http://repositorio.unb.br/handle/10482/52218
Fichero | Descripción | Tamaño | Formato | |
---|---|---|---|---|
2025_MarcioPauloDeAraujoMafra_TESE.pdf | 9,1 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |
Título : | Influência do teor de ítria no limite de resistência à fadiga obtido pelo método da escada modificado em zircônias estabilizadas com Y2O3 |
Autor : | Mafra, Márcio Paulo de Araújo |
Orientador(es):: | Silva, Cosme Roberto Moreira da |
Coorientador(es):: | Santos, Claudinei dos |
Assunto:: | Fadiga (Mecânica) Materiais cerâmicos odontológicos Zircônia Degradação |
Fecha de publicación : | 9-may-2025 |
Data de defesa:: | 26-feb-2025 |
Citación : | MAFRA, Márcio Paulo de Araújo. Influência do teor de ítria no limite de resistência à fadiga obtido pelo método da escada modificado em zircônias estabilizadas com Y2O3. 2025. 138 f., il. Tese (Doutorado em Ciências Mecânicas) — Universidade de Brasília, Brasília, 2025. |
Resumen : | Ceramic materials have been widely used in dentistry due to their biocompatibility, wear resistance and aesthetic appearance with natural teeth. Among them, yttria-stabilized zirconia (Y-TZP) stands out for its promising mechanical properties, making it a superior alternative for problematic prosthetics and implants. hydrothermal and fatigue, which can compromise its durability in clinical applications. This work aimed to carry out fatigue tests on 4 points of zirconia dental ceramics with different Yttria contents and to evaluate the relationship of tetragonal, monoclinic, and cubic phases with fatigue behavior, possible transformation mechanisms, and the fatigue resistance limits of these materials. The current ISO 6872 standards do not include fatigue resistance values as limits on the use of prostheses and implants, being restricted to determining flexural resistance and fracture toughness. In this sense, evaluations of the mechanical properties and flexural fatigue at four points were carried out in the zirconia samples with additions of 3mol.%, 4mol.% and 5mol.% Y2O3. The methodology used involved uniaxial compaction, sintering at 1550 °C with a 2-hour isotherm, mechanical tests, and determination of flexural fatigue at 4 points under a tension condition in sine waves with a frequency of 15 Hz and ratio R=0.2, with the tests being interrupted at 2 x 106 cycles, a value defined as run-out. Characterizations included scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, relative density, surface roughness, modulus of elasticity, Vickers hardness, and fracture toughness. Regarding the fractional percent of the tetragonal phase, the 3Y-TZP composition presented 81.3%, 4Y-PSZ had 47.2%, and 5Y-PSZ 20.7%. The other phases observed were monoclinic, cubic, and pseudo-cubic t". Four-point bending fatigue using the modified staircase method showed that the fatigue strength limit under cyclic stress differs with variations in yttria content between compositions. Toughening mechanisms influenced fracture toughness, with better results in samples with lower yttria content. In these cases, during fatigue tests, the tetragonalmonoclinic transformation causes an increase in volume and creates compression zones at the tip of the crack, making it difficult to propagate. With the increase in yttria content, cubic phases prevail, reducing the occurrence of these toughening mechanisms. This study made it possible, through the use of the modified staircase method, to test the limit of flexural fatigue resistance at four points with a limited set of specimens. Their microstructure considerably affected the fatigue resistance limit for the compositions studied since the tensile surface shielding is effective in zirconia with contents of the tetragonal phase higher than that of cubic and pseudo-cubic phases. Tetragonal-monoclinic transformations at the triple points of grain boundaries during cyclic loading produce a restricted elastic zone (shielding). It is inferred that this phenomenon reduces the stress intensity factor at the crack’s tip, slowing its propagation in materials with lower yttria content and a higher percentage of tetragonal phase, producing greater fatigue resistance. Evaluating the cyclic fatigue resistance of the analyzed formulations, the results obtained were of great importance for analyzing the mechanical behavior of ceramics stabilized with yttria. The study also demonstrated that microstructure significantly affects the fatigue strength limit, providing valuable insights for developing better-performing yttria-stabilized zirconia ceramics. |
Abstract: | Os materiais cerâmicos têm sido amplamente utilizados na odontologia devido à sua biocompatibilidade, resistência ao desgaste e semelhança estética com os dentes naturais. Dentre eles, a zircônia estabilizada com ítria (Y-TZP) destaca-se por suas propriedades mecânicas superiores, tornando-se uma alternativa promissora para próteses e implantes dentários. No entanto, apesar de sua alta resistência à flexão e tenacidade à fratura, a zircônia está sujeita a fenômenos como degradação hidrotérmica e fadiga, que podem comprometer sua durabilidade em aplicações clínicas. Este trabalho teve como objetivo efetuar ensaios de fadiga em 4 pontos de cerâmicas dentárias de zircônia com diferentes teores de ítria, e avaliar a relação de fases tetragonal, monoclínica e cúbica com o comportamento em fadiga, possíveis mecanismos de transformação e os limites de resistência em fadiga desses materiais. As normas vigentes ISO 6872 não contemplam valores de resistência a fadiga como limitadores de uso de próteses e implantes, restringindo-se a determinar resistência à flexão e tenacidade à fratura. Neste sentido foram realizadas avaliações das propriedades mecânicas e de fadiga por flexão em 4 pontos da zircônia com adições de 3mol.%, 4mol.% e 5mol.% Y2O3. A metodologia empregada envolveu a compactação uniaxial, sinterização à 1550 °C com isoterma de 2 horas, ensaios de resistência mecânica e determinação à fadiga por flexão em 4 pontos sob uma condição de tensão em ondas sinusoidais com frequência de 15 Hz e razão R=0,2, sendo os testes interrompidos em 2 x 106 ciclos, valor definido como run-out. As caracterizações incluíram microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-X, densidade relativa, rugosidade superficial, módulo de elasticidade, dureza Vickers e tenacidade à fratura. Em termos de percentual de fase tetragonal, a composição 3Y-TZP apresentou 81,3 % , a 4Y-PSZ teve 47,2 % e a 5Y-PSZ 20,7 %. As demais fases observadas foram a monoclínica, cúbica e a pseudo-cúbica t". A fadiga por flexão em 4 pontos utilizando o método da escada modificado mostrou que o limite de resistência a fadiga sob tensão cíclica difere com variações no teor de ítria entre as composições. A tenacidade à fratura foi influenciada pelos mecanismos de tenacificação, com melhores resultados em amostras com menor teor de ítria. Nestes casos, durante os ensaios de fadiga, a transformação tetragonal-monoclínica causa aumento de volume e criam zonas de compressão na ponta da trinca, dificultando sua propagação. Com o aumento do teor de itria, prevalecem as fases cúbicas reduzindo a ocorrência destes mecanismos de tenacificação. Este estudo possibilitou, através do uso do método da escada modificado testar o limite de resistência à fadiga por flexão em quatro pontos com um conjunto limitado de espécimes. O limite de resistência à fadiga para composições estudadas foi consideravelmente afetado pela sua microestrutura, visto que a blindagem da superfície de tração é efetiva em zircônias com teores de fase tetragonal maiores que de fases cúbica e pseudo-cúbica t". Transformações tetragonal-monoclínica nos pontos triplos de contornos de grão durante os carregamentos cíclicos produzem uma zona elástica restrita (blindagem). Infere-se que este fenômeno reduz o fator de intensidade de tensão na ponta da trinca, desacelerando sua propagação nos materiais com menor teor de itria e maior percentual de fase tetragonal, produzindo maior resistência a fadiga. Avaliando a resistência cíclica à fadiga das formulações analisadas, os resultados obtidos foram de grande importância para análise do comportamento mecânico de cerâmicas estabilizadas com ítria. O estudo também demonstrou que a microestrutura afeta significativamente o limite de resistência à fadiga, fornecendo insights valiosos para o desenvolvimento de cerâmicas de zircônia estabilizadas com ítria com melhor desempenho. |
metadata.dc.description.unidade: | Faculdade de Tecnologia (FT) Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM) |
Descripción : | Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2025. |
metadata.dc.description.ppg: | Programa de Pós-Graduação em Ciências Mecânicas |
Licença:: | A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. |
Aparece en las colecciones: | Teses, dissertações e produtos pós-doutorado |
Los ítems de DSpace están protegidos por copyright, con todos los derechos reservados, a menos que se indique lo contrario.