Produção e Caraterização de Filmes Finos Ti-Zr para Aplicações Biomédicas

Abstract

O presente trabalho visa o desenvolvimento de filmes à base de titânio e zircónio promissores para aplicações biomédicas, nomeadamente na área da Medicina Dentária. Um dos principais fatores a ter em conta é, sem dúvida, a superfície do implante que interage diretamente com os fluídos e tecidos fisiológicos. A química e morfologia superficiais podem variar, dependendo do tipo de aplicação. No que respeita aos implantes dentários, são requeridas rugosidades acentuadas, pois contribuem para uma rápida e eficaz fixação óssea. Assim, tornou-se necessário avaliar a possibilidade de revestir superfícies rugosas. Filmes de titânio com diferentes teores de zircónio foram depositados por pulverização catódica magnetrão sobre substratos de titânio e aço polidos a diamante, bem como sobre superfícies de titânio jateadas e atacadas com ácido cujas rugosidades médias são da ordem de 2 μm. Os filmes produzidos foram caracterizados do ponto de vista da composição química, morfologia e estrutura cristalina. Particular ênfase foi atribuída à morfologia superficial, tendo em vista o revestimento adequado das superfícies rugosas. As propriedades superficiais, como a carga superficial (Potencial Zeta), e as propriedades mecânicas, como a dureza e o módulo de elasticidade, foram avaliadas em função do teor de zircónio. O estudo efetuado permitiu comprovar a possibilidade de revestir superfícies rugosas por pulverização catódica magnetrão, mantendo a macrorugosidade e não deturpando excessivamente a microrugosidade original. Para o efeito, a espessura dos filmes deve ser da ordem de 1 m. Variando o número de pastilhas de zircónio coladas no alvo de titânio foram produzidos filmes com teores entre 14 e 20 % pd. Zr. As características de superfície, assim como as propriedades mecânicas avaliadas, são encorajadoras, confirmando o potencial dos revestimentos Ti-(Zr) para aplicação em implantes dentários.

The aim of this study is to develop titanium and zirconium based films promising for biomedical applications, particularly in the area of dentistry. One of the main factors to be considered is undoubtedly the implant surface that interacts directly with physiological fluids and tissues. The surface chemistry and morphology may vary depending on the type of application. With respect to dental implants, surfaces with pronounced roughness are required, since they contribute to a rapid and effective bone fixation. Thus, it became necessary to evaluate the possibility of coating rough surfaces. Titanium films with various amounts of zirconium were deposited by magnetron sputtering onto diamond-polished titanium and steel substrates, as well as onto sandblasted and acid etched titanium surfaces whose average roughness is of the order of 2 m. The films produced were characterized in terms of chemical composition, morphology and crystal structure. Particular emphasis was attributed to the surface morphology, in order to suitably coat rough surfaces. The surface properties such as surface charge (zeta potential), and the mechanical properties, such as hardness and elastic modulus, were evaluated as a function of the zirconium content. The study conducted allowed the feasibility of coating rough surfaces by magnetron sputtering to be attested. The original macroroughness was maintained and the microroughness was not markedly distorted. For this purpose, the thickness of the films must be close to 1 μm. Varying the number of zirconium pieces superimposed onto the titanium target, films with Zr contents between 14 and 20 wt.% were produced. The surface characteristics, as well as the mechanical properties evaluated are encouraging, confirming the potential of Ti-(Zr) coatings for use in dental implants.