Influência da adição de ZrO2 dopada com CeO2/Y2O3 e reforçada com plaquetas de alumina, nas propriedades mecânicas do compósito cerâmico alumina – zircônia

Abstract

Neste trabalho, compósitos cerâmicos, a base de alumina (Al2O3) e zircônia dopada com ítria e céria reforçado com plaquetas de alumina ((Ce,Y)-TZP/Al2O3), denominado ZrI, caracterizados quanto a sua microestrutura, propriedades mecânicas e resistência a fadiga. Misturas dos pós de alumina contendo 5, 10, 15, 20 e 100% de (Ce,Y)-TZP/Al2O3 foram processados por tecnologia do pó, compactadas uniaxialmente a 100 MPa e sinterizadas a 1600 °C – 2 h. As amostras foram caracterizadas por densidade relativa, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-X e rugosidade superficial. Foram determinados os módulos de elasticidade, dureza Vickers, tenacidade a fratura, resistência a fratura por flexão e limite de resistência a fadiga. Resultados apontam para uma elevada densificação das amostras, superior a 97,5%, uma microestrutura refinada e heterogênea, devido as plaquetas de alumina. Compósitos de 5, 10, 15 e 20% de ZrI apresentaram 100% dos grãos de zircônia em sua fase tetragonal enquanto o compósito com 100% de ZrI apresentou uma pequena parcela de zircônia monoclínica. A adição de ZrI na matriz de alumina promoveu a redução dos módulos de elasticidade e das durezas dos materiais, devido ao menor módulo de elasticidade e dureza da ZrI em relação a alumina. Em contrapartida a tenacidade a fratura aumentou em até 110% no compósito com matriz de alumina, e a tenacidade do compósito com 100% de ZrI foi 20% superior a melhor tenacidade dos compósitos alumina-zircônia. A resistência a flexão variou entre 258 MPa e 316 MPa. Infere-se que essas mudanças ocorreram devido a transformação martensítica, gerada na frente da microtrinca, com expansão volumétrica e criação de zonas de compressão e microtrincamentos, dificultando sua propagação. O limite de resistência a fadiga do compósito com 20% de ZrI foi prejudicado pela adição de um maior teor de plaquetas no compósito. A adição de ZrI na matriz de alumina causou aumento da anisotropia e da heterogeneidade microestrutural no compósito, pela adição de inclusões tais como plaquetas de alumina. Considerando-se que as trincas podem se iniciar nesses defeitos durante os ensaios de fadiga o maior percentual de ZrI no compósito com 20% de ZrI pode ter gerado a nucleação e microtrincas, reduzindo o limite de resistência a fadiga deste compósito.