Crescimento subcritico de trinca e previsão de vida em fadiga do compósito cerâmico ZrO2-Al2O3

Abstract

Cerâmicas apresentam excelente durabilidade química, resistência ao desgaste, biocompatibilidade, respeito ao meio ambiente e estética. Uma das propriedades mais importantes a ser considerada em implantes dentários totalmente cerâmicos é a fadiga cíclica, devido às solicitações mecânicas cíclicas as quais os implantes estão subjugados durante processos de mastigação, que pode induzir milhares de ciclos de tensão por dia em uma restauração, com isso exibir significativo crescimento subcrítico de trinca e assim poder diminuir a resistência de componentes cerâmicos, ao longo do tempo. Nesse trabalho, a previsão de vida em fadiga cíclica do compósito ZrO2-Al2O3 foi investigada. Mistura de pós contendo 80% de ZrO2 e 20% de Al2O3 foi compactada e sinterizada a 1600 °C. As amostras sinterizadas foram caracterizadas por difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. Dureza, tenacidade e resistência à fratura por flexão foram determinadas, e os resultados utilizados na determinação dos parâmetros de fadiga. Os testes de fadiga foram realizados em dispositivo de flexão em 4 pontos, sob freqüência de 25 Hz e razão de tensão de 0,1. Um aumento do nível de tensão levou à redução do tempo de vida sob fadiga. Baseado nos parâmetros determinados pelos ensaios mecânicos e de fadiga, e utilizando-se a estatística de Weibull, associada a modelos de determinação de crescimento subcrítico de falha, a velocidade de propagação de trincas nesse compósito é determinada e relacionada com os mecanismos de transformação martensítica e tensão residual entre as fases. Os componentes submetidos ao carregamento cíclico exibiram propagação subcrítica de trinca, em níveis de tensão significativamente menores do que o KIC. Apesar desta susceptibilidade ao crescimento subcrítico de trinca, cálculos com base nos parâmetros de fadiga e nas tensões aplicadas indicam que os componentes com estruturas do compósito ZrO2-Al2O3 podem exibir vidas maiores que 20 anos, se o diâmetro do componente estrutural é adequadamente projetado.

Dental Implants: Modern Materials and Methods of Their Surface Modification

“…One of the most important properties to be considered in the fabrication of all-ceramic dental implants is cyclic fatigue because implants are subjected during mastication processes: precisely, during cyclic loading, which can lead to fatigue cracking (appearance of subcritical cracks) and sudden implant failure (implant fracture). It has been shown [282] that ZrO 2 -Al 2 O 3 (80:20) composite can have up to 20 years of service if the implant diameter is chosen correctly with regard to cyclic fatigue. At the same time, the hardness of the ZrO 2 -Al 2 O 3 composite is HV 15.2 GPa, and the tensile strength is 700 MPa, which is twice as high as the strength of some types of ceramics and comparable to the tensile strength of titanium alloys (see Table 2).…”