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metadata.dc.type: Tese
Title: Fadiga e viscosidade de vitrocerâmicas de dissilicato de lítio e propriedades mecânicas de vitrocerâmicas do sistema MgO-Al2O3- SiO2/ZnO
metadata.dc.creator: Dechandt, Iolanda Cristina Justus
metadata.dc.contributor.advisor1: Serbena, Francisco Carlos
metadata.dc.contributor.referee1: Rosa, Daniele Toniolo Dias
metadata.dc.contributor.referee2: Soares, Viviane
metadata.dc.contributor.referee3: Saab, Sérgio da Costa
metadata.dc.contributor.referee4: Chinelatto, Adriana Scoton Antonio
metadata.dc.description.resumo: A revolução no uso de materiais bioativos promoveu a melhora da qualidade de vida das pessoas, porém o desgaste desses materiais continua acompanhando o processo de envelhecimento. Frente a esse desafio, neste trabalho foi investigada a influência do ambiente químico (água e solução SBF) nas propriedades mecânicas de vidros e vitrocerâmicas com aplicações dentárias e bioativas. O módulo de Weibull, os parâmetros de fadiga dinâmica e a resistência mecânica dos sistemas dissilicato de lítio e dos biovidros Biosilicato e 45S5 foram estudadas em diferentes ambientes através da técnica esfera-sobre-três esferas (B3B) com diferentes taxas de carregamento. Os ensaios realizados em 10% de umidade relativa para o vidro LS2 mostraram um valor médio de módulo de Weibull igual a 4 enquanto que para o mesmo vidro testado em água o valor foi de 5 ± 1. Para o vitrocerâmico LS2 com fração cristalina de 96 ± 1% testado em água o módulo de Weibull encontrado foi de 7 ± 1. Os valores de resistência mecânica para os vitrocerâmicos LS2 testados em 10% de umidade relativa e em água aumentaram com as taxas de carregamento e com a fração cristalizada. O parâmetro de Weibull possuiu valores de 6 e 4 ± 1 para o vidro e a vitrocerâmica Biosilicato com 38% de fração cristalina testados em SBF, respectivamente. Os valores de resistência mecânica encontrados para os vidros e vitrocerâmicos Biosilicato foram iguais a 80 ± 1 e 77 ± 5 MPa, respectivamente. A resistência mecânica do vidro 45S5 foi igual a 58 ± 10 MPa. Os valores de parâmetro de fadiga para o sistema LS2 testado em 10% de umidade variaram de 15 ± 5 para o vidro e aumentaram com o aumento da fração cristalina, até o valor de 21 ± 9 para a fração cristalina de 60 ± 5%. O parâmetro de fadiga para as vitrocerâmicas de LS2 testadas em água variaram de 14 ± 5 para o vidro a 12 ± 2 para a fração cristalizada de 67 ± 1%. A amostra quase totalmente cristalizada (96 ± 1%) apresentou um valor do parâmetro de fadiga maior, igual a 30 ± 10. Os ensaios de resistência mecânica para o LS2 realizados em 10% de umidade relativa mostrara maiores valores de resistência mecânica se comparados com os ensaios realizados em água. Para ambos os casos, a resistência mecânica aumenta com a velocidade de ensaio. As amostras cristalizadas de LS2 testadas em 10% de umidade apresentam elevação do valor do parâmetro de fadiga se comparado com o vidro, devido ao ambiente inerte de teste, pois o mesmo permite que a trinca no material leve mais tempo para crescer, até atingir o tamanho crítico. Para o sistema SiO2-Al2O3-MgO/ZnO (MAS), as propriedades de sinterização, cristalização, propriedades mecânicas e resistência química foram investigadas. Foi observado que substituição parcial de MgO por ZnO causa a diminuição na Tg, um pequeno aumento na temperatura de cristalização e melhora a sinterabilidade. As fases cordierita e enstatita são as fases predominantes nos vidros bulk tratados a 1000 °C. A adição de ZnO resulta na precipitação das fases cordierita, willemita e gahnita nos vidros bulk e cristobalita, enstatita, gahnita e willemita para os pós sinterizados. O vidro e o vitrocerâmico com ZnO tiveram os menores valores de dureza e módulo de elasticidade, e todos os vitrocerâmicos tiveram aproximadamente a mesma taxa de desgaste.Os testes de durabilidade mostraram que as amostras vítreas são mais resistentes ao meio ácido, enquanto que os vitrocerâmicos CP2 e CP3 são mais resistentes ao meio básico. Os efeitos da cristalização na viscosidade foram investigados em vitrocerâmicas de LS2. Observou-se que os modelos Volger-Fulcher-Tammann (VFT) e Mauro-Yue-Gupta-Adam (MYGA) se ajustam de forma satisfatória aos vidros e vitrocerâmicos com fração parcial de 3 e 14%. Não foi possível realizar o ajuste para as frações de 25 e 40% devido a cristalização das amostras durante o ensaio. Os valores de energia de ativação para o fluxo viscoso medidos foram de 510 ± 20, 520 ± 30, 530 ± 10, 630 ± 70 e 910 ± 30 kJ/mol, respectivamente para o vidro, 3, 14, 25 e 40% de fração cristalina. Devido ao fato dos cristais não serem perfeitamente esféricos, ocorre uma dissipação de energia adicional durante o ensaio, aumentando a energia de ativação à medida que aumenta a fração cristalina. Esses resultados são importantes na determinação dos mecanismos que controlam a transição frágil-dúctil em materiais vitrocerâmicos.
Abstract: The bioceramic revolution has improved people’s life, however their wear affects their mechanical resistance with time. In face of this challenge, in this work the influence of the chemical environment (water and SBF solution) on the mechanical properties of glass and glass-ceramics with dental and bioactive applications was investigated. Weibull modulus, the dynamic fatigue parameter and mechanical strength of lithium dissilicate and bioglasses Biosilicate and 45S5 were studied in different environments using the ball-on-three ball test (B3B) with different loading rates. The test performed in 10% of relative humidity for the LS2 glass showed an average value of Weibull modulus of 4, while for the same glass tested in water was 5± 1. For the LS2 glass-ceramic with volume fraction of 96 ± 1% tested in water, the Weibull modulus found was 7± 1. The mechanical strength for LS2 glass-ceramics tested in 10% of relative humidity and in water increased with the loading rates and with the cristalized volume fraction. The Weibull distributions were 6 and 4 ± 1for the glass and glass-ceramic Biosilicate with 38% of volume fraction tested in SBF, respectively. The mechanical strength of the Biosilicate glass and glass-ceramic were 80 ± 1 and 77 ± 5 MPa, respectively, and for the 45S5 glass was 58 ± 10 MPa. The values of the fatigue parameter for LS2 tested in 10% of humidity varied from 15 ± 5 for the glass and increased with crystallized volume fraction, to 21 ± 9 for the volume fraction of 60 ± 5%. The fatigue parameter of the LS2 glass-ceramics tested in water varied from 14 ± 5 for glass to 12 ± 2 for the volume fraction of 67 ± 1%. The sample almost completely crystallized (96 ± 1%) showed the higher fatigue parameter, 30 ± 10. The mechanical strength for LS2 at 10% of relative humidity showed higher values when compared with tests performed in water. In both cases, the mechanical strength increases as the load rate increases. LS2 samples tested at 10% of relative humidity showed an increase in the fatigue parameters when compared glass, due to the test environment because it allows more time for crack growth before reaching a critical size. For samples tested in water, apparently there is a trend to decrease fatigue. For the system SiO2-Al2O3-MgO/Zno (MAS), the properties of sinterization, cristalization, mechanical properties and chemical resistance were investigated. It was observed that partial substitution of MgO by ZnO causes a decrease in Tg, a slight increase in the crystallization temperature and improves sinterability. Cordierite and enstatite phases are predominant in bulk glasses heat treated at 1000 °C. The addition of ZnO results in precipitation of phases cordierite, willemite and gahnite n bulk glasses, and in cristobalite, enstatite, ghanite and willemite for sintered powders. The glass and glass-ceramic with ZnO had the lowest hardness and elastic modulus, and all glass-ceramics had almost the same wear rate. Chemical durability tests showed that glass samples are more resistant to acid environment, while glass-ceramics CP2 and CP3 are more resistant to the basic environment. The effects of crystallization on the viscosity of LS2 glass-ceramics were investigated. The Volger-Fulcher-Tammann (VFT) e Mauro-Yue-Gupta-Adam (MYEGA) models fitted quite well to the glass and glass-ceramics with crystallized volume fractions of 3% and 14%. It was not possible to fit the model for 25 % and 40% due the concurrent crystallization of the samples during testing. The activation energies for viscous flow were 510 ± 20, 520 ± 30, 530 ± 10, 630 ± 70 and 910 ± 30 kJ/mol for the glass and 3, 14, 25 e 40% of volume fractions, respectively. Due to the fact that the crystals are not perfectly spherical, there is an additional energy dissipation during flow, increasing the activation energy as the crystallized fraction increases. These results are important for determination of the mechanisms that control the brittle-ductile transition in glass-ceramics materials.
Keywords: vidro dissilicato de lítio
fadiga
resistência mecânica
MAS
sinterização
resistência ao risco
viscosidade
lithium dissilicate glass
fatigue
mechanical strength
MAS
sinterization
wear resistance
viscosity
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Estadual de Ponta Grossa
metadata.dc.publisher.initials: UEPG
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Física
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências
Citation: DECHANDT, Iolanda Cristina Justus. Fadiga e viscosidade de vitrocerâmicas de dissilicato de lítio e propriedades mecânicas de vitrocerâmicas do sistema MgO-Al2O3- SiO2/ZnO. 2021. Tese (Doutorado em Ciências) - Universidade Estadual de Ponta Grossa, Ponta Grossa, 2021.
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: http://tede2.uepg.br/jspui/handle/prefix/3387
Issue Date: 23-Feb-2021
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