Estudo de revestimentos cerâmicos sobre substrato metálico obtido

Para que os mecanismos de aumento de tenacidade à fratura por transformação
entrem em ação, a cerâmica tem de conter a fase t em um estado tal, que possa ser
induzida a transformar, geralmente pela aplicação de tensão que contenha um
componente cisalhante.
A estabilização termodinâmica da fase t em ligas de ZrO2 envolve considerações
de energia superficial e sujeição da matriz. A estabilização da t-ZrO2 pode ser obtida
pela adição de óxidos divalentes de baixa solubilidade como o MgO, o CaO ou
combinação dos dois, que produzem um sistema de ZrO2 bifásico, podendo ser
melhorado através da adição de dopantes de alta solubilidade como, por exemplo, a
adição de 2 a 8 % em mol de YO1,5 ou 12 a 20 % em mol de CeO2 [55, 62 e 63].
A valência e a concentração determinam o número de vacâncias de oxigênio
criadas pela formação da solução sólida substitucional [64].
A fase t-ZrO2 geralmente pode ser estabilizada contra a distorção para a fase
monoclínica por dopantes que: induzem a criação de vacâncias de oxigênio e são
geralmente trivalentes, exemplos Gd 3+ , Fe 3+ e Y 3+ ; são maiores ou menores em relação
aos cátions de zircônio, exemplos Ti 4+ , Ge 4+ e Ce 4+ ; ou resultam em combinações que
equilibram as cargas eletrônicas, como o YNbO4 e o YTaO4. No entanto, os dopantes
mais comuns são Y2O3, CeO2 e alguns óxidos de terras raras [55, 65, 66].
As microestruturas de cerâmicas Y-PSZ e Y-TZP são complexas devido à
presença de duas formas tetragonais: t e t’. A fase t possui menor teor de soluto e pode
ser transformada por tensão. A fase t’ tem maior teor de soluto e precisa ser decomposta
na fase totalmente estabilizada c-ZrO2 mais a fase metaestável t-ZrO2 antes da
transformação t→m, que aumenta a tenacidade à fratura.
A partir de resultados de diversos outros pesquisadores, Kim [67] desenvolveu
equações empíricas para os parâmetros de rede, a e c, de zircônias tetragonais em
solução sólida na temperatura ambiente. Estas equações levam em consideração as
diferenças entre raio iônico, valência dos cátions e percentagem em mol do soluto
(Equações 2.18 e 2.19). A Figura 2.28 apresenta o resultados destas equações para
diversos dopantes.
∑
a = [ 0,
5086 + ( 0,
0255∆r
+ 0,
00015∆Z
) m ] nm ; (2.18)
k
∑
k
c = [ 0,
5189 + ( 0,
0213∆r
+ 0,
00064∆Z
) m ] nm ; (2.19)
k
k
em que:
4+
∆r
k = rk
− rZr
: diferença entre os raios iônicos do cátion dopante e do zircônio;
∆Z k = Z k − 4 : diferença entre as valências do cátion dopante e do zircônio;
mk = percentagem em mol do soluto k na forma Mox, x= Zk/2;
Raios iônicos na coordenação 8:
Zr 4+ = 0,084nm
Ce 4+ = 0,097nm
Ta 5+ = Nb 5+ = 0,074nm
72
k
k
k
k