Fabricação de compósito cerâmico a base de zircônia com adição de nanotubos de carbono - Gerlin Neto, Vicente [UNESP] (2021)
A zircônia (ZrO2) se tornou uma cerâmica muito utilizada principalmente para implantes dentários e próteses tendo em vista sua alta dureza, resistência ao desgaste, biocompatibilidade e, principalmente, alta tenacidade à fratura quando comparada com diferentes cerâmicas, sendo a zircônia chamada até mesmo de ‘aço cerâmico’. Mesmo diante destas características, mudanças no corpo de zircônia são projetadas para aumentar ainda mais sua tenacidade à fratura, com adição de diferentes componentes em sua matriz cerâmica. Com isso, o objetivo desta tese é produzir um compósito com base de zircônia adicionando nanotubos de carbono à sua matriz (com 0; 0,5; 1,0; 1,5 e 2,0% em massa de nanotubos na matriz cerâmica) e estudar a influência destes nanotubos nas propriedades mecânicas dos corpos de zircônia. Os pós para produção dos compósitos foram misturados utilizando o solvente N, N Dimetilformamida. A suspensão foi então agitada por ultrassom e misturada via moinho de bolas, com posterior secagem da suspensão líquida em estufa a vácuo. Os pós foram então compactados uniaxial e isostaticamente antes de serem submetidos à sinterização a 1.350 °C para produção de corpos de prova. Os corpos de prova foram submetidos a ensaios a fim de caracterizar as propriedades físicas e mecânicas dos materiais, com medição da densidade baseada no princípio de Arquimedes, medida da retração linear, ensaios de flexão em cada amostra até a ruptura e ensaios de microdureza Vickers. Também foi realizado caracterização microestrutural dos pós compósitos, dos compósitos a verde e das superfícies de fratura dos corpos submetidos à flexão, por meio de microscopia eletrônica de varredura. A análise tanto dos pós cerâmicos quanto dos compósitos a verde mostrou uma boa dispersão dos nanotubos de carbono principalmente com 0,5 e 1,0% de nanotubos em massa na matriz cerâmica e também revelaram como os mesmos têm tendência a se aglomerar após os processos de mistura realizados à maiores concentrações (1,5 e 2,0% em massa). Os corpos de prova sinterizados apresentaram retração linear com média próxima a 20% em cada condição e densidade relativa em torno 94%, para a zircônia pura, e de 91%, para o compósito com 1,0% em massa de nanotubos de carbono, com uma queda para 84% nas amostras com 2,0%. Com relação as propriedades mecânicas, a tensão limite de resistência à flexão aumentou de 459 MPa para aproximadamente 486 MPa da zircônia pura para a com 1,0% de nanotubos de carbono, caindo para 250 MPa quando 2,0% de nanotubos foram adicionados, mostrando influência direta dos nanotubos nas propriedades mecânicas da cerâmica, diminuindo sua resistência mecânica. A análise fractográfica mostrou também que os nanotubos de carbono não oxidaram ou sumiram das superfícies de fratura dos compósitos sinterizados e, aliados aos diferentes resultados das propriedades mecânicas dos compósitos, é possível afirmar que a hipótese de que é possível se produzir compósitos de nanotubos de carbono com métodos convencionais de mistura e sinterização é válida e pode abrir uma nova opção na produção de compósitos à base de zircônia.