Processamento cerâmico de resíduos de zircônia fresada pelo sistema CAD-CAM: caracterização microestrutural e mecânica

Abstract

A zircônia (ZrO2) é uma cerâmica utilizada na produção de próteses por manufatura subtrativa que gera grande quantidade de resíduos. A coleta e o reaproveitamento desse material mostram potencial de reutilização tanto em odontologia quanto em outras áreas como refratários e abrasivos. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi propor um método de processamento cerâmico para aproveitamento do descarte gerado pela fresagem de zircônias. Três grupos foram confeccionados: controle (ZZC, ZrO2 fresada), ZrO2 reciclada prensada uniaxialmente (ZZUNI) e ZrO2 reciclada prensada isostaticamente (ZZISO). Para os grupos experimentais, blocos já fresados foram cominuídos em moinho de esferas (90 rpm) por 168 h para confecção dos espécimes. As suspensões foram secas em estufa (60 °C/ 24h) e prensadas uniaxialmente (113 MPa/1 min) ou unixialmente e isostaticamente (200 MPa/1 min) em discos (18 mm Ø X 2 mm) (n=15/grupo). Foi realizada pré-sinterização (1000 °C/2 h), polimento manual e sinterização (1450 °C/3 h) (12 mm Ø X 1,5 mm). Os espécimes foram avaliados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), difração de raios X (DRX), densidade aparente e relativa, porosidade total, dureza, resistência à flexão biaxial (RFB, 5kN, 0,5 mm/min) e módulo de Weibull (m). Os dados de RFB e dureza foram analisados pelo teste Anova um fator seguido pelo pós-teste de Tukey (p < 0,05). As imagens de MEV mostram o grupo ZZC com microestrutura mais homogênea. A fase tetragonal foi a mais predominante em todos os grupos, sem presença de contaminantes. A densidade relativa (%) /porosidade total (%) foi ZZC= 94,7/4,5 %; ZZUNI= 63,8/36,2 % e ZZISO= 80,4/ 19,7%. A dureza (GPa) foi: ZZC= 7,59, ZZUNI= 7,08 e ZZISO= 8,01, sem diferença estatisticamente significante entre os grupos. Os valores de RFB (MPa) foram: ZZC= 931,50; ZZUNI= 872,01 e ZZISO= 854,56, sem diferença estatisticamente significante entre os grupos. Os valores de m foram ZZC= 6,79; ZZUNI= 6,85 e ZZISO= 6,63. Concluiu-se que o método proposto para a reciclagem de zircônia foi eficaz para reproduzir as características do grupo controle e pode ser utilizado por empresas para reaproveitar esse material e devolvê-lo ao mercado.

Zirconia (ZrO2) is a ceramic material used in the production of prostheses through subtractive manufacturing, which generates a large amount of waste. The collection and reuse of this material show potential for reuse in dentistry as well as in other areas such as refractories and abrasives. Therefore, the aim of this study was to propose a ceramic processing method for utilizing the waste generated by zirconia milling. Three groups were prepared: control (ZZC, milled ZrO2), uniaxially pressed recycled ZrO2 (ZZUNI), and isostatically pressed recycled ZrO2 (ZZISO). For the experimental groups, already milled blocks were comminuted in a ball mill (90 rpm) for different milling times, with 168 h adopted for specimen fabrication. The suspensions were dried in an oven (60°C/24h) and uniaxially pressed (113 MPa/1 min) or uniaxially and isostatically pressed (200 MPa/1 min) into discs (18 mm Ø X 2 mm) (n=15/group). Pre-sintering (1000°C/2 h), manual polishing, and sintering (1450°C/3 h) were performed (12 mm Ø X 1.5 mm). The specimens were evaluated by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), apparent and relative density, total porosity, hardness, biaxial flexural strength (BFS, 5kN, 0.5 mm/min), and Weibull modulus (m). RF and hardness data were analyzed by one-way ANOVA followed by Tukey's post-test (p < 0.05). SEM images showed the ZZC group with a more homogeneous microstructure. The tetragonal phase was the most predominant in all groups, with no presence of contaminants. The relative density (%)/total porosity (%) was ZZC= 94.7/4.5%; ZZUNI= 63.8/36.2%; and ZZISO= 80.4/19.7%. The hardness (GPa) was: ZZC= 7.59, ZZUNI= 7.08, and ZZISO= 8.01, with no statistically significant difference between the groups. BFS values (MPa) were: ZZC= 931.50; ZZUNI= 872.01; and ZZISO= 854.56, with no statistically significant difference between the groups. The m values were ZZC= 6.79; ZZUNI= 6.85; and ZZISO= 6.63. It was concluded that the proposed method for zirconia recycling was effective in reproducing the characteristics of the control group and can be used by companies to reuse this material and reintroduce it to the market.