Propriedades Mecânicas da Biovitrocerâmica Biosilicato

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Perek, Rafaely de Fátima
• Orientador(a): Serbena, Francisco Carlos
• Banca de defesa: Souza, Gelson Biscaia de , Sabino, Simone do Rocio Ferraz
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual de Ponta Grossa
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciências
• Departamento: Setor de Ciências Exatas e Naturais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Vidros; Vitrocerâmica; Biosilicato; Biomateriais; Microestrutura; Tenacidade à fratura; Resistência a flexão
• Área do conhecimento CNPq: Ciências
• Link de acesso: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/4761

O vidro Biosilicato (1.5Na2O-1.5CaO-3SiO2 + 4wt% P2O5) é um material bioativo capaz de interagir com tecidos biológicos. Projetado para ser compatível tanto com tecidos moles, como a cartilagem, quanto com tecidos duros, como os ossos, esse material apresenta propriedades mecânicas semelhantes às do tecido ósseo humano. A combinação de alta bioatividade e boas propriedades mecânicas representa um dos grandes desafios no campo de biomateriais. A vitrocerâmica de Biosilicato foi desenvolvida precisamente para superar esse obstáculo. Neste contexto, compreender a correlação entre a microestrutura do material e suas propriedades mecânicas é fundamental para o projeto de biovitrocerâmicas com desempenho otimizado. Esta pesquisa teve como objetivo caracterizar sistematicamente as propriedades mecânicas dessa vitrocerâmica, variando de forma independente duas características microestruturais: o tamanho dos cristais e a fração de volume cristalino. O diâmetro médio dos cristais foi de 15 e 45 μm, enquanto a fração de volume cristalizado foi controlada de 0% (vidro totalmente amorfo) a 100%. A análise por difração de raios X e refinamento de Rietveld identificou duas fases cristalinas da combeíta uma sendo de alta temperatura e outra de baixa temperatura. Os resultados mecânicos demonstraram que a dureza Vickers diminuiu com o aumento da fração cristalina. Em contrapartida, a tenacidade à fratura por indentação (KC) aumentou significativamente, passando de 0,37 ± 0,1 MPa·m1/2 para 0,72 ± 0,1 MPa·m1/2 (cristais de 15 μm) e 0,78 ± 0,1 MPa·m1/2 (cristais de 45 μm), mostrando também um aumento com o tamanho dos cristais. A resistência mecânica, medida pela técnica de esfera-sobre-três-esferas (B3B), apresentou valores de 140 ± 20 MPa para o vidro amorfo, 120 ± 10 MPa para a vitrocerâmica 100% cristalizada com cristais de 15 μm e 150 ± 30 MPa para a vitrocerâmica 100% cristalizada com cristais de 45 μm. Estes resultados indicam uma resistência menor para baixas frações cristalinas, que é subsequentemente recuperada e superada com o aumento do tamanho de cristal e da fração cristalina. A variação na tenacidade à fratura (KIc) em função da fração de volume cristalizado seguiu um comportamento semelhante ao KC para vitrocerâmicas com diferentes tamanhos de cristal. Para o vidro, KIc foi de 0,65 ± 0,07 MPa·m1/2 para o vidro, aumentando para a fração cristalizada de 20% e permanecendo constante com o aumento da cristalização, atingindo valores de 0,7 ± 0,2 e 0,8 ± 0,1 MPa·m1/2 para as vitrocerâmicas totalmente cristalizadas de 15 e 45 μm, respectivamente. A perfilometria ótica das superfícies fraturadas revelou uma maior rugosidade com o aumento da fração cristalina e tamanho de cristal. A fase cristalina contribui fortemente para esse aumento. O aumento da tenacidade a fratura se deve à torção e inclinação da trinca. Os dados obtidos revelam que a microestrutura, especificamente o tamanho dos cristais e a fração de volume cristalino, exerce uma influência positiva nas propriedades mecânicas do Biosilicato. Estes resultados fornecem conhecimentos valiosos para o projeto e a fabricação de novas biovitrocerâmicas simultaneamente resistentes e tenazes, direcionando aplicações biomédicas mais eficientes e duráveis.