Procesamiento y caracterización de sustratos de zirconia cubiertos con vitro-ceramicos

THOMAS PULESTON; MARÍA P. ALBANO; YESICA BRUNI

Rosario

Congreso; 4° jornadas nacionales de investigación cerámica; 2019

La zirconia tetragonal estabilizada con 3 mol% Y2O3 (3Y-TZP) se utiliza en implantes dentales debido a su alta resistencia y tenacidad a la fractura, buena estética y biocompatibilidad. Por otro lado, los biovidrios a base de silicato poseen un comportamiento bioactivo ya que promueven la formación de un enlace directo entre el implante y el tejido óseo. Con la finalidad de combinar la buena resistencia mecánica de 3Y-TZP con la bioactividad de los biovidrios, se aplicó un cubrimiento superficial de un biovidrio en el sistema SiO2-CaOP2O5-ZnO sobre 3Y-TZP. El Zn es un agente antibacterial efectivo y se ha demostrado que la incorporación de Zn en la formulación del vidrio estimula la formación de hueso in vitro y en vivo. Discos de 3Y-TZP calcinados a 1100 y 1300° C, se cubrieron superficialmente con biovidrio de distintas composiciones: 59 mol% SiO2-(36-x) mol% CaO-5 mol% P2O5-x mol% ZnO, donde x tomó los valores 0, 10 y 20. El cubrimiento se obtuvo por el método de inmersión, utilizando suspensiones acuosas de los biovidrios con concentraciones de sólidos de 20 y 30 % v/v; los discos cubiertos se calcinaron a 1000°C. Se estudió la influencia de la composición del vidrio, de la porosidad de la superficie de 3Y-TZP y de la concentración de sólido de la suspensión de cubrimiento, en la velocidad de formación y en consecuencia en el espesor de la capa adherida. Se investigaron las fases presentes en los cubrimientos sin Zn y con distintos contenidos de Zn mediante difracción de rayos-x. El espesor de la capa adherida sobre 3Y-TZP se midió por microscopía electrónica de barrido. La viscosidad de las suspensiones se determinó en un viscosímetro en el rango de velocidades de corte de 0.5 a 542 s-1. En la formación de una capa sobre un sustrato poroso por el método de inmersión intervienen dos mecanismos: un mecanismo inicial denominado adherencia de líquido que deja una capa delgada, cuyo espesor es proporcional a la viscosidad de la suspensión; el segundo mecanismo a tiempos de inmersión >0 es un proceso de colada. Para valores fijos deconcentración de la suspensión de cubrimiento y porosidad del sustrato, se encontró una relación lineal entre el cuadrado del espesor de la capa y el tiempo de inmersión hasta 120 segundos (tiempo de saturación); sugiriendo que los datos experimentales se ajustaron a la ley de Darcy para el mecanismo de colada. La disminución del contenido de Zn en la composición del vidrio y el aumento de la concentración de sólidos incrementaron la viscosidad de la suspensión, dando lugar a capas adheridas más gruesas en la etapa inicial y en el tiempo de inmersión de saturación. Para una suspensión determinada, se observó una reducción notable de la velocidad de colada con la disminución de la porosidad superficial de 3Y-TZP. Cuando se utilizó una suspensión 30 % v/v del vidrio con 20 mol% ZnO, el espesor de la capa sinterizada fue de ~ 30 µm sobre 3Y-TZP calcinado a 1100°C. Las fases cristalinas mayoritarias en los cubrimientos fueron CaSiO3, Ca2ZnSi2O7 y Zn2SiO4 para las composiciones de vidrio sin ZnO, con 10 y 20 mol% ZnO, respectivamente.