Producción y caracterización mecánica y microestructural de circona estabilizada con ceria

Abstract

La circona dopada con itria es el material cerámico estándar que se utiliza en diversas aplicaciones debido a sus excelentes propiedades de resistencia mecánica, tenacidad de fractura, resistencia al desgaste, resistencia al ataque químico, etc. Si a esto se le añade su biocompatibilidad, y su color similar a los dientes naturales, se entiende que una de las aplicaciones actuales más importantes sea en odontología como en coronas, puentes, implantes etc. Sin embargo, la circona dopada con itria tiene un punto débil que es su degradación en presencia de agua. Consiste en la transformación de fase espontánea de la superficie en contacto con el agua desde la fase tetragonal a la fase monoclínica acompañada de micro-agrietamiento superficial. Por este motivo, existe interés en utilizar circonas que sean resistentes a la degradación hidrotérmica como es el caso de la circona dopada con 12% molar de ceria. Por tanto, en el estudio presente la atención se ha dirigido hacia la fabricación de circona dopada con ceria, y fundamentalmente en examinar diversas rutas de fabricación. Se ha partido de una cerámica de circona de referencia con 12 % molar de ceria, cuyo polvo es fabricado y suministrado por una empresa japonesa. Los polvos de 12Ce-TZP han sido compactados y sinterizados, la muestras preparadas, y sus propiedades mecánicas analizadas siendo similares a las encontradas en la literatura. Por otra parte, se han estudiado dos procesamientos distintos: a) mezcla de polvos de óxido de circonio y de óxido de cerio “puros” con el objetivo de conseguir polvos de circona con 12% molar de ceria; b) recubrimiento de los polvos de óxido de circonio con cerio el cual proviene de una sal de cerio en solución (vía del nitrato). Los materiales han sido sinterizados con éxito y se ha determinado que después de la sinterización la fase mayoritaria es la fase tetragonal cuando se sigue la ruta del nitrato. De este modo se obtienen además microestructuras y propiedades mecánicas similares a la cerámica de referencia (12Ce-TZP). Se han obtenido también polvos con cantidades de ceria inferiores al 12 % molar, para lo cual se han mezclado polvos de 12Ce-TZP con circona pura. Después de obtener los materiales deseados, se ha analizado su microestructura y sus propiedades mecánicas. En este caso la fase mayoritaria es la fase monoclínica y las propiedades mecánicas son inferiores. Finalmente se ha puesto de relieve que la tenacidad de 12Ce-TZP no puede determinarse correctamente por el método de la indentación debido a que las grietas que se originan en los vértices de las indentaciones Vickers o están ausentes o son muy pequeñas. La tenacidad de fractura se ha determinado mediante el método SEVNB con una micro-entalla mecanizada mediante un femtolaser. Se encuentra que los valores de tenacidad de fractura para las grietas pequeñas superficiales son mucho menores que los valores que se citan en la literatura para ya sea para a partir del método de indentación o en grietas grandes en 12 Ce-ZP por el método SEVNB convencional.