Decoration of indentation cracks in 3Y-TZP by hydrothermal ageing

Abstract

Las grietas de indentación en cerámicas son frecuentemente utilizadas no sólo para estimar semi-empíricamente la tenacidad a fractura KIC, sino también cómo método para crear grietas agudas superficiales y semielípticas a partir de las cuales analizar la tenacidad de fractura. Para ello es necesario conocer la forma exacta de la grieta inicial, así como en el momento de fractura inestable. A menudo dicha identificación no es obvia debido a un pobre contraste visual de las superficies fracturadas. La circona estabilizada con 3% molar de itria (3Y-TZP) es una cerámica biocompatible con buenas propiedades mecánicas que la hacen interesante para su utilización en prótesis dentales y cabezas femorales. Adicionalmente, la 3Y-TZP es susceptible a un fenómeno de degradación a baja temperatura por el cual un ambiente acuoso produce una transformación de fase en la superficie expuesta. En este trabajo se ha aprovechado la susceptibilidad a degradación hidrotérmica de la 3Y-TZP para revelar grietas de indentación en probetas que son ensayadas a flexión posteriormente. Se muestra como grietas de indentación en 3Y-TZP afectadas por vapor de agua son claramente reveladas en la posterior caracterización fractográfica. Se consideraron diferentes tipos de 3Y-TZP con diferentes grados de susceptibilidad a degradación hidrotérmica. Se observó que una exposición en autoclave de unas pocas horas es suficiente para revelar las grietas en la superficie de fractura sin llegar a afectar la carga de rotura de las probetas. Por consiguiente, la técnica puede utilizarse para obtener un conocimiento preciso de la geometría de las grietas de indentación utilizadas para determinar la tenacidad de fractura. // Indentation cracks on ceramics are frequently used not only for the semi-empirical determination of the fracture toughness KIC but also as a method for generating semielliptical surface cracks to be used in as starting cracks in fracture and fatigue studies. Tetragonal zirconia stabilized with 3 % mol of yttria (3Y-TZP) is a biocompatible ceramic with good mechanical properties which is used in dental and femoral prostheses applications. Additionally, 3Y-TZP is susceptible to low temperature degradation in which a hydrothermal environment induces a phase transformation of the exposed surface. In the present work, this degradation susceptibility of 3Y-TZP has been used to reveal indentation crack profiles on specimens which were tested by flexural bending afterwards. Different types of 3Y-TZP were considered which presented different degrees of susceptibility to hydrothermal degradation. It is shown that these cracks are clearly decorated by the water vapour which make them easily revealed on the fracture surfaces. An exposition of few hours in autoclave is sufficient for revealing the indentation cracks on the fracture surface without affecting the fracture load of the specimens. Therefore, the method can be applied to visualize with precision the geometry of indentation cracks which are used to determine the fracture toughness.