 5 to 8.2, respectively for Smile and Zpex samples, for 0.35 mm thick samples. The results point to significant mechanical properties losses for Smile samples, however, the measured results are consistent with the requirements for dental applications that focus on aesthetic properties, classes 1 to 3. The measured results for optical properties justify and corroborate the results. gains induced by increasing the percentage of Y2O3.
 
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Data de Publicação
2021-08-05
 
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