Fadiga e viscosidade de vitrocerâmicas de dissilicato de lítio e propriedades mecânicas de vitrocerâmicas do sistema MgO-Al2O3- SiO2/ZnO - Dechandt, Iolanda Cristina Justus (2021)
A revolução no uso de materiais bioativos promoveu a melhora da qualidade de vida das pessoas, porém o desgaste desses materiais continua acompanhando o processo de envelhecimento. Frente a esse desafio, neste trabalho foi investigada a influência do ambiente químico (água e solução SBF) nas propriedades mecânicas de vidros e vitrocerâmicas com aplicações dentárias e bioativas. O módulo de Weibull, os parâmetros de fadiga dinâmica e a resistência mecânica dos sistemas dissilicato de lítio e dos biovidros Biosilicato e 45S5 foram estudadas em diferentes ambientes através da técnica esfera-sobre-três esferas (B3B) com diferentes taxas de carregamento. Os ensaios realizados em 10% de umidade relativa para o vidro LS2 mostraram um valor médio de módulo de Weibull igual a 4 enquanto que para o mesmo vidro testado em água o valor foi de 5 ± 1. Para o vitrocerâmico LS2 com fração cristalina de 96 ± 1% testado em água o módulo de Weibull encontrado foi de 7 ± 1. Os valores de resistência mecânica para os vitrocerâmicos LS2 testados em 10% de umidade relativa e em água aumentaram com as taxas de carregamento e com a fração cristalizada. O parâmetro de Weibull possuiu valores de 6 e 4 ± 1 para o vidro e a vitrocerâmica Biosilicato com 38% de fração cristalina testados em SBF, respectivamente. Os valores de resistência mecânica encontrados para os vidros e vitrocerâmicos Biosilicato foram iguais a 80 ± 1 e 77 ± 5 MPa, respectivamente. A resistência mecânica do vidro 45S5 foi igual a 58 ± 10 MPa. Os valores de parâmetro de fadiga para o sistema LS2 testado em 10% de umidade variaram de 15 ± 5 para o vidro e aumentaram com o aumento da fração cristalina, até o valor de 21 ± 9 para a fração cristalina de 60 ± 5%. O parâmetro de fadiga para as vitrocerâmicas de LS2 testadas em água variaram de 14 ± 5 para o vidro a 12 ± 2 para a fração cristalizada de 67 ± 1%. A amostra quase totalmente cristalizada (96 ± 1%) apresentou um valor do parâmetro de fadiga maior, igual a 30 ± 10. Os ensaios de resistência mecânica para o LS2 realizados em 10% de umidade relativa mostrara maiores valores de resistência mecânica se comparados com os ensaios realizados em água. Para ambos os casos, a resistência mecânica aumenta com a velocidade de ensaio. As amostras cristalizadas de LS2 testadas em 10% de umidade apresentam elevação do valor do parâmetro de fadiga se comparado com o vidro, devido ao ambiente inerte de teste, pois o mesmo permite que a trinca no material leve mais tempo para crescer, até atingir o tamanho crítico. Para o sistema SiO2-Al2O3-MgO/ZnO (MAS), as propriedades de sinterização, cristalização, propriedades mecânicas e resistência química foram investigadas. Foi observado que substituição parcial de MgO por ZnO causa a diminuição na Tg, um pequeno aumento na temperatura de cristalização e melhora a sinterabilidade. As fases cordierita e enstatita são as fases predominantes nos vidros bulk tratados a 1000 °C. A adição de ZnO resulta na precipitação das fases cordierita, willemita e gahnita nos vidros bulk e cristobalita, enstatita, gahnita e willemita para os pós sinterizados. O vidro e o vitrocerâmico com ZnO tiveram os menores valores de dureza e módulo de elasticidade, e todos os vitrocerâmicos tiveram aproximadamente a mesma taxa de desgaste.Os testes de durabilidade mostraram que as amostras vítreas são mais resistentes ao meio ácido, enquanto que os vitrocerâmicos CP2 e CP3 são mais resistentes ao meio básico. Os efeitos da cristalização na viscosidade foram investigados em vitrocerâmicas de LS2. Observou-se que os modelos Volger-Fulcher-Tammann (VFT) e Mauro-Yue-Gupta-Adam (MYGA) se ajustam de forma satisfatória aos vidros e vitrocerâmicos com fração parcial de 3 e 14%. Não foi possível realizar o ajuste para as frações de 25 e 40% devido a cristalização das amostras durante o ensaio. Os valores de energia de ativação para o fluxo viscoso medidos foram de 510 ± 20, 520 ± 30, 530 ± 10, 630 ± 70 e 910 ± 30 kJ/mol, respectivamente para o vidro, 3, 14, 25 e 40% de fração cristalina. Devido ao fato dos cristais não serem perfeitamente esféricos, ocorre uma dissipação de energia adicional durante o ensaio, aumentando a energia de ativação à medida que aumenta a fração cristalina. Esses resultados são importantes na determinação dos mecanismos que controlam a transição frágil-dúctil em materiais vitrocerâmicos.