BR112015003594B1 - Material compósito, emprego do material compósito e processo para produção de um corpo moldado sinterizado de um material compósito - Google Patents

Abstract

material compósito à base de óxido de zircônio. a invenção refere-se a um material compósito cerâmico, contendo uma matriz de óxido de zircônio, assim como a um processo para sua preparação.

Description

[001] A invenção refere-se a um material compósito cerâmico, asua preparação e emprego. Em particular a invenção se refere a um material compósito com base em óxido de zircônio, um cerâmico homogêneo, de múltiplas fases, biocompatível e policristalino.

[002] O material compósito com base em óxido de zircônio podeser empregado na preparação de pontes e coroas, por exemplo na preparação de implantes dentários, na preparação de componentes médicos, como por exemplo, implantes da coluna vertebral, mas também em geral em áreas nas quais é necessária uma cerâmica técnica com usinabilidade sem danos, como por exemplo na usinagem mecânica, tal como corte, fresagem e perfuração.

[003] Materiais compósitos cerâmicos, devido à resistênciaquímica, às propriedades mecânicas e físicas, assim como às propriedades óticas que permitem uma excelente estética, possuem vantagens no mercado odontológico em relação aos materiais metálicos usuais.

[004] A tendência geral das cerâmicas dentárias segue nadireção dos ’’sistemas totalmente cerâmicos”. No entanto, ainda hoje, cerâmicas são frequentemente empregadas como revestimento de suportes metálicos. Cerâmicas dentárias podem ser classificadas com base no método de preparação e sua fase cristalina.

[005] Sistemas metalocerâmicos existem desde 1960. Para seobter uma restauração esteticamente aceitável semelhante ao dente natural, aplica-se um revestimento cerâmico sobre um suporte metálico. Materiais típicos de revestimento consistem em vitrocerâmicas feldspáticas, usualmente com base em cristais de leucita. A adição de cristais de leucita (KAISÍ2O6) na estrutura de vidro feldspática leva à propriedades ótimas tendo em vista os coeficientes de dilatação térmica da estrutura e do revestimento. Cristais de leucita são formados por fusão incongruente de feldspato natural a temperaturas entre 1150 e 1530°C. Através da variação do teor de cristais de leucita no vidro, o coeficiente de dilatação térmica pode ser controlado objetivamente e ser ajustado ao suporte metálico. Normalmente o teor de cristais de leucita típico em vidro feldspático se situa entre 15 e 25% em volume. Assim o coeficiente de dilatação térmica é menor do que o do metal, e o revestimento aplicado é submetido à pressão. De modo clássico, as cerâmicas de revestimento são sinterizadas sob vácuo, para reduzir a porosidade no produto final. As propriedades mecânicas dos vidros com base em cristais de leucita (também designada porcelana dentária), devido à fase de vidro, são as mais baixas de todos os materiais cerâmicos que são empregados na odontologia. Até 2005 50% de todas as restaurações odontológicas ainda foram feitas com sistemas metalocerâmicos.

[006] Sistemas totalmente cerâmicos são livres de metal edisponíveis há 30 anos. A tecnologia de processo está em constante evolução (por exemplo, prensagem a quente, fundição com argila líquida, processamento CAD/CAM). A diferença principal para os sistemas metalocerâmicos é um teor de fase cristalina bem maior, que pode estar entre 35 e 100% em volume. As propriedades mecânicas são aperfeiçoadas, porém a opacidade também aumenta, o que é prejudicial tendo em vista a estética exigida.

[007] Existem diversos fatores, que têm influência na durabilidadedos sistemas totalmente cerâmicos, por exemplo, o meio ambiente oral, valores de pH oscilantes de ácido até básico, cargas cíclicas e picos de carga durante a mastigação. Sistemas totalmente cerâmicos com teores mais elevados de fase de vidro mostram frequentemente corrosão de fissura sob tensão como causa de falha. Devido ao envelhecimento hidrotérmico das cerâmicas Y-TZP (100% em volume de fase cristalina, óxido de zircônio tetragonal Y-estabilizado) a baixas temperaturas, são exigidos testes em normas, dentre os quais deve ser avaliada a durabilidade no ambiente humano e sob carga cíclica.

[008] Sistemas totalmente cerâmicos são classificadosprincipalmente com base no método de produção (por exemplo, prensagem a quente, prensagem a seco e sinterização, fundição com argila líquida, processamento CAD/CAM). Na prensagem a quente primeiro foram empregados vidros com base em cristais de leucita com um teor de fases cristalinas entre 35 e 45% em volume. As propriedades mecânicas são em torno de 2 vezes mais elevadas se comparadas com a dos vidros dos sistemas metalocerâmicos com base em cristais de leucita. Aquecimentos repetidos podem assim favorecer a cristalização de leucita e levar a uma maior resistência.

[009] Hoje emprega-se uma nova vitrocerâmica para aprensagem a quente. O material consiste de um vidro com base em disilicato de lítio com um teor de fases cristalinas de 65% em volume. Análises radiográficas, além de disilicato de lítio (LÍ2SÍ20Õ), mostraram outras fases de cristal, como metasilicato de lítio (Li2SiOa) e cristobalita (SiO2). As propriedades mecânicas são mais uma vez em torno de 2 vezes mais elevadas em comparação com os vidros com base em cristal de leucita.

[0010] A prensagem a seco e sinterização de sistemas totalmentecerâmicos é empregada desde o início dos anos 90. A produção ocorre com o suporte do computador e leva em conta a contração do sinterizado da peça prensada. São empregadas cerâmicas com base em óxido de alumínio e óxido de zircônio (100% em volume de teor de fase cristalina) como material de suporte, sobre o qual adicionalmente é aplicado um revestimento vitrocerâmico. Cerâmicas de óxido de alumínio distinguem-se por uma resistência à flexão de cerca de 600 MPa e por um excelente comportamento in vivo.

[0011] A fundição com argila líquida é empregada desde os anos90. Assim um corpo verde poroso é preparado por fundição com argila de fases cristalinas, em seguida é sinterizado e infiltrado em um vidro com base em lantânio.

[0012] No mercado odontológico são obteníveis as seguintesvitrocerâmicas:

[0013] Óxido de alumínio (AI2O3), espinélio (MgAhO4) oucompósito de 12Ce-TZP/AhO3. O óxido de alumínio infiltrado em vidro tem propriedades mecânicas comparáveis às vitrocerâmicas com base em dissilicato de lítio, no entanto mostram uma opacidade ligeiramente maior. O espinélio infiltrado em vidro possui visivelmente mais translucidez e propriedades mecânicas comparáveis às vitrocerâmicas com base em dissilicato de lítio. O compósito de óxido de zircônio/óxido de alumínio infiltrado em vidro mostra as maiores resistências e tenacidades entre todas as cerâmicas dentais fundidas com argila líquida.

[0014] O processamento controlado por computador CAD/CAM deblocos cerâmicos ou núcleos ocorre desde o início dos anos 70 e foi introduzido por Duret. Naquele tempo o processamento ocorreu em núcleos densamente sinterizados. Hoje trabalha-se principalmente com núcleos pré-sinterizados.

[0015] Vitrocerâmica é apropriada para o processamento CAD/CAMno estado densamente sinterizado devido à sua muito boa processabilidade. Anteriormente, vidros com base em cristal de mica típicos foram empregados devido à processabilidade ideal. Hoje em dia vidros feldspáticos com cristais de leucita ou cristais de silicato de lítio são empregados. Todavia o processamento CAD/CAM mostra, em vitrocerâmicos densamente sinterizados, um desgaste significativo de ferramentas. Defeitos superficiais podem influenciar negativamente o comportamento in vivo.

[0016] Em geral vitrocerâmicas são muito bem processáveis.Devido aos diferentes coeficientes de dilatação térmica de cristal e matriz de vidro ocorrem, durante o resfriamento, microfissuras ao longo dos limites de fase. Além disso, as fases cristalinas possuem uma divisibilidade das fases cristalinas muito boa ao longo da direção longitudinal (sobretudo mica ao longo do plano cristalográfico (001)). As fases de cristal não deveriam ter nenhuma orientação preferencial, isto é, deveriam ser distribuídas com isotropia. Uma fissura causada por instrumento corre ao longo do plano de fenda ou também ao longo do limite de fase entre cristal e matriz de vidro. Dessa forma a fissura é continuamente cortada no comprimento durante o processamento, e apenas pequenas regiões da superfície são quebradas e removidas da peça trabalhada.

[0017] Desde 2001 ocorre o processamento por CAD-CAM denúcleos de óxido de zircônio pré-sinterizado. O processamento é mais fácil, mais rápido e mostra um desgaste da peça trabalhada mais baixo do que quando blocos densamente sinterizados precisavam ser trabalhados. Entretanto as peças preparadas precisam em seguida ser densamente sinterizadas. Flutuações na contração do sinterizado com consequentes variações de dimensões, bem como processamentos posteriores para aprimoramento à mão pelo protético levam a um risco de danos mais elevado do óxido de zircônio.

[0018] Óxido de zircônio como material de suporte possui atéagora as melhores propriedades mecânicas. Ocorrem, entretanto, frequentemente, graças à cerâmica de revestimento adicional necessária na interface entre suporte e revestimento, fissuras por mudanças de fase da fase de óxido de zircônio tetragonal. Existem diversos estudos in vivo de 3 anos e de 5 anos já divulgados há algum tempo. A conclusão dos estudos é uma excelente taxa de sucesso, entretanto com baixa taxa de sobrevivência em caso de complicações, como por exemplo a ocorrência de cáries ou rupturas do revestimento. A tendência atual do desenvolvimento dirige-se claramente na direção de materiais compósitos de óxido de zircônio/óxido de alumínio com as finalidades de aprimorar a resistência contra envelhecimento hidrotérmico e propriedades mecânicas.

[0019] É tarefa da presente invenção então evitar as desvantagensdo estado da técnica e em particular disponibilizar uma cerâmica, cujas propriedades mecânicas permitem uma usinagem sem danos e/ou apresenta uma boa resistência contra envelhecimento hidrotérmico. Além disso, a cerâmica deveria ser preparável e processável com os processos usuais. A solução dessa tarefa ocorre por meio de um material compósito e um processo pertinente de acordo com a presente invenção.

[0020] As vantagens do material novo de acordo com a invençãoperante o estado da técnica são expressas quantitativamente por meio da “tolerância a danos” aperfeiçoada. A tolerância a danos é um valor mecânico característico, que descreve a resistência de um material contra um dano aplicado externamente. O dano pode ocorrer na prática por exemplo por um polimento com ferramenta de diamante.

[0021] Para medição da tolerância a danos em laboratório aplica-se um dano ao corpo de teste através de uma ponta de diamante (Vickers) sob uma força de carga definida. Na região da determinação da dureza formam-se fissuras de modo que o corpo de teste nesse local experimenta um enfraquecimento. O enfraquecimento é determinado quantitativamente por medição da tensão de ruptura residual e resistência residual neste local. Quanto maior for a resistência residual após um enfraquecimento definido, maior é a tolerância a dano do material.

[0022] Para uma descrição detalhada da tolerância a danos sãoaplicados danos com diferentes forças de tensão em uma série de corpos de teste. Com isso produz-se uma linha característica para o material (resistência residual versus força de carga). A comprovação de uma tolerância a danos aperfeiçoada de um material compósito perante ao estado da técnica ocorre por comparação dessas linhas características, ver figuras 7 e 8.

[0023] A invenção refere-se à preparação e ao emprego de ummaterial compósito com base em um óxido de zircônio, em particular para uma usinagem livre de danos no estado fortemente sinterizado. A preparação do material compósito de acordo com a invenção ocorre por meio de uma tecnologia cerâmica conhecida propriamente convencional. As etapas essenciais de processo são por exemplo:a) colocar a mistura de pó de acordo com uma dada composição em água; se apropriado emprego de agentes liquefatores para evitar a sedimentação,b) homogeneização no dissolvedor (agitador de alta velocidade),c) moagem no moinho de esferas agitadoras, com isso aumento das superfícies específicas da mistura em pó (=cominutação e homogeneização),d) eventualmente adição de aglutinantes orgânicos,e) secagem por borrifo, assim se origina um granulado escoável com propriedades definidas,f) umectação do granulado com água e eventualmente agentes auxiliares de prensagem adicionais,g) prensagem axial de blocos,h) processamento de usinagem de blocos no estado verde ou pré-sinterizado, assim o contorno final é amplamente formado considerando a contração do sinterizado, i) sinterização (Isto também pode ocorrer em uma sinterização em 3 etapas: Pré-queima a uma densidade teórica de cerca de 97%. Os poros residuais ainda remanescentes são fechados para fora. Prensagem isostática a quente (HIP) sob temperatura elevada e elevada pressão de gás, e com isso a compactação final é praticamente concluída. A denominada queima branca, é assim balanceada com a pressão isostática a quente produzida pelo desequilíbrio dos íons oxigênio na cerâmica.),j) usinagem através de desbaste e polimento com ferramenta de diamante.

[0024] De acordo com a invenção podem ser empregadosmateriais compósitos por exemplo para preparação de corpos moldados sinterizados, para preparação de próteses dentárias artificiais, restaurações de dentes, tais como pontes, coroas, inlays e onlays, para preparação de pinos odontológicos, implantes e pilares. É preferido o emprego no âmbito da técnica de implantes. Particularmente preferido é o emprego como espaçador e gaiola no âmbito da coluna vertebral.

[0025] O material compósito com base em óxido de zircôniopossui, como matriz cerâmica de óxido de zircônio e lá disperso, pelo menos uma fase secundária e dispersóide e se apropriado outros agregados. O material compósito compreende como primeira fase um teor de óxido de zircônio de pelo menos 51% em volume e uma fase secundária com um teor de 1 até 49% em volume e se apropriado um ou mais agregados inorgânicos. O óxido de zircônio se situa, baseado no teor total de óxido de zircônio, em grande parte na fase tetragonal, de preferência de 90 até 99%, particularmente preferido de 95 até 99%, sendo que a estabilização da fase tetragonal do óxido de zircônio em parte ocorre não apenas quimicamente, mas também mecanicamente. Os termos “fase secundária" e ’’dispersóide" são empregados no contexto desse texto como sinônimos.

[0026] A estabilização mecânica do óxido de zircônio adicional àestabilização química na fase tetragonal possibilita, vantajosamente, reduzir o teor de estabilizadores químicos em comparação com o estado da técnica.

[0027] A estabilização mecânica do óxido de zircônio na fasetetragonal é conhecida dos materiais compósitos de ZTA (zirkonia toughend alumina). Lá partiu-se do fato de que a estabilização mecânica por um lado é influenciada pelo tamanho do grão do óxido de zircônio. Esse deveria medir nos materiais compósitos de óxido de alumínio não mais do que 0,5 μm, medido segundo o processo de corte em linha. Por outro lado, partiu-se do fato de que a incorporação das partículas de óxido de zircônio individuais na matriz de óxido de alumínio tem um papel essencial na estabilização mecânica, sendo que o teor mínimo de óxido de alumínio é de 65% em volume, sendo que de preferência teores mais elevados foram considerados necessários.

[0028] Com a presente invenção pode ser comprovado que umatal estabilização mecânica do óxido de zircônio não funciona apenas quando óxido de zircônio é armazenado como fase dispersóide em óxido de alumínio, mas também em uma cerâmica que consiste essencialmente em óxido de zircônio. A adição de acordo com a invenção das fases secundárias/dispersóides iguala a dilatação de alongamento que ocorre na transformação da estrutura de cristal tetragonal para a estrutura de cristal monoclínica do óxido de zircônio, em que micromovimentações/microcisalhamentos na estrutura do cristalito são possíveis em uma estrutura cerâmica de outro modo comparativamente rígida, sem que surjam as necessárias fissuras macroscópicas.

[0029] Além disso, por estabilização mecânica, também são compreendidas que as fases de cristal tetragonais do óxido de zircônio são estabilizadas por tensões mecânicas na microestrutura total. Coeficientes de dilatação térmica diferentes de ZrO2 e fase secundária, podem levar a tais tensões durante o resfriamento após o processo de sinterização.

[0030] A estabilização mecânica é por isso especialmentevantajosa, porque ela leva a teores reduzidos de compostos, que são necessários no emprego para estabilização química. A estabilização química refere-se à substituição parcial de íons de óxido de zircônio por cátions, que produzem locais livres de oxigênio na estrutura de cristal e com isso apresentam uma menor “necessidade de espaço”. Os locais vazios de oxigênio na estrutura, entretanto, podem ser pontos de ataque para o envelhecimento hidrotermal. Com isso uma estabilização mecânica, a qual ao mesmo tempo pelo menos reduz a necessidade de uma estabilização química, leva a uma resistência aperfeiçoada do material compósito perante o envelhecimento hidrotérmico.

[0031] A matriz de óxido de zircônio possui, de acordo com umaforma de execução preferida da invenção, um tamanho de grão em média de 0,1 até 2,0 μm, e particularmente preferido em média de 0,5 até 2,0 μm. O teor de estabilizadores químicos no material compósito de acordo com a invenção (teor respectivamente relativo ao teor de óxido de zircônio) de acordo com uma outra forma de realização da invenção para Y2O3 < 3% em mol, de preferência < 2,5% em mol, para CeO2 <12% em mol, para Gd2O3 < 3% em mol, para Sm2O3 < 3% em mol e para Er2O3 < 3% em mol. Os estabilizadores químicos no material compósito de acordo com a invenção compreendem um ou mais dos denominados materiais aditivos, sendo que Y2O3 é preferido. O teor total dos estabilizadores químicos é, vantajosamente, < 12% em mol relativo ao teor de ZrO2.

[0032] O óxido de zircônio e o dispersóide podem conter partesconstituintes solventes de acordo com uma forma de realização. Constituintes solúveis podem ser por exemplo Cr, Fe, Mg, Ca, Ti, Y, Ce, lantanídeos e/ou V. Esses constituintes podem por um lado funcionar como aditivos de cor e por outro lado como com meios de sinterização. Eles são adicionados, em regra, como óxidos.

[0033] Os tamanhos das partículas da fase secundária depreferência não são visivelmente maiores do que os tamanhos dos grãos da matriz de óxido de zircônio. Eles têm de preferência 0,2 até 2,0 μm, e particularmente preferido 0,2 até 0,5 μm. O teor em volume da fase secundária e dispersóide é visivelmente menor do que o teor do óxido de zircônio. Ele é de até 49% em volume, de preferência de 1 até 10% em volume, e particularmente preferido de 4 até 6% em volume do volume total. A fase secundária é quimicamente estável e, durante a preparação do material compósito por sinterização a elevadas temperaturas, não entra no óxido de zircônio em solução.

[0034] Como fase secundária e dispersóide podem serempregados os seguintes compostos:aluminato de estrôncio (SrAl^Ow), aluminato de lantânio (LBAIIIOI8), hidroxilapatita (CMPCUtáOHH fluorapatita (CMPO^), trifosfato de cálcio (Ca3(PO4)2), espinélio (MgAhO.4), óxido de alumínio (AI2O3), ítrio-alumínio-granada (Y3AI5O12), mulita (AISSÍ2O3), zircônio (ZrSiO4), quartzo (S1O2), talco (Mg3Si4Oiα(OH)2), caulinita (AI2S12O5 (OH)4), pirofilita (AI2SÍ4OW(OH)2), feldspato de potássio (KAISi3O8), leucita (KAISÍ2OG) e metassilicato de lítio (LÍ2SÍO3). São preferidos aluminato de estrôncio, aluminato de lantânio, hidroxilapatita, fluorapatita, espinélio, óxido de alumínio e zircônio; particularmente preferidos são aluminato de lantânio, fluorapatita, espinélio e óxido de alumínio.

[0035] As fases secundárias e dispersóides podem possibilitar microdeformações inelásticas no nível microscópico. Elas podem possibilitar, devido a sua estrutura de cristal, deformações de cisalhamento a nível microscópico.

[0036] A fase secundária de acordo com uma forma de execuçãoparticularmente preferida da invenção não é formada somente por sinterização, mas é parte das substâncias de partida, que são empregadas para a preparação da cerâmica.

[0037] A resistência à ruptura dos materiais compósitos é, depreferência, > 800 MPa.

[0038] Mostrou-se surpreendentemente que a fase secundária edispersóide visivelmente podem reduzir a dureza do material compósito. Igualmente mostrou-se surpreendentemente que o tipo de estabilizador químico possui uma visível influência na dureza do material compósito.

[0039] Além disso, mostrou-se surpreendentemente que atenacidade, a dureza e a tolerância a danos do material compósito são influenciadas pelo tipo e quantidade da fase secundária e dispersóide, assim como pelo tipo do estabilizador químico.

[0040] A seguir a presente invenção é esclarecida por meio deséries experimentais, sem com isso ser limitada:Série experimental 1: Dureza na dependência do estabilizador químico

[0041] A figura 1 mostra os resultados de uma série experimentalcom e sem dispersóides de acordo com a invenção e respectivamente com diferentes estabilizadores químicos. Sobre o eixo-x 11 são mostrados a quantidade e o tipo da fase de dispersóide empregada, a saber óxido de zircônio sem dispersóide com estabilização por Y2O3 13 e estabilização por CeO2 14, óxido de zircônio com 15% em volume de dispersóides de hexa-aluminato de estrôncio e estabilização por Y2O3 15 e estabilização por CeO2 16 e óxido de zircônio com 30% em volume de dispersóides de AI2O3 e estabilização por Y2O3 17 e estabilização por CeO2 18 contra a dureza Vickers HV 10 sobre o eixo- y 10.

[0042] Os estabilizadores químicos óxido de ítrio (Y2O3) e óxido decério (CeO2) foram testados. Aqui mostrou-se surpreendentemente que todas as variantes com estabilização por Ce 14, 16, 18 apresentam valores de dureza visivelmente mais baixos em comparação com variantes com estabilização por Y 13, 15, 17. Adureza foi determinada por meio de Prensa Vickers (HV10) com uma força de carga de 98,07 N.

[0043] Óxido de zircônio puramente estabilizado por Ce apresenta,com 800 (HV10), a dureza mais baixa. Tendo em vista o emprego de acordo com a invenção no campo dentário são desejadas durezas mais baixas. Na região do dente molar uma prótese dentária artificial de Y-TZP frequentemente empregado pode encontrar com um dente natural. A dureza de Y-TZP se situa em cerca de 1250 (HV10). O dente natural e o esmalte possuem, graças aos cristais de hidroxilapatita armazenados, uma dureza visivelmente mais baixa de cerca de 400 (HV10). Essa diferença de dureza pode por exemplo causar, em caso do ranger dos dentes (bruxismo) causada por estresse, um desgaste considerável do dente natural. Por essa razão, durezas mais baixas do material compósito de acordo com a invenção são intencionais. Além disso, uma dureza mais baixa do material compósito poderia levar a uma usinagem livre de danos (por exemplo ao desbastar o dente artificial no articulador).Série experimental 2: Dureza na dependência do tipo de fase dispersóide

[0044] A figura 2 mostra uma série experimental com diferentesdispersóides no material compósito de acordo com a invenção. Na série experimental foram comparadas entre si apenas variantes, que possuem o mesmo teor (5% em volume) de fase dispersóide no material compósito. Sobre o eixo-y 20 é mostrada a dureza Vickers HV 10. O eixo-x 21 mostra óxido de zircônio respectivamente com 5% em volume de dispersóides (SrAl^Ow 23, 23a, MgAbO4 24, 24a, SiO2 25, ZrSiO4 26, AIβSi2O3 27, AI2SÍ2OÕ(OH)4 28) e, para comparação, sem dispersóide 22, 22a. Para todas as composições foram testadasvariantes com estabilização por Y2O3 22, 23, 24, 25, 26, 27 e 28, e para os materiais compósitos de óxido de zircônio com hexa-aluminato de estrôncio e espinélio como dispersóides foram além disso testadas variantes com estabilização por CeO2 22a, 23a.

[0045] Mostrou-se surpreendentemente que a dureza se deixainfluenciar pela adição de dispersóides. Aqui mostrou-se igualmente que a grandeza da influência depende da composição da fase de dispersóides.Série experimental 3: Dureza na dependência de teor de fase dispersóide

[0046] A figura 3 mostra diversas séries experimentais comdispersóides de acordo com a invenção e diferentes teores (% em volume) de fases dispersóides (eixo-x 31). Foram testados o óxido de alumínio (AI2O3) 32, hidroxilapatita (Caw(PO4 )s(OH>2) 34 e hexa-aluminato de estrôncio (SrAl^Ow) 33 em óxido de zircônio estabilizado por Y e espinélio (MgAhO4) 35 em óxido de zircônio estabilizado por Ce.

[0047] Mostrou-se aqui surpreendentemente que a dureza Vickers,lançada sobre o eixo-y 30, pode ser visivelmente influenciada pelo teor de fase de dispersóides. A dureza do material compósito se apresenta usualmente da mistura percentual das durezas individuais das partes componentes. Na série experimental mostrou-se surpreendentemente que essa regra de mistura nem sempre vale. Pela adição de 15% em volume de hidroxilapatita 34 em óxido de zircônio estabilizado por Y a dureza pode ser reduzida de cerca de 1250 para cerca de 1050 (HV10). Pela adição de 5% em volume de aluminato de estrôncio 33 a dureza de óxido de zircônio estabilizado por Y pode ser reduzida de 1250 para 1210 (HV10).Série experimental 4: Tenacidade na dependência de estabilizador químico

[0048] A figura 4 mostra uma série experimental, que apresenta ainfluência do estabilizador químico sobre o material puro de óxido de zircônio e sobre o material compósito de acordo com a invenção. Sobre o eixo-x é mostrado o material com a respectiva fase de dispersóides, a saber puro óxido de zircônio 42, 43, óxido de zircônio com 25% em volume de hexa-aluminato de estrôncio como fase dispersóide 44, 45 e óxido de zircônio com 30% em volume de AI2O3 como fase dispersóide 46, 47, respectivamente com Y2O3 42, 44, 46 ou com CeO2 43, 45, 47 como estabilizadores químicos.

[0049] Pode-se demonstrar surpreendentemente que o empregode óxido de cério (CeO2) como estabilizador químico eleva visivelmente a tenacidade (eixo-y 40) do material puro 43 e do material compósito 45, 47. A tenacidade da variante de acordo com a invenção foi determinada em Prensa de dureza Vickers (HV10). Variantes de alta tenacidade, como por exemplo óxido de zircônio puro estabilizado por Ce 43, não mostram fissuras na prensagem. Por essa razão na figura 4 foi assumido um valor de tenacidade de 15 MPa*m0,5 por extrapolação para a variante de alta tenacidade.Série experimental 5: Tenacidade na dependência da fase dispersóide

[0050] A figura 5 mostra uma série experimental com diferentesdispersóides e sua influência sobre a tenacidade (eixo-y 50) do material compósito de acordo com a invenção. Sobre o eixo-x 51 são plotados o material de óxido de zircônio puro 52, 52a, óxido de zircônio com hexa-aluminato de estrôncio 53, 53a, óxido de zircônio comespinélio 54a, óxido de zircônio com quartzo 55, óxido de zircônio com zircônio 56, óxido de zircônio com mulita 57 e óxido de zircônio com caulinita 58 como fase dispersóide, em parte com estabilização por Y2O3 52, 53, 55, 56, 57, 58 e em parte com estabilização por CeO2 52a, 53a, 54a.

[0051] Mostrou-se surpreendentemente que a adição de fase dedispersóides ao material compósito estabilizado por Ce não teve nenhuma influência sobre a tenacidade.

[0052] Pelo contrário, demonstrou-se surpreendentemente que aadição de fase de dispersóides ao material compósito estabilizado por Y em parte teve uma visível influência sobre a tenacidade. A adição de aluminato de estrôncio (SrAl^Ow) como fase dispersóide ao material compósito 53 pode elevar visivelmente a tenacidade de 5,3 para 12,3 MPa*m0'5.Série experimental 6: Tenacidade na dependência de teor de fase dispersóide

[0053] A figura 6 mostra diversas séries experimentais do materialcompósito de acordo com a invenção com dispersóides e diferentes teores de fases dispersóides. Sobre o eixo-x 61 são mostrados os teores de fase dispersóide em% em volume. Sobre o eixo-y 60 é mostrada a tenacidade em MPa*m0,5.

[0054] Testou-se óxido de alumínio (AI2O3) 62 e aluminato deestrôncio (SrAl^Ow) 63 em óxido de zircônio estabilizado por Y e espinélio (MgAhO4) 64 em óxido de zircônio estabilizado por Ce. Mostrou-se surpreendentemente que, dependendo do dispersóide empregado, existe um valor ótimo para o teor de fase dispersóide no material compósito de acordo com a invenção tendo em vista uma boa tenacidade. O valor ótimo para aluminato de estrôncio como fase dispersóide no material compósito de acordo com a invenção se situa entre 1 e 15% em volume.Série experimental 7: Tolerância a danos na dependência de teor de fase dispersóide

[0055] A figura 7 mostra material compósito de acordo com ainvenção com uma estabilização por Y e hexa-aluminato de estrôncio como fase secundária. Sobre o eixo-x 71 são plotados os diversos materiais compósitos caracterizados por meio de seus teores de fase secundária em% em volume. Sobre o eixo-y 70 foi plotada a resistência residual do material compósito segundo Dano HV50 em MPa. Os materiais compósitos testados são designados com o símbolo 72.

[0056] Mostra-se visivelmente que material compósito 72 com umteor de hexa-aluminato entre 5 e 15% em volume, e em particular com 5% em volume de fase secundária, eleva a resistência residual do material compósito em muitas vezes, em comparação com os outros materiais testados.Série Experimental 8: Tolerância a danos do material compósito em comparação com materiais do estado da técnica

[0057] A figura 8 mostra os valores de resistência residual apósdiferentes danos (aqui Prensagens de dureza Vickers) de diferentes sistemas de materiais, um ZTA (alumina endurecida com zircônia) 82, um Y-TZP (óxido de zircônio policristalino estabilizado por Y) 83 e um material compósito de acordo com a invenção (zircônia endurecida por hexa-aluminato de estrôncio) 84. A carga de pressão testada é plotada em escala logarítmica sobre o eixo -x 81 contra a resistência residual em MPa sobre o eixo-y 80.

[0058] Comparado com os materiais do estado da técnica, mostra-se que o novo material compósito, para uma mesma resistência de partida, apresenta tolerâncias a danos significativamente mais elevadas após diferentes cargas de danos.

[0059] A seguir são mais uma vez resumidas as vantagens domaterial compósito de acordo com a invenção: • Preparação do material compósito de acordo com a invenção ocorre por meio de tecnologia cerâmica conhecida, convencional• Sinterização em 3 etapas (pré-queima, HIP, queima branca), o que resulta em resistência mais elevada• nenhum envelhecimento hidrotérmico através do emprego de CeO2 como estabilização química• envelhecimento hidrotérmico visivelmente reduzido por teores mais baixos de Y2O3 como estabilização química por causa de estabilização parcial mecânica ou de adição complementar de outros estabilizadores químicos, que não mostram nenhum efeito negativo sobre a resistência ao envelhecimento. elevada tolerância a danos. usinagem de baixo risco. baixa dureza. emprego do material compósito de acordo com a invenção no campo da técnica dentária e para preparação de núcleos e blocos para o processamento CAD/CAM no estado pré-sinterizado ou densamente sinterizado, para próteses dentárias, restauração dentária (pontes, coroas, inlays, onlays). emprego preferido como pino de raiz de dente, implante, pilar e outros empregos. particularmente preferido como implante na coluna vertebral (por exemplo espaçador/Gaiola)

Claims (7)

1. Material compósito, que compreende uma matriz cerâmica de óxido de zircônio e pelo menos uma fase secundária nela dispersa,caracterizado pelo fato de que a matriz de óxido de zircônio perfaz um teor de pelo menos 51% em volume do material compósito, e que a fase secundária perfaz um teor de 1% até 49% em volume do material compósito,sendo que o óxido de zircônio, está presente de 90 até 99%, preferencialmente de 95 até 99%, na fase tetragonal, com base no teor total de óxido de zircônio, eé estabilizado quimicamente e como estabilizador químico apresenta Y2O3, sendo que o teor total de Y2O3 é < 3% em mol, com base no teor de óxido de zircônio, esendo que óxido de zircônio apresenta um tamanho de grãos em média de 0,1 μm até 2,0 μm, e que a fase secundária é composta de hexa-aluminato de estrôncio (SrAl^Ow).

2. Material compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o óxido de zircônio e/ou a fase secundária contém componentes solúveis.

3. Material compósito de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que como componentes solúveis estão contidos um ou mais dos seguintes elementos, de preferência como óxido, Cr, Fe, Mg, Ca, Ti, Y, Ce, lantanídeos e/ou V.

4. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os tamanhos de partículas da fase secundária são menores ou iguais aos tamanhos de grãos do óxido de zircônio, sendo que os tamanhos de partículas de preferência são de 0,2 μm até 2,0 μm, especialmente de preferência de μm 0,2 até 0,5 μm.

5. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o teor volumétrico da fase secundária é de 1% até 10% em volume, especialmente de preferência de 4% até 6% em volume.

6. Emprego do material compósito, como definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de ser na técnica dentária e da medicina, em particular para produção de próteses dentárias artificiais, restaurações de dentes, tais como pontes, coroas, inlays e onlays, para preparação de pinos odontológicos, implantes e pilares, de preferência no campo da tecnologia de implante, especialmente de preferência no campo de coluna vertebral por exemplo espaçadores/gaiolas.

7. Processo para produção de um corpo moldado sinterizado de um material compósito, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de,a) realização de uma mistura de pó em água segundo composição predeterminada; se apropriado com emprego de diluentes,b) homogeneização no dissolvedor (agitador rápido),c) moagem em moinho de esferas agitadoras,d) se apropriado, adição de aglutinantes orgânicos,e) secagem por borrifo,f) umectação do granulado com água e eventualmente agentes auxiliares de prensagem adicionais,g) prensagem axial de blocos,h) processamento por usinagem de blocos no estado verde ou pré-sinterizado,i) sinterização,j) usinagem.

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