Effects of argon plasma and aging on the mechanical properties and phase transformation of 3Y-TZP zirconia

ABSTRACT

Abstract To evaluate the flexural strength (FS) and flexural modulus (FM) of a commercial 3Y-TZ0P ceramic after artificial aging and either without or with two application times of non-thermal plasma treatments (NTP). In addition, changes in crystalline phase transformation and surface nano-topography after NTP application, during different aging periods, were evaluated. Ninety 3Y-TZP bars (45x4x3 mm) were made for FS and FM testing, and assigned to nine groups (n=10) no NTP/no aging (Control); no NTP/4h aging; no NTP/30h aging; 10s NTP/no aging; 10s NTP/4h aging; 10s NTP/30h aging; 60s NTP/no aging; 60s NTP/4h aging and 60s NTP/30h aging. Artificial accelerated aging was simulated using an autoclave (134º C at 2 bar) for up to 30h. FS and FM were assessed using a universal testing machine and data analyzed using a ANOVA and Tukey test (α=0.05). The volume change in zirconia monoclinic phase (MPV) was evaluated using X-ray diffraction and surface nano-topography was assessed using atomic force microscopy (baseline until 30h-aging). NTP application did not influence the FS and FM of zirconia. Compared to the Control (no NTP/no aging), the FS of zirconia samples treated for 30 hours in autoclave ("no NTP/30h aging" group) increased. Artificial aging for 30 hours significantly increased the FM of zirconia, regardless of NTP application. MPV tended to increase following the increase in aging time, which might result in the surface irregularities observed at 30h-aging. NTP did not alter the zirconia properties tested, but 30h-aging can change the zirconia FS, FM and MPV.

RESUMO

Resumo Avaliar a resistência à flexão (FS) e o módulo de flexão (FM) de uma cerâmica comercial 3Y-TZP após envelhecimento artificial, e com ou sem dois tempos de aplicação de plasma não térmico (NTP). Além disso, a transformação de fase cristalina e a nano-topografia de superfície após a aplicação de NTP, durante diferentes períodos de envelhecimento, foram avaliadas. Noventa barras 3Y-TZP (45x4x3 mm) foram feitas para testes de FS e FM, e distribuídas em nove grupos (n=10) sem NTP/sem envelhecimento (Controle); sem NTP/4h de envelhecimento; sem NTP/30h de envelhecimento; 10sNTP/sem envelhecimento; 10sNTP/4h; 10sNTP/30h; 60sNTP/sem envelhecimento; 60sNTP/4h e 60sNTP/30h. O envelhecimento artificial acelerado foi simulado em autoclave (134º C a 2 bar) por até 30 horas. FS e FM foram avaliados em máquina de ensaio universal e os dados analisados ​​pela ANOVA e teste de Tukey (α = 0,05). A mudança de volume da fase monoclínica de zircônia (MPV) foi avaliada usando difração de raios-X e nano-topografia de superfície foi avaliada utilizando microscopia de força atômica (baseline até 30h). A aplicação do NTP não influenciou a FS e FM da zircônia. Comparado ao Controle ("sem NTP/sem envelhecimento"), a FS das amostras de zircônia tratadas por 30 horas em autoclave ("sem NTP/30h de envelhecimento") aumentou. O envelhecimento artificial por 30 horas aumentou significativamente a FM da zircônia, independente do tempo de aplicação do NTP. O MPV tendeu a aumentar em função do aumento do tempo de envelhecimento para todos os grupos, que pode ter resultado nas irregularidades superficiais observadas com 30 horas de envelhecimento. O NTP não afetou as propriedades da zircônia testadas, mas o envelhecimento por 30 horas pode alterar a FS, FM e MPV da zircônia.