Nanomechanical and microstructural properties of experimental bilayered zirconia ceramics after hydrothermal aging

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Sousa, Edisa O. ; Campos, Tiago M. B. ; Bergamo, Edmara T. P. ; Alves, Larissa M. M. ; Benalcazar-Jalkh, Ernesto B. ; Marun, Manoela M. ; Galli, Mateus Z. ; Carvalho, Laura F. ; Thim, Gilmar Patrocinio ; Tebcherani, Sergio M. ; Witek, Lukasz ; Coelho, Paulo G. ; Piza, Mariana M. T. ; dos Santos, Claudinei ; Yamaguchi, Satoshi ; Bonfante, Estevam A.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CERAMICS INTERNATIONAL; v. 50, n. 19, p. 10-pg., 2024-08-09.

Resumo

Two experimental ceramic systems, 3Y-TZP/5Y-PSZ (3Y/5Y) and 4Y-PSZ/5Y-PSZ (4Y/5Y), underwent analysis before (3Y/5Yi or 4Y/5Yi) and after hydrothermal aging (3Y/5Ya or 4Y/5Ya) to simulate low-temperature degradation (LTD). The samples were sintered and characterized using scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Raman spectroscopy, alongside nanoindentation tests to measure elastic modulus (Em) and hardness (H). Assessments were conducted on the external surfaces and at individual layers on crosssectioned samples at predetermined regions of interest (ROIs). Degraded superficial regions were observed in the cross-sectional SEM images of the 3Y and 4Y zirconia layers after aging. XRD indicated a tetragonal -> monoclinic phase transformation in the aged groups for both 3Y (66 % m-ZrO2) and 4Y (29 % m-ZrO2). Raman spectroscopy revealed monoclinic phase amounts of 86 % for 3Y and 62 % for 4Y in the degradation regions observed in the SEM micrographs. Monoclinic phase peaks were virtually no longer detected in either material beyond a depth of 15 mu m. Hydrothermal aging significantly diminished the H and Em values for the 3Y and 4Y zirconia surfaces. For the analysis of different zirconia surfaces within the same subgroup, all pairwise comparisons showed statistically significant differences, except for the values of H of 3Y/5Yi and Em for 4Y/5Yi. Regarding the nanoindentation results of cross-sectioned samples, the aging protocol did not affect the H and Em values of the equivalent ROIs (layers), regardless of the bilayered system. However, significant differences in H values were observed among the ROIs (layers) within the same bilayered system. Despite surface changes, nanomechanical properties remained preserved below the surface and at the interfaces of bilayered materials after aging. Nanoscale H values varied among some layers and interfaces, whereas the Em values exhibited differences across certain surfaces. (AU)

• Processo FAPESP: 21/07440-2 - Infiltração graduada por vidro em uma zircônia ultra translúcida (5Y-PSZ): síntese, processamento e caracterização das propriedades físicas e mecânicas
• Beneficiário: Larissa Marcia Martins Alves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/12874-9 - Infiltração gradada por vidro em um compósito experimental à base de whiskers de alumina e zircônia: desenvolvimento, caracterização microestrutural e das propriedades ópticas e mecânicas
• Beneficiário: Tiago Moreira Bastos Campos
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/05496-3 - EMU concedido no processo 21/06730-7: Macrodurômetro VH1150 - Buehler
• Beneficiário: Estevam Augusto Bonfante
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 21/06730-7 - Rumo à zircônia sustentável reciclada a partir do descarte de usinagem e melhorada por infiltração graduada e ao desenvolvimento de blocos de zircônia multicamada resistentes, graduados, e não suscetíveis ao envelhecimento
• Beneficiário: Estevam Augusto Bonfante
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2
• Processo FAPESP: 23/07289-8 - Influência da degradação em baixa temperatura na resistência ao desgaste de uma zircônia translúcida reciclada
• Beneficiário: Larissa Marcia Martins Alves
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 22/07733-2 - Caracterização física e mecânica de um sistema de zircônia bicamada: influência do envelhecimento hidrotérmico
• Beneficiário: Edisa de Oliveira Sousa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Mestrado
• Processo FAPESP: 22/05495-7 - EMU concedido no processo 21/06730-7: ElectroPuls E3000 All-Electric Dynamic Test Instrument, INSTRON
• Beneficiário: Estevam Augusto Bonfante
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 22/07157-1 - Caracterização física e mecânica de um sistema multicamadas utilizando zircônia reciclada
• Beneficiário: Ernesto Byron Benalcazar Jalkh
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 23/02142-9 - Caracterização nanomecânica de um sistema experimental de zircônia bicamadas
• Beneficiário: Edisa de Oliveira Sousa
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Mestrado