O interesse pelo emprego de materiais cerâmicos na odontologia surgiu, inicialmente, devido ao excelente resultado estético proporcionado pela similaridade aos dentes naturais. Entretanto, a fragilidade, inerente das cerâmicas tradicionais, era uma limitação que impossibilitava a utilização em condições em que o material fosse submetido à solicitação mecânica. Com o desenvolvimento de materiais à base de alumina e zircônia, os quais conciliam aspecto estético, biocompatibilidade e bom desempenho mecânico, o emprego de cerâmicas na fabricação de restaurações dentais começou a ser considerado. A incorporação de fase vítrea de reforço nestas cerâmicas tem como finalidade minimizar as taxas de retração e melhorar a adesão ao agente cimentante resinoso, necessário para união da infraestrutura cerâmica à estrutura dental remanescente. Comercialmente, esses materiais são conhecidos como sistemas In-Ceram®. Considerando-se que o aprimoramento dos métodos de síntese e de técnicas de processamento de pós cerâmicos é um dos fatores fundamentais para o bom desempenho desses materiais, o presente trabalho teve como objetivo o estudo de obtenção de cerâmicas à base de alumina e/ou zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria com infiltração de fase vítrea de aluminoborossilicato de lantânio, partindo-se de insumos obtidos pela rota de coprecipitação de hidróxidos. Os pós sintetizados foram conformados por prensagem uniaxial e pré-sinterizados na faixa de temperatura entre 950 e 1650 ºC, visando a obtenção de corpos cerâmicos porosos. A incorporação da fase vítrea foi realizada pela impregnação do pó de aluminoborossilicato de lantânio, também preparado neste trabalho, e posterior tratamento térmico entre 1200 e 1400oC. As técnicas empregadas para caracterização dos pós incluíram: termogravimetria, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, adsorção gasosa (BET) e espalhamento a laser. A sinterabilidade das amostras compactadas de alumina e/ou zircônia foi avaliada por dilatometria. As cerâmicas pré-sinterizadas foram avaliadas por medidas de densidade aparente pelo princípio de Archimedes, difração de raios X e observação da microestrutura por microscopia eletrônica de varredura. Testes de impressão Vickers e de citotoxicidade foram realizados após incorporação da fase vítrea. Tendo em vista a integridade estrutural, homogeneidade da microestrutura, elevados valores de tenacidade à fratura (3,6 4,9 MPa.m1/2) e a não citotoxicidade dos materiais preparados, constatou-se, neste trabalho, que as cerâmicas à base de alumina preparadas a partir de pós coprecipitados, são adequadas para obtenção de infraestruturas dentais com infiltração com fase vítrea. / The interest for the use of ceramic materials for dental applications started due to the good aesthetic appearance promoted by the similarity to natural teeth. However, the fragility of traditional ceramics was a limitation for their use in stress conditions. The development of alumina and zirconia based materials, that associate aesthetic results, biocompatibility and good mechanical behaviour, makes possible the employment of ceramics for fabrication of dental restorations. The incorporation of vitreous phase in these ceramics is an alternative to minimize the ceramic retraction and to improve the adhesion to resinbased cements, necessary for the union of ceramic frameworks to the remaining dental structure. In the dentistry field, alumina and zirconia ceramic infiltrated with glassy phase are represented commercially by the In-Ceram® systems. Considering that the improvement of powders synthesis routes and of techniques of ceramic processing contributes for good performance of these materials, the goal of the present work is the study of processing conditions of alumina and/or 3 mol% yttria-stabilized zirconia ceramics infiltrated with aluminum borosilicate lanthanum glass. The powders, synthesized by hydroxide coprecipitation route, were pressed by uniaxial compaction and pre-sintered at temperature range between 950 and 1650oC in order to obtain porous ceramics bodies. Vitreous phase incorporation was performed by impregnation of aluminum borosilicate lanthanum powder, also prepared in this work, followed by heat treatment between 1200 and 1400oC .Ceramic powders were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, gaseous adsorption (BET) and laser diffraction. Sinterability of alumina and /or stabilized zirconia green pellets was evaluated by dilatometry. Pre-sintered ceramics were characterized by apparent density measurements (Archimedes method), X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Vickers impression tests and citotoxicity essays were performed after glass phase incorporation. Considering the structural integrity of samples, homogeneity of microstrutures, high fracture toughness values (3.6 4.9 MPa.m1/2) and no citotoxity effects, it was verified that alumina based ceramics, prepared from coprecipitated powders, are adequate for production of dental frameworks infiltrated by vitreous phase.

O processo estudado utilizou tubos cerâmicos porosos fabricados predominantemente com alumina e produzidos pela técnica da colagem de barbotina e sinterizados a temperaturas próximas a 1450 graus Celsius, para seleção de uma temperatura. O meio micro poroso foi caracterizado pela técnica de porosimetria por intrusão de mercúrio, apresentando tamanho médio de poro de 0,5 'mü'm. Os tubos foram submetidos à impregnação com solução de citrato de zircônio (precursor) por capilaridade. Posteriormente, os tubos foram calcinados e tratados termicamente até 600 e 900 graus Celsius, com o objetivo de eliminar componentes orgânicos voláteis e transformar o precursor no óxido metálico. A impregnação foi realizada em diferentes proporções e os tubos microporosos foram testados na bancada de micro-filtração, onde foram variados parâmetros fluidodinâmicos do processo (Reynolds e pressão transmembrana) e analisada as propriedades físico-químicas do volume de permeado, através de medidas da concentração de carbono orgânico total (TOC), condutividade elétrica, pH e a caracterização da mistura (concentrado) através de microscopia óptica. O meio micro poroso impregnado foi caracterizado por microscopia eletrônica de varredura (MEV), para analisar a morfologia do material impregnado e sua composição qualitativa. Os resultados do fluxo de permeado foram analisados e observou-se que os melhores resultados quanto ao fluxo transmembrana foram obtidos para o tubo impregnado a 900 graus Celsius. O tubo impregnado a 600 graus Celsius apresentou melhor desempenho relativo à desemulsificação, por apresentar menores valores de TOC. Em relação ao processo de transferência de massa, o tubo impregnado 900 graus Celsius obteve maiores valores de Sherwood, portanto a temperatura após impregnação influenciou no transporte de massa durante o processo de separação. A retenção da fase óleo analisada através de medidas de TOC foi de até 99%. / The studied process used porous ceramic tubes manufactured predominantly with alumina and produced by the technique of the collage with barbotina and sintered to close temperatures for 1450 Celsius degrees, for selection of a temperature. The microporous enviroment was characterized by mercury porosimetry, presenting medium size of pore of 0,5 'mü'm. The tubes were submitted to the impregnation with solution of citrate of zirconium (precursory) by capillarity. Later on, the tubes were burned and thermally treated up to 600 and 900 Celsius degrees, with the objective of to eliminate volatile organic components and to transform the precursory in the metallic oxide. The impregnation was accomplished in different proportions and the microporous tubes were tested in apparatus of microfiltration process, where were varied fluid dynamics parameters of the process (Reynolds and transmembrane pressure) and analyzed the physical-chemical properties of the volume of permeated, through measures of the concentration of total organic carbon (TOC), electric conductivity, pH and the characterization of the mixture (concentrated) through optical microscopy. The enviroment impregnated microporous was characterized by scanning eletronic microscopy (SEM), to analyze the morphology of the impregnated material and its qualitative composition. The results of the flow of having permeated were analyzed and it was observed that the best results with relationship to the transmembrane flux were obtained for the tube impregnated for 900 Celsius degrees. The tube impregnated for 600 Celsius degrees presented better relative acting to the demulsifying, for presenting smaller values of TOC. In relation to the process of mass transfer, the impregnated tube 900 Celsius degrees obtained larger values of Sherwood, therefore the temperature after impregnation influenced in the mass transport during the separation process. The retention of the phase oil analyzed through measures of TOC was of up to 99%.

O interesse pelo emprego de materiais cerâmicos na odontologia surgiu, inicialmente, devido ao excelente resultado estético proporcionado pela similaridade aos dentes naturais. Entretanto, a fragilidade, inerente das cerâmicas tradicionais, era uma limitação que impossibilitava a utilização em condições em que o material fosse submetido à solicitação mecânica. Com o desenvolvimento de materiais à base de alumina e zircônia, os quais conciliam aspecto estético, biocompatibilidade e bom desempenho mecânico, o emprego de cerâmicas na fabricação de restaurações dentais começou a ser considerado. A incorporação de fase vítrea de reforço nestas cerâmicas tem como finalidade minimizar as taxas de retração e melhorar a adesão ao agente cimentante resinoso, necessário para união da infraestrutura cerâmica à estrutura dental remanescente. Comercialmente, esses materiais são conhecidos como sistemas In-Ceram®. Considerando-se que o aprimoramento dos métodos de síntese e de técnicas de processamento de pós cerâmicos é um dos fatores fundamentais para o bom desempenho desses materiais, o presente trabalho teve como objetivo o estudo de obtenção de cerâmicas à base de alumina e/ou zircônia estabilizada com 3 mol% de ítria com infiltração de fase vítrea de aluminoborossilicato de lantânio, partindo-se de insumos obtidos pela rota de coprecipitação de hidróxidos. Os pós sintetizados foram conformados por prensagem uniaxial e pré-sinterizados na faixa de temperatura entre 950 e 1650 ºC, visando a obtenção de corpos cerâmicos porosos. A incorporação da fase vítrea foi realizada pela impregnação do pó de aluminoborossilicato de lantânio, também preparado neste trabalho, e posterior tratamento térmico entre 1200 e 1400oC. As técnicas empregadas para caracterização dos pós incluíram: termogravimetria, difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura e de transmissão, adsorção gasosa (BET) e espalhamento a laser. A sinterabilidade das amostras compactadas de alumina e/ou zircônia foi avaliada por dilatometria. As cerâmicas pré-sinterizadas foram avaliadas por medidas de densidade aparente pelo princípio de Archimedes, difração de raios X e observação da microestrutura por microscopia eletrônica de varredura. Testes de impressão Vickers e de citotoxicidade foram realizados após incorporação da fase vítrea. Tendo em vista a integridade estrutural, homogeneidade da microestrutura, elevados valores de tenacidade à fratura (3,6 4,9 MPa.m1/2) e a não citotoxicidade dos materiais preparados, constatou-se, neste trabalho, que as cerâmicas à base de alumina preparadas a partir de pós coprecipitados, são adequadas para obtenção de infraestruturas dentais com infiltração com fase vítrea. / The interest for the use of ceramic materials for dental applications started due to the good aesthetic appearance promoted by the similarity to natural teeth. However, the fragility of traditional ceramics was a limitation for their use in stress conditions. The development of alumina and zirconia based materials, that associate aesthetic results, biocompatibility and good mechanical behaviour, makes possible the employment of ceramics for fabrication of dental restorations. The incorporation of vitreous phase in these ceramics is an alternative to minimize the ceramic retraction and to improve the adhesion to resinbased cements, necessary for the union of ceramic frameworks to the remaining dental structure. In the dentistry field, alumina and zirconia ceramic infiltrated with glassy phase are represented commercially by the In-Ceram® systems. Considering that the improvement of powders synthesis routes and of techniques of ceramic processing contributes for good performance of these materials, the goal of the present work is the study of processing conditions of alumina and/or 3 mol% yttria-stabilized zirconia ceramics infiltrated with aluminum borosilicate lanthanum glass. The powders, synthesized by hydroxide coprecipitation route, were pressed by uniaxial compaction and pre-sintered at temperature range between 950 and 1650oC in order to obtain porous ceramics bodies. Vitreous phase incorporation was performed by impregnation of aluminum borosilicate lanthanum powder, also prepared in this work, followed by heat treatment between 1200 and 1400oC .Ceramic powders were characterized by thermogravimetry, X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, gaseous adsorption (BET) and laser diffraction. Sinterability of alumina and /or stabilized zirconia green pellets was evaluated by dilatometry. Pre-sintered ceramics were characterized by apparent density measurements (Archimedes method), X-ray diffraction and scanning electron microscopy. Vickers impression tests and citotoxicity essays were performed after glass phase incorporation. Considering the structural integrity of samples, homogeneity of microstrutures, high fracture toughness values (3.6 4.9 MPa.m1/2) and no citotoxity effects, it was verified that alumina based ceramics, prepared from coprecipitated powders, are adequate for production of dental frameworks infiltrated by vitreous phase.

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes protocolos de desgaste nas características superficiais e comportamento mecânico da zircônia utilizada para confeccionar infraestruturas e pilares protéticos. Amostras em forma de barra foram obtidas e divididas em três grupos (n=21): Grupo C (controle, não recebeu nenhum tipo de modificação superficial), Grupo A (desgaste realizado com fresas diamantadas de granulação média e acabamento com fresas diamantadas de granulação fina, com caneta de alta rotação sob refrigeração abundante de água) e Grupo B (desgaste realizado com pedras diamantadas de granulação grossa e acabamento realizado com pedras diamantadas de granulação média, com peça de mão acoplada em motor de baixa rotação e sem refrigeração). A topografia e rugosidade superficial (Sa) foram obtidos por microscopia confocal a laser (n=21), o módulo de elasticidade dinâmico (n=21) foi obtido por uma técnica de excitação por impulso, a transformação de fase foi avaliada por meio de difração de raios-X (n=1) e fadiga mecânica acelerada foi realizada pelo método step stress (n=18). A análise estatística para rugosidade superficial e módulo de elasticidade foi ANOVA de um fator e teste complementar de Tukey e a resistência à fadiga foi comparada pela probabilidade de sobrevivência nos diferentes tipos de carregamento, quanto ao número de ciclos e a força. Houve diferença estatística entre os grupos para rugosidade superficial (Grupo A>Grupo B>Grupo C) (p≤0,05)e módulo de elasticidade dinâmico (Grupo B>Grupo A=Grupo C) (p=0,003). A difração de raios-X revelou mudança de fase cristalina para os grupos desgastados, sendo que o Grupo C apresentou conteúdo cristalino somente na fase tetragonal, o Grupo A na fase tetragonal e monoclínica, e o Grupo B na fase tetragonal e cúbica. Não houve diferença estatística entre os grupos quando a taxa de sobrevivência foi comparada quanto ao número de ciclos e a força. Apesar do desgaste ter modificado as características superficiais, não houve prejuízo no comportamento mecânico da zircônia / The purpose of this study was to evaluate the effect of different grinding protocols on surface characteristics and mechanical behavior of Y-TZP used to manufacture copings and abutments. Bar-shaped specimens were obtained and divided into three groups (n=21): Group C (control, untreated), Group A (grinding was performed using medium diamond burs, finishing was performed using fine diamond burs and high-speed hand piece under constant water cooling) and Group B (grinding was performed using coarse diamond stone, finishing was performed using medium diamond stone and slow-speed hand piece without water cooling). After the specimen grinding, topography and surface roughness (n=21) were evaluated on laser confocal microscope, the Youngs modulus (n=21) was performed using the impulse excitation technique, crystallographic phase change was performed using an x-ray diffraction (n=1) and step-stress accelerated life testing (n=18) was performed. One-way ANOVA and Tukeys test were performed to analyze surface roughness and Youngs modulus, and step-stress accelerated life testing was compared by the probability of survival, considering the number of cycles and strength. There was statistically significant difference between groups considering surface roughness (Group A>Group B>Group C) (p≤0,05) and Youngs modulus (Group B>Group A=Group C) (p=0,003). X-ray diffraction data showed that grinding leads to phase change, once Group C showed only tetragonal phase, Group A showed tetragonal and monoclinic phases and Group B showed tetragonal and cubic phases. There was no statistically significant difference among groups when the probability of survival was compared considering the number of cycles and strength. Although tested grinding protocols had modified the surface characteristics, did not damage the mechanical behavior of the zirconia

Neste trabalho estudamos as propriedades eletrônicas e as estabilidades estruturais do cristal de ZrO2 e dos defeitos de vacância de oxigênio e impureza substitucional de cério. As investigações foram efetuadas através de simulações computacionais baseadas em métodos de primeiros princípios dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade e utilizando o método APW + lo (Aumengted Plane Waves plus local orbitals), implementado no código computacional WIEN2k, dentro do esquema de supercélula, com relaxações atômicas tratadas de modo apropriado. A zircônia apresenta 3 fases estruturais, dependendo da temperatura. Sua fase mais estável é a monoclínica e, a altas temperaturas, ela apresenta as fases tetragonal e cúbica, sendo estas duas últimas as mais importantes para aplicações tecnológicas. Ela pode ser estabilizada em uma condição metaestável em uma estrutura quase cúbica quando crescida na forma de pós nanocristalinos, com tamanhos menores que um certo tamanho crítico. Outra maneira de se estabilizar as estruturas cúbica e tetragonal, a temperatura ambiente, é através da adição de dopantes, entre eles o cério. Nesses casos, estão sempre presentes vacâncias de oxigênio. Neste trabalho, para o cristal puro de ZrO2, foram calculadas as propriedades das estruturas cristalinas cúbica e tetragonal, constatando-se que a estrutura quase cúbica, proposta em várias investigações relatadas na literatura, pode ser interpretada como uma estrutura tetragonal de corpo centrado, com pequenos deslocamentos dos átomos de oxigênio na direção k . Destes resultados, propomos que nas análises dos dados experimentais obtidos por difração de raios-X e EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) sejam utilizadas simulações onde a estrutura tetragonal de corpo centrado seja considerada como uma possível estrutura para o cristal. Dos estudos da vacância de oxigênio, obtivemos que sua presença quebra a simetria local do sistema e faz com que existam três diferentes distâncias entre um átomo de Zr e os átomos primeiros vizinhos de oxigênio, podendo, também, explicar resultados experimentais de difração de raios-X e EXAFS. Para o centro de impureza substitucional de Ce no sítio do átomo de Zr, nossos resultados apresentam uma possível explicação de porque as impurezas de Ce, em diferentes concentrações, estabilizam o ZrO2 nas estruturas tetragonal e cúbica. / In this investigation we studied the electronic properties and the structural stabilities of zirconia (ZrO2), as well as oxygen vacancy and Ce substitutional impurity. The investigations were carried by computational simulations using ab initio methods, based on the density functional theory and the APW + lo (Aumengted Plane Waves plus local orbitals) method, as implemented in the WIEN2k code, considering the supercell approach and atomic relaxations. Concerning the ZrO2 bulk, the tetragonal (quasi-cubic) phase is not thermodynamically stable at room temperature, but it can be retained in a metastable condition in nanocrystalline powders with crystallite sizes smaller than a certain critical size, or throught addition of dopants, for example cerium. In this cases, oxygen vacancies are always present. In this work we have obtained the properties of the cubic and tetragonal phases of ZrO2. From the results, we propose that the quasi-cubic structure presented in many articles can be understood as a body centered tetragonal structure, with small oxygen atoms displacement perpendicular to the k direction. Those results suggest that the analysis of the X-ray and EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) data should include in the crystallographic model the body-center tetragonal structure. The results of the structural and electronic properties of the oxygen vacancy suggest that its presence could explain the different models of the Zr first neighbor oxygen shell. For the Ce substitutional impurity, our results present a possible explanation why these impurities, in several concentrations, are able to stabilize the ZrO2 in the tetragonal and cubic phases.

Tendo como vantagem a elevada resistência ao choque térmico da zircônia:magnésia e a alta condutividade iônica da zircônia:ítria, compósitos dessas cerâmicas foram preparados por meio da mistura, em diferentes concentrações, de eletrólitos sólidos de ZrO2: 8,6 mol% MgO e de ZrO2: 3 mol% Y2O3, compactação e sinterização. A caracterização microestrutural foi feita por meio de difração de raios X e microscopia eletrônica de varredura. A análise do comportamento térmico foi feita por dilatometria. As propriedades elétricas foram estudadas por meio de espectroscopia de impedância. Foi feita uma montagem experimental para monitorar a resposta elétrica gerada em função do teor de oxigênio a altas temperaturas. Os principais resultados mostram que os compósitos cerâmicos são parcialmente estabilizados nas fases monoclínica, cúbica e tetragonal, e apresentam comportamento térmico similar ao apresentado por eletrólitos sólidos de zircônia:magnésia de dispositivos sensores de oxigênio. Além disso, os resultados de análise de espectroscopia de impedância mostram que a adição da zircônia:ítria melhora o comportamento elétrico da zircônia:magnésia, e que resposta elétrica gerada é dependente do teor de oxigênio a 1000 °C, mostrando ser possível construir sensores de oxigênio utilizando compósitos cerâmicos. / Taking advantage of the high thermal shock resistance of zirconia-magnesia ceramics and the high oxide ion conductivity of zirconia-yttria ceramics, composites of these ceramics were prepared by mixing, pressing and sintering different relative concentrations of ZrO2: 8.6 mol% MgO and ZrO2: 3mol% Y2O3 solid electrolytes. Microstructural analysis of the composites was carried out by X-ray diffraction and scanning electron microscopy analyses. The thermal behavior was studied by dilatometric analysis. The electrical behavior was evaluated by the impedance spectroscopy technique. An experimental setup was designed for measurement the electrical signal generated as a function of the amount of oxygen at high temperatures. The main results show that these composites are partially stabilized (monoclinic, cubic and tetragonal) and the thermal behavior is similar to that of ZrO2: 8.6 mol% MgO materials used in disposable high temperature oxygen sensors. Moreover, the results of analysis of impedance spectroscopy show that the electrical conductivity of zirconia:magnesia is improved with zirconia-yttria addition and that the electrical signal depends on the amount of oxygen at 1000 °C, showing that the ceramic composites can be used in oxygen sensors.

Cerâmicas à base de zircônia tetragonal estabilizada com ítria (ZrO2(3%Y2O3)) possuem excelentes propriedades mecânicas, devido a uma peculiar transformação de fases que ocorre nos grãos desta cerâmica durante o crescimento de uma trinca. O crescimento da trinca gera tensões compressivas sobre os grãos tetragonais metaestáveis, os quais se transformam em monoclínicos, promovendo uma expansão volumétrica de 3 a 5%, a qual impede que a trinca continue crescendo nas condições de carregamento mecânicos inicialmente utilizados, o que produz aumento da resistência à fratura, e tenacidade deste material. Neste trabalho são apresentados os resultados do estudo da recuperação da fase tetragonal pela utilização de tratamentos térmicos, em zircônia envelhecida por desgaste, durante a preparação de próteses dentárias. Blocos cerâmicos pré-sinterizados à base de ZrO2(3%Y2O3) foram sinterizados em três condições distintas, quais sejam, 1450°C - 0h, 1530°C - 2h e 1600°C - 4h. Cada lote de amostras sinterizado foi submetido análise de densidade relativa, difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Parte das cerâmicas sinterizada foi fraturada, e a superfície de fratura foi re-examinada por DRX e MEV. Outra parte foi fragmentada visando a transformação martensítica, que gera a fase monoclínica no material, e em seguida caracterizada por DRX. Os resultados da densificação e análise microestrutural indicaram densidade relativa de 94,2%, 99,6% e 99,75%, tamanho médio de grão de 0,28?m, 0,49m e 1,31m, para amostras sinterizadas a 1450°C - 0h, 1530°C - 2h e 1600°C - 4h respectivamente. Após fragmentação, os teores de fase monoclínica medidos foram da ordem de 58%, 43% e 4,5% que correspondem a aproximadamente 65% vol, 50% vol e 6% vol. Tratamentos térmicos realizados a 950°C, 1100°C e 1200°C foram necessárias para recuperação de 100% de fase tetragonal, em amostras sinterizadas a 1450°C - 0h, 1530°C - 2h e 1600°C - 4h, respectivamente. / Tetragonal zirconia-based ceramic stabilized with (ZrO2(3%Y2O3)) have excellent mechanical properties due to a peculiar phase transformation that occurs in this ceramic grains during the growth of a crack. The crack growth generates compressive stresses on the metastable tetragonal grains, which are transformed into monoclinic, promoting a volumetric expansion of 3 to 5% which prevents the crack continues to grow under conditions of mechanical loading initially used, which produces the increased fracture strength and toughness of this material. This paper presents results of the recovery of the tetragonal phase by the use of thermal treatments in zirconia aged for wear during the preparation of dental prostheses. ZrO2(3%Y2O3) pre-sintered ceramic blocks were sintered in three different conditions: 1450°C-0h, 1530°C-2h and 1600°C-4h. Sintered samples were characterized by relative density, X-Ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Part of the sintered samples was fractured and the fracture surface was re-examined by XRD and SEM. Another part was milled aiming generates a martensitic transformation (monoclinic phase), and characterized by XRD. The results of densification and SEM analysis indicates relative density of 94.2%, 99.6% and 99.75%, average grain size of 0.28?m, 0.48m and 1.31m, for samples sintered at 1450°C-0h, 1530°C-2h and 1600°C-4h respectively. After milling, the monoclinic phase content was 58%, 43% e 4,5% corresponding to 65% vol, 50% vol e 6% vol. For samples sintered at 1450°C-0h, 1530°C-2h e 1600°C-4h, heat treatments of 950°C, 1100°C and 1200°C were performed respectively, for recuperation of 100% of tetragonal phase.

Materiais com gradiente funcional (MGF), a base de aço inoxidável e cerâmica têm despertado interesse em diversas áreas tecnológicas: estrutural, térmica, elétrica, biomédica e militar, e têm inspirado pesquisadores a combinar propriedades e características que não estão presentes em peças convencionais. Têm sido também considerados como uma alternativa na preparação de partes de motores de alta eficiência, ferramentas de corte e revestimentos estruturais para reatores químicos. A incorporação de metal e cerâmica em uma estrutura graduada permite a integração de muitas propriedades desejáveis que combinam ambas vantagens do metal e a cerâmica. Os componentes cerâmicos são capazes de suportar altas temperaturas e possuem alta resistência à corrosão, enquanto os componentes metálicos apresentam uma alta resistência à tração e alta ductilidade, e portanto são menos susceptíveis a fratura catastrófica. Neste trabalho, compósitos com níveis variáveis de aço inoxidável 316L e zircônia estabilizada com ítria, obtidos pelo processo de moagem de alta energia, foram preparados e caracterizados para determinar o comportamento térmico de cada composição, com o objetivo de planejar a sinterização dos MGFs com gradação de composição química. Difração de raios-x (DRX), análises de dilatometria e calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram realizadas para os materiais compósitos com proporções diferentes de aço inoxidável e de zircônia, com o objetivo de analisar a influência da composição, como da taxa de aquecimento no comportamento dos compósitos selecionados durante a sinterização. Além disso, foram construídos por metalurgia do pó e caracterizados três peças de MGF. As peças de MGFs foram caracterizadas no microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura (MEV). Microanálise química foi feito pela técnica de espectroscopia de energia dispersiva (EDS) para o MGF1 e EDS - Line scan analysis das peças MGF2 e MGF3. Finalmente, as fases presentes nas peças foram medidas pela técnica de penetração Vickers. Os resultados dos ensaios dilatométricos para compósitos com teores de zircônia superiores a 50% e com taxas de aquecimento de 5ºC/min e 10ºC/min até 1200ºC, apresentaram uma contração linear maior em torno a 900ºC, e para composições com taxa de aquecimento de 15ºC/min em torno a 1000ºC, indicando que o processo de densificação se inicio a temperaturas inferiores que as outras composições observadas nas curvas dilatométricas para essas mesmas taxas de aquecimento. Os DSC dos compósitos apresentaram uma mudança correspondente à precipitação dos carbetos de cromo próprios do aço inox austenítico. A adição de zircônia ao aço inoxidável inibiu a precipitação dos carbetos, indicado pelo aparecimento de um pico nas amostras composta somente pelo aço inoxidável. / Functionally graded materials (FGM) based on stainless steel and ceramics has aroused interest in many technological areas: structural, thermal, electrical, biomedical and military, and has inspired researchers to combine properties and features which are not present in conventional samples, and is considered to be an alternative in the preparation of high efficient motors parts, cutting tools and structural coatings for chemical reactors. The incorporation of metal and ceramic in a graduated structure allows the integration of many desirable properties that combine advantages of metallic and ceramic materials. Ceramic components are capable of withstanding high temperatures and have high corrosion resistance, while the metallic components provide a higher mechanical resistance, in particular ultimate tensile strength and ductility, and therefore less susceptible to catastrophic fracture. In this work, composites with variable levels of 316L Stainless Steel and Yttria Stabilized Zirconia, obtained by high-energy milling process, were prepared and characterized, in order to determine the thermal behavior of each composition, with the aim of planning the sintering of a FGM with gradation of chemical composition. X-rays diffractometry (XRD), dilatometric analyses and differential scanning calorimetry (DSC) were performed for composites materials with distinct proportions of Stainless Steel and Zirconia, with the objective of analyzing the influence of the composition, as the heating rate the behavior of Stainless Steel/Zirconia layers during sintering. Additionally, were built by powder metallurgy and characterized three samples of FGM. The samples of MGFs were characterized in the optical microscope and scanning electron microscope (SEM). Chemical microanalysis was done by the technique of energy dispersive spectroscopy (EDS) of FGM1 and EDS-Line Scan Analysis of samples and FGM2 and FGM3. Finally, the phases present in the samples were measured by Vickers penetration technique. The results of dilatometric tests for composites with levels higher than zirconia to 50% and heating rates of 5°C/min and 10ºC/min up to 1200°C showed a greater linear shrinkage around 900ºC, and compositions at a heating rate of 15°C/min to about 1000°C, indicating that the densification process is starting at temperatures below that observed in other compositions dilatometric curves for these same heating rates. The DSC of the composites showed a change corresponding to the chrome carbides precipitation own austenitic stainless steel. The zirconia addition to stainless steel inhibited the carbides precipitation, indicated by the appearance of a peak in the samples composed only of stainless steel.

Cerâmicas à base de zircônia tetragonal estabilizada com ítria (ZrO2(3%Y2O3)) possuem excelentes propriedades mecânicas, devido a uma peculiar transformação de fases que ocorre nos grãos desta cerâmica durante o crescimento de uma trinca. O crescimento da trinca gera tensões compressivas sobre os grãos tetragonais metaestáveis, os quais se transformam em monoclínicos, promovendo uma expansão volumétrica de 3 a 5%, a qual impede que a trinca continue crescendo nas condições de carregamento mecânicos inicialmente utilizados, o que produz aumento da resistência à fratura, e tenacidade deste material. Neste trabalho são apresentados os resultados do estudo da recuperação da fase tetragonal pela utilização de tratamentos térmicos, em zircônia envelhecida por desgaste, durante a preparação de próteses dentárias. Blocos cerâmicos pré-sinterizados à base de ZrO2(3%Y2O3) foram sinterizados em três condições distintas, quais sejam, 1450°C - 0h, 1530°C - 2h e 1600°C - 4h. Cada lote de amostras sinterizado foi submetido análise de densidade relativa, difração de raios X (DRX) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Parte das cerâmicas sinterizada foi fraturada, e a superfície de fratura foi re-examinada por DRX e MEV. Outra parte foi fragmentada visando a transformação martensítica, que gera a fase monoclínica no material, e em seguida caracterizada por DRX. Os resultados da densificação e análise microestrutural indicaram densidade relativa de 94,2%, 99,6% e 99,75%, tamanho médio de grão de 0,28?m, 0,49m e 1,31m, para amostras sinterizadas a 1450°C - 0h, 1530°C - 2h e 1600°C - 4h respectivamente. Após fragmentação, os teores de fase monoclínica medidos foram da ordem de 58%, 43% e 4,5% que correspondem a aproximadamente 65% vol, 50% vol e 6% vol. Tratamentos térmicos realizados a 950°C, 1100°C e 1200°C foram necessárias para recuperação de 100% de fase tetragonal, em amostras sinterizadas a 1450°C - 0h, 1530°C - 2h e 1600°C - 4h, respectivamente. / Tetragonal zirconia-based ceramic stabilized with (ZrO2(3%Y2O3)) have excellent mechanical properties due to a peculiar phase transformation that occurs in this ceramic grains during the growth of a crack. The crack growth generates compressive stresses on the metastable tetragonal grains, which are transformed into monoclinic, promoting a volumetric expansion of 3 to 5% which prevents the crack continues to grow under conditions of mechanical loading initially used, which produces the increased fracture strength and toughness of this material. This paper presents results of the recovery of the tetragonal phase by the use of thermal treatments in zirconia aged for wear during the preparation of dental prostheses. ZrO2(3%Y2O3) pre-sintered ceramic blocks were sintered in three different conditions: 1450°C-0h, 1530°C-2h and 1600°C-4h. Sintered samples were characterized by relative density, X-Ray diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Part of the sintered samples was fractured and the fracture surface was re-examined by XRD and SEM. Another part was milled aiming generates a martensitic transformation (monoclinic phase), and characterized by XRD. The results of densification and SEM analysis indicates relative density of 94.2%, 99.6% and 99.75%, average grain size of 0.28?m, 0.48m and 1.31m, for samples sintered at 1450°C-0h, 1530°C-2h and 1600°C-4h respectively. After milling, the monoclinic phase content was 58%, 43% e 4,5% corresponding to 65% vol, 50% vol e 6% vol. For samples sintered at 1450°C-0h, 1530°C-2h e 1600°C-4h, heat treatments of 950°C, 1100°C and 1200°C were performed respectively, for recuperation of 100% of tetragonal phase.

Neste trabalho estudamos as propriedades eletrônicas e as estabilidades estruturais do cristal de ZrO2 e dos defeitos de vacância de oxigênio e impureza substitucional de cério. As investigações foram efetuadas através de simulações computacionais baseadas em métodos de primeiros princípios dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade e utilizando o método APW + lo (Aumengted Plane Waves plus local orbitals), implementado no código computacional WIEN2k, dentro do esquema de supercélula, com relaxações atômicas tratadas de modo apropriado. A zircônia apresenta 3 fases estruturais, dependendo da temperatura. Sua fase mais estável é a monoclínica e, a altas temperaturas, ela apresenta as fases tetragonal e cúbica, sendo estas duas últimas as mais importantes para aplicações tecnológicas. Ela pode ser estabilizada em uma condição metaestável em uma estrutura quase cúbica quando crescida na forma de pós nanocristalinos, com tamanhos menores que um certo tamanho crítico. Outra maneira de se estabilizar as estruturas cúbica e tetragonal, a temperatura ambiente, é através da adição de dopantes, entre eles o cério. Nesses casos, estão sempre presentes vacâncias de oxigênio. Neste trabalho, para o cristal puro de ZrO2, foram calculadas as propriedades das estruturas cristalinas cúbica e tetragonal, constatando-se que a estrutura quase cúbica, proposta em várias investigações relatadas na literatura, pode ser interpretada como uma estrutura tetragonal de corpo centrado, com pequenos deslocamentos dos átomos de oxigênio na direção k . Destes resultados, propomos que nas análises dos dados experimentais obtidos por difração de raios-X e EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) sejam utilizadas simulações onde a estrutura tetragonal de corpo centrado seja considerada como uma possível estrutura para o cristal. Dos estudos da vacância de oxigênio, obtivemos que sua presença quebra a simetria local do sistema e faz com que existam três diferentes distâncias entre um átomo de Zr e os átomos primeiros vizinhos de oxigênio, podendo, também, explicar resultados experimentais de difração de raios-X e EXAFS. Para o centro de impureza substitucional de Ce no sítio do átomo de Zr, nossos resultados apresentam uma possível explicação de porque as impurezas de Ce, em diferentes concentrações, estabilizam o ZrO2 nas estruturas tetragonal e cúbica. / In this investigation we studied the electronic properties and the structural stabilities of zirconia (ZrO2), as well as oxygen vacancy and Ce substitutional impurity. The investigations were carried by computational simulations using ab initio methods, based on the density functional theory and the APW + lo (Aumengted Plane Waves plus local orbitals) method, as implemented in the WIEN2k code, considering the supercell approach and atomic relaxations. Concerning the ZrO2 bulk, the tetragonal (quasi-cubic) phase is not thermodynamically stable at room temperature, but it can be retained in a metastable condition in nanocrystalline powders with crystallite sizes smaller than a certain critical size, or throught addition of dopants, for example cerium. In this cases, oxygen vacancies are always present. In this work we have obtained the properties of the cubic and tetragonal phases of ZrO2. From the results, we propose that the quasi-cubic structure presented in many articles can be understood as a body centered tetragonal structure, with small oxygen atoms displacement perpendicular to the k direction. Those results suggest that the analysis of the X-ray and EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure) data should include in the crystallographic model the body-center tetragonal structure. The results of the structural and electronic properties of the oxygen vacancy suggest that its presence could explain the different models of the Zr first neighbor oxygen shell. For the Ce substitutional impurity, our results present a possible explanation why these impurities, in several concentrations, are able to stabilize the ZrO2 in the tetragonal and cubic phases.