Recubrimientos de Al2O3 sobre ZrO2 mediante inmersión

Abstract

Los materiales cerámicos hoy en día son muy utilizados para la fabricación de prótesis biomédicas resistentes y durables. Para mejorar la osteointegración de implantes dentales de cerámica, se están desarrollando superficies porosas para mejorar la adherencia con el hueso. Sin embargo estas mismas superficies porosas implican una disminución de la resistencia mecánica de los implantes debido a la naturaleza intrínsecamente frágil de las cerámicas, lo cual implica un descenso de la fiabilidad del componente que puede resultar en fractura prematura. El objetivo de este proyecto es desarrollar superficies porosas sobre componentes de circona utilizando alúmina y alúmina-circona para introducir tensiones residuales de compresión que aumenten la resistencia y la fiabilidad. Para ello se utiliza la técnica de inmersión por su versatilidad y simplicidad. En primer lugar, se realizaron capas delgadas de alúmina sobre sustratos de circona y se analizó de los parámetros experimentales que influyen sobre las capas. Se midió el espesor de la capa bajo microscopio confocal, se analizó la influencia del tiempo de inmersión y la concentración de polvo en la suspensión frente al espesor de la capa final. Se notó que la concentración en polvo aumenta el espesor del recubrimiento. Se hicieron ensayos de dureza Vickers para evidenciar la presencia de tensiones residuales y se notó que la capa de alúmina estuvo sometida a compresión. Se determinó también la dureza aparente del recubrimiento (Hf ≅ 3.3 GPa). Finalmente, se comparó la adherencia de las diferentes capas mediante un ensayo de rayado y se notó una diminución de adherencia al aumentar la porosidad de la capa. Los intentos a la realización de un compuesto laminar con capas alternadas y adherentes de alúmina y circona con la técnica de inmersión pusieron en evidencia una dificultad en el método de procesamiento y por eso, no se realizaron compuesto multicapa. También se realizaron ensayos de flexión bola en tres bolas. Se miraron los perfiles de rotura bajo microscopio electrónico de barrido y se analizaron los resultados mediante estadística de Weibull para cuantificar la fiabilidad del componente. Se observó un aumento importante en la fiabilidad del componente generando recubrimientos con un tamaño de porosidad homogéneo y dado por las tensiones residuales. El análisis SEM puso en evidencia la presencia de porosidad interconectada pero con poros no suficientemente largo por una buena integración del implante. La realización de una capa alúmina-circona propuso buenas perspectivas a la realización de un compuesto laminar por su estructura auto-reforzada y su grado de porosidad por la integración.