Caracterização microestrutural e resistência à fadiga de zircônias de alta, super e extra translucidez

Abstract

O objetivo deste estudo foi caracterizar a microestrutura de cerâmicas de zircônia parcialmente estabilizada com ítria com diferentes níveis de translucidez e avaliar o efeito na dureza, tenacidade à fratura e resistência à flexão biaxial (ensaio com carga monotônica e resistência à fadiga). Amostras em forma de disco foram obtidas de cerâmica de zircônia de alta translucidez (Vita YZ HT), super translucidez (Vita YZ ST) e extra translucidez (Vita YZ XT), seguindo as diretrizes da ISO 6872/2015 para testes de resistência à flexão biaxial, e também na menor espessura de utilização indicada pelo fabricante (dimensões finais de 12 mm de diâmetro, 0,7 e 1,2 ± 0,1 mm de espessura). Para a caracterização, foram realizadas análises de difração de raios-X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS), para análise das propriedades mecânicas, dureza Vickers, tenacidade à fratura e resistência à flexão biaxial (ensaio com carga monotônica) e ensaio de resistência à fadiga em flexão biaxial (ensaio acelerado step-stress). A zircônia ST e XT apresentaram defeitos superficiais na análise de MEV, enquanto a zircônia HT apresentou maior uniformidade dos grãos na superfície. Todas as cerâmicas apresentaram composições químicas semelhantes, diferindo principalmente na quantidade de ítria, que foi maior com o aumento da translucidez do material; nos resultados de DRX, a quantidade de fase cúbica também foi maior com o aumento da translucidez (XT> ST> HT). XT e HT apresentaram os maiores valores de dureza e quanto à tenacidade à fratura, HT difere de ST e XT, que foram semelhantes. Em relação à resistência à fadiga e probabilidade de sobrevivência, XT (0,7 mm e 1,2 mm) apresentou o pior desempenho mecânico (resistência à flexão biaxial à fadiga e ciclos até a falha), enquanto HT e ST apresentaram valores estatisticamente semelhantes e superiores à XT, mesmo em espessuras finas (0,7 mm) e espessura convencional (1,2 mm). A zircônia super translúcida (ST) apresenta comportamento de fadiga semelhante à zircônia altamente translúcida HT, que já possui um excelente reconhecimento na literatura. Cerâmicas de extra translucidez (XT) ainda precisam evoluir no processamento. Mudanças na microestrutura das cerâmicas de zircônia translúcida e na quantidade de ítria disminuiram as propriedades mecânicas

The aim of this study was to characterize the microstructure of Yttria partially stabilized zirconia ceramics with different levels of translucency and to evaluate the effect on the hardness, fracture toughness and biaxial flexural strength (monotonic and fatigue). Disc-shaped specimens were obtained from high translucency (Vita YZ HT), super translucency (Vita YZ ST) and extra translucency zirconia ceramics (Vita YZ XT), following ISO 6872/2015 guidelines for biaxial flexural strength testing (final dimensions of 12 mm in diameter, 0.7 and 1.2 ± 0.1 mm in thickness). For characterization, X-ray diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) and energy dispersion spectroscopy (EDS) analyzes were performed and for mechanical properties, Vickers hardness, fracture toughness and biaxial flexural strength (monotonic and fatigue). The ST and XT zirconia showed surface defects under SEM analysis, while HT zirconia exhibited greater grain uniformity on the surface. All ceramics showed similar chemical compositions, differing mainly in the amount of yttria, which was higher as the translucency of the material increased; and in XRD the amount of cubic phase was also greater with the increased translucency (XT > ST > HT). XT and HT present the highest hardness values and about the fracture toughness, HT differs from ST and XT, which were similar. Regarding the fatigue strength and survival probability, XT (0.7 mm and 1.2 mm) showed the worst mechanical performance (fatigue biaxial flexural strength and cycles until failure), while HT and ST presented statistically similar values and higher than XT, even between thin (0.7 mm) and conventional thickness (1.2 mm). Super translucent zirconia (ST) has similar fatigue behavior than high-translucent zirconia HT, which already has an excellent recognition in the literature. Extra (XT) translucency ceramics still need to evolve in processing. Changes in the microstructure of translucent zirconia ceramics and the amount of yttria have reduced the mechanical properties.