Orientador: Cecília Amélia de Carvalho Zavaglia

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica

Resumo: Nesta tese foram investigadas as propriedades físicas, mecânicas e microestruturais de compósitos cerâmicos densos e porosos de Al2O3-ZrO2 cujas matérias primas foram previamente moídas em moinho vibratório com a finalidade de se obter nanocompósitos com melhores propriedades que as...

Resumo: Nesta tese foram investigadas as propriedades físicas, mecânicas e microestruturais de compósitos cerâmicos densos e porosos de Al2O3-ZrO2 cujas matérias primas foram previamente moídas em moinho vibratório com a finalidade de se obter nanocompósitos com melhores propriedades que as cerâmicas de alumina e de zircônia puras, e compósitos microestruturados. A finalidade desses estudos foi desenvolver um processamento de matérias primas para aplicações biomédicas futuras, como por exemplo: cabeça de fêmur e acetábulo cerâmicos, para implantes coxofemorais, pilares cerâmicos, para implantes dentais e braquetes cerâmicos, usados em ortodontia. As matérias primas, Al2O3 e ZrO2-3%Y2O3 foram caracterizadas quanto à composição e suas estruturas cristalinas. Foram cominuídas em moinho vibratório desenvolvido na Escola de Engenharia de São Carlos-USP, por 2, 4, 6 e 10 horas. Os pós resultantes da moagem por seis horas foram misturados e homogeneizados em três proporções, 15, 30 e 45 % de zircônia em alumina por 22 horas. O corpo denso foi conformados convencionalmente, por prensagem uniaxial (50MPa), prensagem isostática (200MPa) e sinterização em 1450°C por 2 horas. Por seu conjunto de características mecânicas a composição com 30% de zircônia e 70% de alumina foi usada para produção do corpo poroso, características estas superiores tanto às do compósito nanoestruturado como às do corpo monolítico e compatíveis à aplicação estrutural. O corpo poroso foi obtido pelo método da esponja, sinterizado em 1600°C e apresentou resistência à compressão de 6,71 MPa, valor que está contido na faixa de resistência do osso esponjoso para uma porosidade acima de 60%, poros interconectados e de tamanho compatíveis aos exigidos pela engenharia tecidual. O teste de citotoxicidade confirmou a biocompatibilidade do compósito poroso. A biocompatibilidade associada ao valor da resistência mecânica à compressão e ao tamanho dos poros permite afirmar a potencialidade do compósito obtido nas condições do trabalho como material a ser testado para crescimento de células

Abstract: In this thesis it was investigated the mechanical properties of a Al2O3-ZrO2 ceramic composite which raw materials were previously ground on a vibratory mill in order to obtain a micro structured nanocomposite with better properties than pure alumina and zirconium. The purpose of this...

Abstract: In this thesis it was investigated the mechanical properties of a Al2O3-ZrO2 ceramic composite which raw materials were previously ground on a vibratory mill in order to obtain a micro structured nanocomposite with better properties than pure alumina and zirconium. The purpose of this paper was to develop raw materials for future biomedical applications, as: femoral head and ceramic acetabulum, for hip implants, ceramic abutments, for dental implants and ceramics brackets, used in orthodontics. The raw materials, Al2O3 e ZrO2-3%Y2O3 were characterized as to composition and crystal structures. They were comminuted in a vibratory mill designed by Escola de Engenharia-USP/ São Carlos, for 2, 4, 6 e 10 hours. The 6-hours milling post-derived were mixed and homogenized in three ratios, 15, 30 e 45 % of zirconium in alumina for 22 hours. The dense body was conventionally shaped, by single axial pressing (50MPa), isostatic pressing (200MPa) and sintering in 1450°C for 2 hours. Due the set of mechanical characteristic, compositions 30%-zirconium and 70%-alumina was used to produce the porous body production and supported for structural applications. The porous specimen was obtained by the sponge method sintered at 1600ºC showed a compressive strength of 6,71 MPa, a value which is in the resistance in the range of cancellous bone resistance, for a porosity above 60%, interconnected pores and size compatible with those required by tissue engineering. Citotoxicity test confirmed the composite biocompatibility. Biocompatibility associated with mechanical strength and pores size allows to affirm the potential of the composite obtained in those conditions as a material to be tested for cell growth