Obtenção e caracterização de Si3N4/wollastonita para aplicações biomédicas

Abstract

Neste trabalho, foram investigadas cerâmicas de nitreto de silício (Si3N4) contendo wollastonita (CaSiO3) para aplicações biomédicas. Foram preparadas cinco composições, variando a porcentagem em massa de CaSiO3 (5, 10, 20, 30 e 40 %) e o tipo de moagem (moagem em moinho de bolas e moinho atritor). Compactos verdes obtidos por prensagem uniaxial e isostática a frio foram sinterizados a 1800 ºC por 1 hora em atmosfera de nitrogênio. Amostras sinterizadas foram caracterizadas quanto à densidade e porosidade aparentes, microestrutura por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X (DRX), além de dureza, tenacidade à fratura, módulo de elasticidade e resistência à compressão. Testes de reatividade in vitro foram realizados a partir da imersão de discos cerâmicos em solução de SBF (Simulated Body Fluid). Após as caracterizações, observou-se que todas as amostras desenvolveram uma microestrutura formada por grãos alongados de β-Si3N4 e wollastonita como fase cristalina secundária. A utilização de moagem em moinho de bolas não foi eficiente para a produção de amostras densas, cujo máximo valor de densidade relativa foi de 88 %. No entanto, até 96% da densidade relativa foi atingida para as amostras obtidas por moagem de alta energia, sendo que maiores teores de CaSiO3 favoreceram a densificação. O comportamento mecânico também foi influenciado pela concentração de CaSiO3, mas teores superiores a 20% em massa resultaram na degradação das propriedades mecânicas. Foram atingidos valores de até 12,97 GPa de dureza e 5,45 MPa.m1/2 de tenacidade à fratura. A resistência à compressão variou de 1096 a 2841 MPa e módulo de Young, de 138 a 234 GPa. Após os testes de imersão em SBF, a superfície das cerâmicas de nitreto de silício com teores de wollastonita acima de 10% em massa formou um filme contendo estruturas morfologicamente semelhantes à hidroxiapatita, indicando bioatividade.