Desenvolvimento e caracterização de cerâmicas 3Y-TZP, 4Y-PSZ e 5Y-PSZ obtidas por Robocasting

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Gomes, Patrick de Lima
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Cerâmicas 3Y­-TZP; 4Y-­PSZ e 5Y-­PSZ; Manufatura aditiva; Robocasting; Nanosilicato de laponita®; Polietilenoglicol; Dibutilftalato; Zircônia; Cerâmica; Produção intelectual; Engenharia Metalúrgica; 3Y­-TZP, 4Y­-PSZ e 5Y­-PSZ ceramics; Additive manufacturing; Laponite® nanosilicate; Polyethylene glycol; Dibutyl phthalate
• Link de acesso: http://app.uff.br/riuff/handle/1/31366

Nesse trabalho objetivou-se o desenvolvimento e caracterização de protótipos de zircônia por impressão 3D, utilizando o método de robocasting, técnica da família direct ink writing (DIW), consistindo em impressão por extrusão de uma tinta cerâmica. Foram desenvolvidas tintas coloidais que consistem em uma formulação contendo 31% v/v (equivalente a 68,3% em peso) de carga sólida composta por três tipos de cerâmicas de zircônias dopadas com 3, 4 e 5 mol% de ítria (denominadas respectivamente 3Y-TZP, 4Y-PSZ ou 5Y-PSZ). Essas cerâmicas foram combinadas com 69% v/v (ou 31,7% em peso) de um gel, o qual é formulado com base em uma solução aquosa de polietilenoglicol (44% v/v) contendo 7,5% em peso de nanosilicato de laponita® e adicionado 2% v/v de dibutilftalato, atuando como modificador reológico e dispersante. Corpos de prova prismáticos e em forma de discos foram impressos com camadas em cruzadas a 90° numa velocidade impressão de 10 mm/s, com bicos de impressão Ø 0,41mm usando as tintas previamente citadas. Os protótipos impressos foram secos a 40 °C-48h, sendo em seguida pré-sinterizados 1100 °C-2h. Posteriormente as amostras impressas foram sinterizadas a 1550 °C-2h e caracterizadas por difração de raios-x, microscopia óptica, confocal e eletrônica de varredura. As densidades relativas foram obtidas utilizando o princípio de Arquimedes. As durezas e módulos de elasticidade foram caracterizados, utilizando nano indentação dinâmica Vickers nas cargas entre 250 e 1960 mN. Os resultados da caracterização reológica indicaram, para todas as formulações, comportamento pseudoplástico e tixotrópico necessários para uma boa qualidade de impressão. As amostras sinterizadas apresentaram densidade relativa de aproximadamente 90% para todos os grupos, com variadas proporções dos 3 polítipos de ZrO₂ (monoclínica, tetragonal e cúbica) como fases cristalinas em sua composição, fenômeno resultante da segregação de Y⁺³ entre os grãos de zircônia estimulada pela presença da fase líquida proveniente da laponita ® formada durante a sinterização. Dessa forma, a microestrutura da 3Y-TZP exibiu uma distribuição bimodal de tamanhos de grão de ZrO₂, com tamanhos médios de 1µm (referente às fases monoclínica e tetragonal) e maiores que 5 µm (cúbica). Já a microestrutura das composições 4Y¬PSZ e 5Y-PSZ apresentou uma distribuição também bimodal com tamanhos médios maiores. Além disso, as amostras de 3Y-TZP alcançaram módulo de elasticidade em torno de 200,5 ± 26 GPa, nanodureza média (250 mN a 1960 mN) de 1496 ± 121 HV e tenacidade à fratura de 7,4 ± 0,7 MPa.m½ . Já as amostras de 4Y-PSZ obtiveram módulo de elasticidade médio de 146,3 ± 30GPa, nanodureza média de 1086,3 ± 123 HV e tenacidade à fratura de 4,39 ± 1 MPa.m½ enquanto as amostras de 5Y-PSZ obtiveram módulo de elasticidade em torno de 77,21 ± 21,12 GPa e nano dureza média de 954,62 ± 175 HV, tenacidade à fratura de 3,99 ± 0,6 MPa.m½.