Influência da adição de ZrO2 dopada com CeO2/Y2O3 e reforçada com plaquetas de alumina, nas propriedades mecânicas do compósito cerâmico alumina – zircônia

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Nascimento, Anne Caroline de Paula
Data de Publicação: 2021
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: https://repositorio.unb.br/handle/10482/41914
Resumo: Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.
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spelling Influência da adição de ZrO2 dopada com CeO2/Y2O3 e reforçada com plaquetas de alumina, nas propriedades mecânicas do compósito cerâmico alumina – zircôniaBiomaterialBiocerâmicasFadigaAlumina-zircôniaDissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.Neste trabalho, compósitos cerâmicos, a base de alumina (Al2O3) e zircônia dopada com ítria e céria reforçado com plaquetas de alumina ((Ce,Y)-TZP/Al2O3), denominado ZrI, caracterizados quanto a sua microestrutura, propriedades mecânicas e resistência a fadiga. Misturas dos pós de alumina contendo 5, 10, 15, 20 e 100% de (Ce,Y)-TZP/Al2O3 foram processados por tecnologia do pó, compactadas uniaxialmente a 100 MPa e sinterizadas a 1600 °C – 2 h. As amostras foram caracterizadas por densidade relativa, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-X e rugosidade superficial. Foram determinados os módulos de elasticidade, dureza Vickers, tenacidade a fratura, resistência a fratura por flexão e limite de resistência a fadiga. Resultados apontam para uma elevada densificação das amostras, superior a 97,5%, uma microestrutura refinada e heterogênea, devido as plaquetas de alumina. Compósitos de 5, 10, 15 e 20% de ZrI apresentaram 100% dos grãos de zircônia em sua fase tetragonal enquanto o compósito com 100% de ZrI apresentou uma pequena parcela de zircônia monoclínica. A adição de ZrI na matriz de alumina promoveu a redução dos módulos de elasticidade e das durezas dos materiais, devido ao menor módulo de elasticidade e dureza da ZrI em relação a alumina. Em contrapartida a tenacidade a fratura aumentou em até 110% no compósito com matriz de alumina, e a tenacidade do compósito com 100% de ZrI foi 20% superior a melhor tenacidade dos compósitos alumina-zircônia. A resistência a flexão variou entre 258 MPa e 316 MPa. Infere-se que essas mudanças ocorreram devido a transformação martensítica, gerada na frente da microtrinca, com expansão volumétrica e criação de zonas de compressão e microtrincamentos, dificultando sua propagação. O limite de resistência a fadiga do compósito com 20% de ZrI foi prejudicado pela adição de um maior teor de plaquetas no compósito. A adição de ZrI na matriz de alumina causou aumento da anisotropia e da heterogeneidade microestrutural no compósito, pela adição de inclusões tais como plaquetas de alumina. Considerando-se que as trincas podem se iniciar nesses defeitos durante os ensaios de fadiga o maior percentual de ZrI no compósito com 20% de ZrI pode ter gerado a nucleação e microtrincas, reduzindo o limite de resistência a fadiga deste compósito.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).In this work, ceramic composites, based on alumina (Al2O3) and zirconia doped with yttria and ceria reinforced with alumina platelets ((Ce,Y)-TZP/Al2O3), called ZrI, are characterized as to their microstructure, mechanical properties and fatigue resistance. Mixtures of alumina powders containing 5, 10, 15, 20 and 100% (Ce,Y)-TZP/ Al2O3 were processed by powder technology, uniaxially compacted at 100 MPa and sintered at 1600 °C – 2 h. The samples were characterized by relative density, scanning electron microscopy, X-ray diffraction and surface roughness. The modulus of elasticity, Vickers hardness, fracture toughness, flexural fracture strength and fatigue strength limit were determined. Results point to high sample densification, above 97,5%, refined and heterogeneous microstructure, due to alumina platelets. Composites with 5, 10, 15 and 20% ZrI showed 100% of the zirconia grains in its tetragonal phase, while the composite with 100% ZrI showed a small portion of monoclinic zirconia. The addition of ZrI to the alumina matrix reduced the modulus of elasticity and hardness of the materials, due to the lower modulus of elasticity and hardness of ZrI in relation to alumina. On the other hand, fracture toughness increased up to 110% in the composite with alumina matrix, and the toughness of the composite with 100% ZrI was 20% higher than the best toughness of the alumina-zirconia composites. Flexural strength ranged between 258 MPa and 316 MPa. It is inferred that this change occurs due to martensitic transformation, generated in front of the microcrack, with volumetric expansion and creation of compression zones and micro-cracks, making its propagation difficult. The fatigue strength limit of the composite with 20% ZrI was harmed by the addition of a higher content of platelets in the composite. The addition of ZrI to the alumina matrix caused an increase in anisotropy and microstructural heterogeneity in the composite, by the addition of inclusions such as alumina platelets. Considering that cracks can start in these defects during fatigue tests, the highest percentage of ZrI in the composite with 20% ZrI may have generated nucleation and microcracks, reducing the fatigue strength limit of this composite.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Mecânica (FT ENM)Programa de Pós-Graduação em Ciências MecânicasSilva, Cosme Roberto Moreira daannecaroline_010297@hotmail.comNascimento, Anne Caroline de Paula2021-08-25T16:31:24Z2021-08-25T16:31:24Z2021-08-252021-06-23info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfNASCIMENTO, Anne Caroline de Paula. Influência da adição de ZrO2 dopada com CeO2/Y2O3 e reforçada com plaquetas de alumina, nas propriedades mecânicas do compósito cerâmico alumina – zircônia. 2021. 128 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2021.https://repositorio.unb.br/handle/10482/41914A 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.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-02-08T21:40:02Zoai:repositorio.unb.br:10482/41914Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-02-08T21:40:02Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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