Title

ANÁLISE NUMÉRICA E EXPERIMENTAL DE PROPAGAÇÃO DE TRINCA APLICADA A BIOCIMENTOS DE FOSFATO DE CÁLCIO

NUMERICAL AND EXPERIMENTAL ANALYSIS OF CRACK PROPAGATION APPLIED TO CALCIUM PHOSPHATE BIOCEMENTS

Authorship

Alves, Erisandra Rodrigues; Albuquerque, José Silvio Veras; Junior, Luiz Carlos G. Pennafort; Lima, Jeann Diniz Ferreira; Nogueira, Ricardo Emílio Ferreira Quevedo; Deus, Enio Pontes de

Alves, Erisandra Rodrigues

I am this author

Albuquerque, José Silvio Veras

I am this author

Junior, Luiz Carlos G. Pennafort

I am this author

Lima, Jeann Diniz Ferreira

I am this author

Nogueira, Ricardo Emílio Ferreira Quevedo

I am this author

Deus, Enio Pontes de

I am this author

DOI

10.5151/2594-5327-21541

Downloads

Abstract

A tenacidade à fratura é uma propriedade intrínseca do material, definida como a energia mecânica necessária para iniciar e propagar uma trinca no material até que ocorra a sua ruptura. Nas cerâmicas e biocerâmicas esta propriedade, de um modo geral, apresenta valores muito baixos isso pode ser explicado pela existência de defeitos muito pequenos presentes no material, os quais servem como fatores de concentração de tensões. Os biocimentos de fosfatos de cálcio estão sendo objeto de intenso estudo nos últimos anos devido à sua potencial utilidade em aplicações biomédicas e também por serem materiais biocompatíveis que endurecem no sitio de implantação. O objetivo deste trabalho foi desenvolver biocimentos de fosfato de cálcio nanométrico, baseados no sistema betafosfato tricálcio/sulfato de cálcio para determinar o valor de tenacidade à fratura. As amostras também foram caracterizadas por difração de raios X e ensaios mecânicos de compressão diametral. A análise de difração dos biocimentos revelou em seu espectro a presença de uma fase majoritária de hidrogeno fosfato de cálcio dihidratado e uma fase minoritária de β-TCP. A resistência à compressão apresentou valores próximos aos de resistência do osso esponjoso. O processo descrito nesse trabalho é simples, baseada em um estudo comparativo de propagação de trincas entre modelos numéricos baseados no método dos elementos finitos e experimental.

Abstract The fracture toughness is an intrinsic property of the material, defined as the mechanical energy required to initiate and propagate a crack in the material until rupture occurs. In this property ceramics and bioceramics, in general, has very low values that can be explained by the existence of very small defects present in the material, which act as stress concentration factors. Calcium phosphate biocements are being intensely studied due to their potential use in biomedical applications as well as for their biocompability and ability of hardening on site. The main objective of the present work was to develop nanometric calcium phosphate biocements based on the system composed by beta-tricalcium phosphate/calcium sulfate, to determine the value of fracture toughness. Samples of the material produced also were characterized by x-ray diffraction (XRD) for determination of cristalline phases, and diametral compression tests. X-ray difracton analysis of the biocements revealed the presence of di-calcium phosphate dihydrate (CaHPO4.2H2O or DCPD) as the major phase and β-TCP as the minor phase. Results from diametral-compression tests of the biocement compared well with the values for trabecular or spongy bone. The process described in this work is a simple, based on a comparative study of crack propagation between numeral modes based on finite element method and experimental.

Keywords

Tenacidade à fratura; Biocimentos de fosfato de cálcio; Biocerâmicas.

Fracture toughness; Biocements calcium phosphate; Bioceramics.