Obtaining of alumina-zirconia nanocomposites for application as biomaterial

Resumo: Cerâmicas de alumina de alta densidade e elevada pureza são usadas como biomateriais devido à combinação de excelente resistência à corrosão, boa biocompatibilidade, alta resistência ao desgaste e moderada resistência mecânica. Porém, a sua baixa tenacidade à fratura limita a sua gama de aplicações. Uma possibilidade para melhorar as propriedades destes materiais pode estar no uso de inclusões nanométricas de ZrO2 em matriz de Al2O3. O objetivo deste trabalho foi obter e caracterizar nanocompósitos de matriz cerâmica de alumina com inclusões nanométricas de zircônia, variando a quantidade, 5, 10, 15, 30 em volume de zircônia na alumina, visando melhorias nas propriedades mecânicas e de desgaste deste material e o uso do mesmo como biomaterial. Para isso, partículas nanométricas comerciais de ZrO2 foram adicionadas em matriz de alumina em diferentes proporções, utilizando moinho de bolas. As amostras de alumina pura e dos nanocompósitos de alumina-zircônia foram caracterizadas física, microestrutural e mecanicamente. Os resultados deste trabalho mostraram a eficiência do processo utilizado, obtendo uma boa dispersão das partículas de zircônia na matriz de alumina. A inclusão de até 15% de zircônia nanométrica na matriz de alumina promoveu um acréscimo nos valores de compressão diametral. Em relação aos valores de tenacidade à fratura, com o aumento da porcentagem das inclusões conseguiu-se melhores resultados.Abstract: Alumina ceramic of high density and high purity are used as biomaterials due to the combination of excellent corrosion resistance, good biocompatibility, high wear resistance and moderate strength. However, their low fracture toughness limits its range of applications. One possibility to improve the properties of these materials may be in the use of nanometric inclusions of ZrO2 in Al2O3 matrix. The aim of this study was to characterize and ceramic matrix nanocomposites with alumina inclusions of nanometric zirconia, varying the amount, 5, 10, 15, 30 and 50% by volume of zirconia in alumina, seeking improvements in mechanical properties and wear this and using the same material as a biomaterial. For this, commercial ZrO2 nano-sized particles were added into alumina matrix in different proportions using a ball mill. The samples of pure alumina and alumina-zirconia nanocomposites were characterized physical, microstructural and mechanical. These results showed the efficiency of the process used, obtaining a good dispersion of zirconia particles in alumina matrix. The inclusion of up to 15% of nano-zirconia in alumina matrix caused an increase in the values of diametrical compression. Regarding the values of fracture toughness, with increasing percentage of the inclusions could be better results