APRÈN. Portal de la producció docent del professorat de la UPC

Una de les principals limitacions que presenten els materials ceràmics és la dificultat de poder fabricar peces amb geometries complexes. Les tècniques d'impressió 3D, en concret, la utilitzada en aquest treball, anomenada Direct Ink Writing (DIW), permeten aconseguir-ho. Aquest fet, obre encara més la possibilitat d'utilitzar aquest tipus de materials per aplicacions que fins ara no eren possibles. Dins del camp dels materials biomèdics, la zircònia s'ha estat fent servir en les darreres dècades principalment donada la seva naturalesa inert, la biocompatibilitat i les bones propietats mecàniques. L'objectiu d'aquest treball és la fabricació de peces ceràmiques poroses amb diferents geometries infiltrades amb polímer biocompatible per tal d'avaluar-ne l'estructura, microestructura i efecte sobre la resposta mecànica. En aquest sentit, s'han dissenyat sis models 3D diferents que corresponen a sis geometries d'impressió. La tinta ceràmica s'ha preparat utilitzant com agent gelificant Pluronic® F-127. Un cop impreses, les mostres s'han sotmès a un procés d'assecament i sinterització. L'estructura de cadascuna de les sis geometries estudiades s'ha caracteritzat mitjançant la tècnica de Micro-Computed Tomography. El procés d'infiltració del polímer s'ha dut a terme mitjançant la preparació del copolímer bio-compatible Bis-GMA/TEGDMA. Les mostres resultants s'han avaluat a nivell mecànic mitjançant assaigs de compressió. El seguiment de l'evolució de la deformació de les mostres durant els assaigs ha estat possible gràcies a la utilització de la tècnica digital image correlation (DIC). Els resultats relacionats amb la reducció de volum de les mostres impreses no evidencia diferències importants amb les geometries, els valors obtinguts es troben en un rang entre el 27-31%. L'anàlisi en detall de cadascuna de les geometries impreses posa de manifest que la porositat interna originada per a cadascun dels models permet aconseguir mostres des d'un 47 fins a un 65% de porositat

Resumen Una de las principales limitaciones que presentan los materiales cerámicos es la dificultad de poder fabricar piezas con geometrías complejas. Las técnicas de impresión 3D, en concreto, la utilizada en este trabajo conocida como Direct Ink Writing (DIW), perimten aconseguirlo. Este hecho abre aún más las posibilidades de usar este tipo de materiales para aplicaciones que hasta ahora no eran posibles. Dentro del campo de los materiales biomédicos, la circonia se ha utilizado en las últimas décadas principalmente por su naturaleza inerte, su biocompatibilidad y sus buenas propiedades mecánicas. El objetivo de este trabajo es la fabricación de piezas cerámicas porosas con diferentes geometrías infiltradas con un polímero biocompatible para evaluar la estructura, microestructura y el efecto de esta sobre la respuesta mecánica. En este sentido, se han diseñado seis modelos 3D diferentes que corresponden a seis geometrías para imprimir. La tinta cerámica se ha preparado empleando Pluronic® F-127. Una vez imprimidas, las muestras se han sometido a un proceso de secado y sinterizado. Las estructuras de cada una de las seis geometrías estudiadas se han caracterizado mediante la técnica de Micro Computed Tomography. El proceso de infiltración del polímero se ha hecho mediante la preparación del copolímero biocompatible Bis-GMA/TEGDMA. Las muestras resultantes se han evaluado a nivel mecánico mediante ensayos de compresión. El seguimiento de la evolución de la deformación de las muestras durante los ensayos ha sido posible gracias al uso de la técnica digital image correlation (DIC). Los resultados relacionados con la reducción de volumen de las muestras imprimidas no evidencian diferencias importantes entre las geometrías, los valores obtenidos se encuentran entre un rango del 27-31%. El análisis al detalle de cada una de las geometrías impresas pone en manifiesto que la porosidad interna originada por cada modelo permite conseguir entre el 47 has el 65% de porosidad.

L'objectiu d'aquest treball és analitzar i comprendre com les temperatures isotèrmiques i els temps durant el tractament tèrmic poden afectar el Ti-6Al-4V fabricat amb LMDP (Laser Metall Deposition - powder). Per a aquest treball, es van construir mostres de Ti-6Al-4V LMDp sobre una placa de Ti-6Al-4V forjada. A causa de la microestructura totalment martensítica obtinguda després de la fabricació, es va considerar necessari realitzar tractaments tèrmics. Les mostres es van sotmetre a diferents tractaments tèrmics i es van analitzar mitjançant una sèrie de tècniques de caracterització microestructural, incloent difracció de raigs X, mesures de duresa i anàlisi d'imatges. Es van mesurar la mida de les agulles de fase alfa, la mida de gra β, la fracció de fases, l'alpha case, les tensions residuals, la microduresa i la mida dels cristalls per avaluar les propietats del material. A més, es va desenvolupar una metodologia de simulació per predir la microestructura resultant després del tractament tèrmic. S'ha observat que la temperatura isotèrmica i la velocitat de refredament tenen un paper important en la microestructura resultant, mentre que el temps de manteniment i l'addició d'un tractament de preescalfament tenen, comparativament, un efecte menor.

El objetivo de este trabajo es analizar y comprender cómo las temperaturas isotérmicas y los tiempos durante el tratamiento térmico pueden afectar al Ti-6Al-4V fabricado con LMDp (Laser Metal Deposition - powder). Para este trabajo, se construyeron muestras de Ti-6Al-4V LMDp sobre una placa de Ti-6Al-4V forjada. Debido a la microestructura totalmente martensítica obtenida tras la fabricación, se consideró necesario realizar tratamientos térmicos. Las muestras se sometieron a diferentes tratamientos térmicos y se analizaron mediante una serie de técnicas de caracterización microestructural, incluyendo difracción de rayos X, mediciones de dureza y análisis de imágenes. Se midieron el tamaño de las agujas de fase alfa, el tamaño de grano β, la fracción de fase, la alpha case, las tensiones residuales, la microdureza y el tamaño de los cristalitos para evaluar las propiedades del material. Además, se desarrolló una metodología de simulación para predecir la microestructura resultante tras el tratamiento térmico. Se ha observado que la temperatura isotérmica y la velocidad de enfriamiento desempeñan un papel importante en la microestructura resultante, mientras que el tiempo de mantenimiento y la adición de un tratamiento de precalentamiento tienen, comparativamente, un efecto menor.

El present treball està emmarcat en les accions previstes de el projecte RevalPET'UP. Ll'objectiu de aquest projecte és la revalorització de residus de PET opac reciclat en materials d'alt valor afegit. En aquesta fase de el projecte es proposa la fabricació d'escumes d'estructura microcelular a partir de PET opac reciclat mitjançant la tecnologia MuCell. Aquestes serien emprades com aïllants tèrmics al sector de la construcció. En aquest treball s'estudien diferents condicions de espumació tant per a PET opac reciclat com per a PET opac reciclat modificat amb un extensor de cadena. Les escumes generades es caracteritzen mitjançant DSC, SEM i assajos d'impacte. Es va observar que l'addició de l'extensor de cadena facilitava la espumació permetent arribar a estalvis de pes de fins a un 40%.

El presente trabajo está enmarcado en las acciones previstas del proyecto RevalPET'UP cuyo objetivo es la revalorización de residuos de PET opaco reciclado en materiales de alto valor añadido. En esta fase del proyecto se propone la fabricación de espumas de estructura microcelular a partir de PET opaco reciclado mediante la tecnología MuCell. Estas serían empleadas como aislantes térmicos en el sector de la construcción. Para ello en este trabajo se estudian diferentes condiciones de espumación tanto para PET opaco reciclado como para PET opaco reciclado modificado con un extensor de cadena. Las espumas generadas se caracterizan mediante DSC, SEM y ensayos de impacto. Se observó que la adición del extensor de cadena facilitaba la espumación permitiendo llegar a ahorros de peso de hasta un 40%.

El metall dur és un material que combina alta duresa i resistència al desgast amb bona tenacitat a la fractura i resistència a la fatiga. Gràcies a aquesta combinació única, que aquest material sigui essencial és en eines de tall i altres aplicacions on es requereixin excel·lents propietats tribològiques . Tot i així, les característiques microestructurals de les quals deriven aquestes propietats són compleixes i encara no han sigut adaptades per fer un modelat adequat en software de disseny. Per tant, el principal objectiu del present Treball Final de Màster es unir l'experimentació amb el modelat numèric. Un assaig típic per estudiar les propietats mecàniques del metall dur és la nanoindentación, ja que permet el mesurament a escala nanomètrica. Així, doncs, aquest estudi es simula en un software comercial (ABAQUS) que resol problemes físics a través del mètode d'elements finits (en anglès, FEM). A més, la mostra de l'estudi és una porció d'una microestructura real que ha estat obtinguda prèviament a través de tomografia per feix de ions (en anglès, FIB). Aquest aspecte és especialment innovador perquè normalment es fan servir microestructures artificials. Durant el transcurs del treball, el modelat numèric s'ha desenvolupat amb èxit i els resultats obtinguts s'ajusten raonablement bé amb les dades experimentals trobades a la bibliografia. D'altra banda, s'han provat i contrastat entre si tres models de plasticitat diferents per el cobalt. També s'ha identificat un increment de rigidesa produït per la proximitat de les condicions de contorn, la qual cosa desaconsella l'ús d'estratègies de modelat trobades a la literatura, on es fan servir per simular l'efecte del material de reforç sobre la matriu metàl·lica.

El metal duro es un material que combina alta dureza y resistencia al desgaste con buena tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga. Esta combinación única ha hecho que este material sea esencial en herramientas de corte y otras aplicaciones donde se requieran excelentes propiedades tribólogicas. Sin embargo, las características microestructurales que dan lugar a estas propiedades son complejas y no han sido aún adaptadas para su correcto modelado en softwares de diseño. Por tanto, el objetivo principal del presente trabajo final de maestría es unir la experimentación con el modelado numérico. Un ensayo típico para el estudio de las propiedades mecánicas del metal duro es la nanoindentación, pues permite la medición a escala nanométrica. Luego, este estudio es simulado en un software comercial (ABAQUS) que resuelve problemas físicos a través del método de elementos finitos (FEM, por sus siglas en inglés). Además, la muestra de estudio será una porción de una microestructura real, la cual fue obtenida previamente a través de tomografía por haz de iones (FIB). Este aspecto es especialmente novedoso, ya que normalmente se usan microestructuras artificiales. El modelo numérico fue desarrollado con éxito y los resultados obtenidos se ajustan razonablemente bien con los datos experimentales hallados en bibliografía. Por otro lado, se probaron y contrastaron entre sí tres modelos de plasticidad distintos para la fase ligante. También se encontró un incremento en la rigidez producido por la proximidad de las condiciones de contorno, lo cual desalienta el uso de algunas estrategias de modelado halladas en literatura que aplican dichas condiciones para simular el efecto del material de refuerzo sobre la matriz metálica.

L'ús de noves estratègies d'alleugeriment de pes en la indústria de l'automoció motiva la investigació en relació a nous materials amb millors propietats que permetin la disminució del pes dels automòbils. Per a aplicacions en les quals les forces de fricció són un problema i per tant, s'implementen sistemes de lubricació, el texturitzat làser s'ha posicionat en la indústria com una beneficiosa tècnica de fabricació. Combinant aquestes dues idees, el present Treball Fi de Màster té com a objectiu analitzar l'efecte de la modificació superficial mitjançant texturitzat làser en un acer TRIP. La recerca bibliogràfica realitzada va determinar una manca d'articles científics i publicacions de conferències en relació al mètode de texturitzat làser aplicat en modificació de superfícies de l'acer inoxidable metastable 301LN. No es van trobar referències considerant aquest material i aplicació, de manera que aquest fet serveix com a motivació per al treball dut a terme en aquest TFM. Durant el desenvolupament d'aquest treball, s'han optimitzat els diferents paràmetres làser mitjançant el Disseny d'Experiments i s'han fabricat tres tipus de mostres amb l'objectiu de comparar els efectes de la velocitat d'escaneig del làser en la seva topografia, microestructura i propietats mecàniques. S'han analitzat la topografia i microestructures obtingudes per mitjà de diferents tècniques de caracterització, així com també s'han avaluat les propietats mecàniques mitjançant assajos de nanodesgast. De la comparació dels diferents resultats s'ha conclòs que una major velocitat d'escaneig del làser genera un resultat més convenient per a l'aplicació esmentada anteriorment.

El uso de nuevas estrategias de lightweight design en la industria de la automoción motiva la investigación con relación a nuevos materiales con mejores propiedades que permitan la disminución del peso de los automóviles. Para aplicaciones en las que las fuerzas de fricción son un problema y por lo tanto, se implementan sistemas de lubricación, el texturizado laser se ha posicionado en la industria como una ventajosa técnica de fabricación. Combinando estas dos ideas, el presente Trabajo Fin de Master tiene como objetivo analizar el efecto de la modificación superficial mediante texturizado laser en un acero TRIP. La evaluación bibliográfica realizada determinó un claro vacío en artículos científicos y publicaciones de conferencias en relación al método de texturizado laser aplicado en modificación de superficies del acero inoxidable metaestable 301LN. No se encontraron referencias considerando este material y aplicación, por lo que este hecho sirve como motivación para el trabajo llevado a cabo en este TFM. Durante el desarrollo de este trabajo, se han optimizado los diferentes parámetros laser mediante el Diseño de Experimentos y se han fabricado tres tipos de muestras con el objetivo de comparar los efectos de la velocidad de escaneo del láser en su topografía, microestructura y propiedades mecánicas. Se han analizado la topografía y microestructuras obtenidas por medio de diferentes técnicas de caracterización, así como también se han evaluado las propiedades mecánicas mediante ensayos de nanodesgaste. De la comparación de los diferentes resultados se ha concluido que una mayor velocidad de escaneo del láser genera un desempeño más conveniente para la aplicación mencionada anteriormente.

La generació de residus de cautxú de neumàtics representa un pèrdua econòmica per la industria automòbil i un enorme risc ecològic, fet pel qual la seva revaloritzacio ha esdevingut imprescindible. Per abordar aquest problema, el cautxú “ground tire rubber” (GTR) va ser reciclat barrejant-lo amb àcid polilàctic (PLA), un termoplàstic biobasat fràgil, per augmentar l'energia de ruptura del PLA, a fi de fer-lo adequat per aplicacions industrials. Les mescles de PLA/GTR es van preparar mitjançant vulcanització dinàmica. Les condicions de processament (temps de residencia, temps de premsa), i els paràmetres dels materials (tipus de GTR, mida de partícules, rati PLA/GTR, agent de vulcanització) es van variar amb l'objectiu d'optimitzar les propietats de tracció de les mescles preparades. Una incorporació de menys del 10% de GTR triturat a temperatura ambient i tamisat (<125 µm) en mescles de PLA/GTR va produir un increment del doble de la deformació de ruptura i un augment del 70% de l'energia de ruptura. Una major quantitat de GTR (15%) en presència d'un agent de vulcanització va mostrar propietats similars. Els resultats obtinguts es van atribuir a (i) una baixa densitat d'entrecreuament del GTR, (ii) una bona distribució de les partícules de GTR tamisades en la matriu de PLA, (iii) una re-vulcanització dinàmica, millorada amb la presència d'un agent de reticulació.

La generación de residuos de caucho de neumáticos representa una pérdida económica para la industria automóvil y un enorme riesgo ecológico, por lo que su revalorización es imprescindible. Para abordar este problema, el caucho “ground tire rubber” (GTR) fue reciclado mezclándolo con ácido poliláctico (PLA), un termoplástico bio-basado frágil, para aumentar la energía de rotura del PLA con el fin de hacerlo adecuado para aplicaciones industriales. Las mezclas de PLA/GTR se prepararon mediante vulcanización dinámica. Las condiciones de procesamiento (tiempo de residencia, tiempo de prensa) y los parámetros de los materiales (tipo de GTR, tamaño de partículas, ratio PLA/GTR, agente de reticulación) se variaron con el objetivo de optimizar las propiedades de tracción de las mezclas preparadas. Una incorporación de menos de 10 % de GTR triturado a temperatura ambiente y tamizado (< 125 µm) en mezclas de PLA/GTR produjo un incremento del doble de la deformación de rotura y un aumento del 70 % de la energía de rotura. Una mayor cantidad de GTR (15 %) en presencia de un agente de vulcanización mostró propiedades similares. Los resultados obtenidos se atribuyeron a (i) una baja densidad de entrecruzamiento del GTR, (ii) una buena distribución de las partículas de GTR tamizado en la matriz de PLA, y (iii) una re-vulcanización dinámica, mejorada en presencia de un agente de reticulación.

Els acers inoxidables austenítics metaestables (MASS), comprenen un ampli grup d'acers amb la mateixa microestructura i unes propietats mecàniques úniques. Un elevat límit elàstic i alhora bona ductilitat, proporcionen una gran tenacitat quan es compara amb altres metalls. Per aquest motiu, conformen una nova generació d'acers avançats d'alta resistència (AHSS) que destaca per sobre dels aliatges convencionals. En les últimes dècades el seu ús en la indústria de l'automoció ha augmentat, on és àmpliament utilitzat com a element estructural en els cotxes. Milloren el rendiment del cotxe, el confort i seguretat, alhora que redueixen les emissions de CO2 promovent la sostenibilitat. La seva excepcionalitat recau en l'efecte de la TRansformació Induïda per Plasticitat (TRIP) i el maclat induït per plasticitat (TWIP). Les seves propietats mecàniques han estat profundament estudiades per tal de millorar el seu funcionament en servei, adaptant-se a les diverses aplicacions. Tot i així, l'estudi de la seva microestructura sota certes temperatures dona una valuosa informació sobre els límits de les seves aplicacions i els canvies microestructurals que pateix. En aquest projecte de treball de fi de Màster, l'acer TRIP AISI 301LN, ha estat fatigat tèrmicament a 400, 500, 600 y 800°C, durant varis cicles fins a 106. Els canvis microestructurals i de les propietats mecàniques resultants en l'interior del material són estudiats per mitjà de la difracció de raigs X i mesures de microindentació Vickers. La martensita està transformant a austenita, fent decréixer la duresa de la mostra. Els resultats difereixen de la tendència observada a la superfície per microscòpia òptica, on els anàlisis del percentatge de Martensita induïda per deformació (DIM) mostren com creix amb la temperatura. Tant la superfície com l'interior del material estan influenciades per la difusió i precipitació d'estructures nanomètriques de CrN, en les interfases entre les fases de martensita (α'-) i austenita (ϒ-). Els fins grans d'austenita inversa són formats a l'interior del material mentre redueixen la duresa de l'interior. Alhora, els precipitats de CrN produïts, promouen la martensita induïda per deformació causada pel polit mecànic de les mostres. La velocitat de difusió i precipitació dins d'aquest acer TRIP depenen de la temperatura a la que es realitza la fatiga tèrmica. En aquest context, es realitzen anàlisis de nanoindentació per tal de correlacionar les propietats micromecàniques en termes de duresa amb la microestructura resultant induïda durant el procés de fatiga tèrmica a diferents temperatures. S'ha realitzat un enfocament estadístic per tal d'obtenir la duresa en ambdues fases, comparar-ho amb els resultats de l'OM i poder determinar l'energia d'activació per a la difusió en les fases constitutives. La difusió dels precipitats s'ha estudiat la duresa a diferent profunditat dels grans mitjançant varis cicles de polit i mapes de nanoindentació. Mitjançant la microscòpia electrònica d'escaneig d'emissions de camp (FE-SEM), es realitza el “stitching” del mapa de nanoindentació residual per detectar defectes. Els resultats van evidenciar l'efecte del tractament de fatiga tèrmica a la superfície i interior d'aquest acer TRIP i els canvis induïts en ambdues fases constitutives. Aquesta recerca experimental de treball de fi de Màster proporciona una valuosa informació sobre els efectes tèrmics de la microestructura de l'acer TRIP i estableix un punt de partida per a futures investigacions.

Los aceros inoxidables austeníticos metaestables(MASS), comprenden un amplio grupo de aceros con la misma microestructura y unas propiedades mecánicas únicas. Un elevado límite elástico y al mismo tiempo buena ductilidad, proporcionan una gran tenacidad cuando se compara con otros metales. Por este motivo, conforman una nueva generación de aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) que destaca sobre las aleaciones convencionales. En las últimas décadas su uso en la industria de la automoción ha aumentado, donde es ampliamente utilizado como elemento estructural en los coches. Mejoran el rendimiento del coche, el confort y seguridad, al tiempo que reducen las emisiones de CO2 promoviendo la sostenibilidad. Su excepcionalidad recae en el efecto de la TRansformación Inducida por Plasticidad (TRIP) y el maclado inducido por plasticidad (TWIP). Sus propiedades mecánicas han sido profundamente estudiadas para mejorar su funcionamiento en servicio, adaptándose a las diversas aplicaciones. Sin embargo, el estudio de su microestructura bajo ciertas temperaturas da una valiosa información sobre los límites de sus aplicaciones y los cambios microestructurales que sufre. En este proyecto de trabajo de fin de Máster, el acero TRIP AISI 301LN, ha sido fatigado térmicamente a 400, 500, 600 y 800°C, durante varios ciclos hasta 106. Los cambios microestructurales y de las propiedades mecánicas resultantes en el interior del material son estudiadas mediante la difracción de rayos X y medidas de microindentación Vickers. La martensita está transformando en austenita, reduciendo la dureza de la muestra. Los resultados difieren de la tendencia observada en la superficie por microscopía óptica, donde los análisis del porcentaje de Martensita Inducida por Deformación (DIM) muestran cómo crece con la temperatura. Tanto la superficie como el interior del material están influenciadas por la difusión y precipitación de estructuras nanométricas de CrN, en las interfases entre las fases de martensita (α'-) y austenita (Υ-). Los finos granos de austenita inversa son formados en el interior del material mientras reducen la dureza. Asimismo, los precipitados de CrN producidos, promueven la DIM causada por el pulido mecánico de las muestras. La velocidad de difusión y precipitación dentro de este acero dependen de la temperatura a la que se realiza la fatiga térmica. En este contexto, se realizan análisis de nanoindentación para correlacionar las propiedades micromecánicas en términos de dureza con la microestructura resultante inducida durante el proceso de fatiga térmica a diferentes temperaturas. Se ha realizado un enfoque estadístico para obtener la dureza en ambas fases, compararlo con los resultados de la OM y poder determinar la energía de activación para la difusión en las fases constitutivas. La difusión de los precipitados se ha estudiado mediante la dureza a diferente profundidad de los granos mediante varios ciclos de pulido y nanoindentación. Con la microscopía electrónica de escaneo de emisiones de campo (FE-SEM), se realiza el stitching del mapa de nanoindentación residual para detectar defectos. Los resultados evidenciaron el efecto del tratamiento de fatiga térmica a la superficie e interior de este acero TRIP y los cambios inducidos en ambas fases constitutivas. Esta investigación experimental de trabajo de fin de Máster proporciona una valiosa información sobre los efectos térmicos de la microestructura del acero TRIP y establece un punto de partida para futuras investigaciones.

La present tesi de Màster té com a principal objectiu investigar l'efecte de la modificació superficial a nivell micromètric de la zircona dental (3Y-TZP) per promoure l'adhesió i el creixement cel·lular. Les mostres utilitzades es van preparar mitjançant la tècnica de compressió isostàtica en Fred (CIP) i posteriorment es sinterizaron a 1450 ºC. A continuació, es va realitzar la modificació superficial de les mostres mitjançant un equip làser nanosegon. Els patrons topogràfics creats consisteixen en línies paral·leles amb diferents interlineats de 30, 50 and 100 micres; i aquestes tres mostres es van comparar també amb una mostra plana. Posteriorment, les mostres van ser caracteritzades microestructuralment mitjançant: el mètode d'Arquímedes per al càlcul de les densitats i la microscòpia làser confocal per analitzar la topografia dels patrons. A més, les mostres van ser degradades a vapor d'aigua durant 10 hores, i posteriorment es va caracteritzar la microestructura (difracció de raigs X XRD i Raman) i propietats mecàniques de les mateixes (duresa Vickers). Finalment, es va realitzar un estudi cel·lular per avaluar el comportament de les HMSCs cap als patrons cel·lulars per a un temps d'adhesió de 6 hores. Els resultats demostren que els patrons làser presenten una profunditat de prop de 1,7μm, i que el acumulamiento de material produït en les vores és pronunciat. L'anàlisi XRD i Raman mostra que s'indueix fase monoclínica en la superfície després de 10 hores de degradació hidrotérmica, mentre que el Vm (%) de les mostres no degradades és negligible. A més, s'observa com la duresa Vickers decreix després de l'procés de degradació. Finalment, es va observar com els patrons làser faciliten l'ancoratge de les cèl·lules, incrementen l'àrea i la forma elongada de les cèl·lules, i promouen l'alineació cel·lular en la direcció dels patrons.

Zirconia based materials are considered one of the best choices for dental applications due to its superior mechanical properties, aesthetic advantages and biocompatibility. Furthermore, in the last decade, the use of topographic patterns has been a continuously growing area of research for tissue engineering and it is widely accepted that the surface topography of biomaterials can influence the biological response. One his matter, micro-topographical modification of dental zirconia (3Y-TZP) has demonstrated to play an important role in cell response in terms of adhesion, proliferation and differentiation. In this sense, one studied approach is to modify the surface roughness at micrometriclength scale by mean of laser technique. The main goal of this Master's project is to investigate the effect of microscale surface modification of dental zirconia (3Y-TZP) to promote bone cells adhesion and growth. The samples were prepared by Cold Isostatic Pressing and sintered at 1450 ºC. Afterwards, the surface modification was conducted by using a nanosecond laser equipment. The created topographical pattern consists on parallel lines with different interspaces of 30, 50 and 100 µm; and these three samples were also compared to flat 3YTZP. Afterwards, the specimens were microstructurally characterized by means of: Archimedes method for density calculation and confocal laser scanning microscopy for the topographical analysis of the patterns. Furthermore, the samples were hydrothermally degraded in steam water for 10 hours, and after microstructural (X-Ray diffraction “XRD” and Raman) and mechanical (Vickers hardness) characterization was performed to the non-degraded and degraded samples. Finally, cellular study was conducted to evaluate the behaviour of hMSCs on the modified surfaces after 6 hours of adhesion. The result showed laser patterns of ~ 1.7µm height and pronounced pile-up as side effect of the laser beam. The XRD and Raman characterization showed that m- phase transformation was induced on the sample surface after 10 hours of degradation in water steam, while the Vm (%) content obtained in the non-degraded samples was negligible. Also, the Vickers hardness was decreased after the degradation process. Finally, all the patterned surfaces allowed cell attachment, increased cell area and elongation morphology, and promoted cell alignment in the direction of the laser patterns.

L'idea de realitzar aquest treball sorgeix de la necessitat de millorar l'adhesió entre fibres de vidre (GF, glass fiber) i la resina epoxi, al ser modificades superficialment i poder millorar les propietats tribològiques. Actualment, hi ha una mancança considerable d'informació sobre quin és el millor tractament per tal de millorar l'adhesió interfacial i d'aquesta manera millorar el seu comportament a fricció. En aquest sentit, per estudiar l'efectivitat d'aquests tractaments superficials es desitjava realitzar assajos tribològics (assajos de ratllat i desgast) per tal d'avaluar el coeficient de fricció i la tassa de desgast, respectivament. Però degut a la pandèmia causada per el COVID-19, es va veure truncat i el treball final de màster és va convertir en un treball: experimental i teòric. (1) Experimentalment, només es va poder determinar el temps de gelificació i realitzar uns compostos a petita escala, per determinar la relació òptima de resina-fibra, per el mètode de la bossa al buit (BV) o el procés d'infusió al buit (VIP, vacuum infusion process). Els resultat va mostrar que per a major temps d'agitació el temps de gelificació disminueix. Lo mateixa tendència s'observa quan s'incrementa la quantitat de solució de NH4OH ja que aquest accelera la velocitat de gelificació. Mentre que per a realitzar un compost amb unes dimensions de 3 x 3 cm amb 3 capes de fibra de vidre (aprox. 300 mg) resulta necessari injectar aprox. 900 mg de resina, és a dir, es requereix un 25% en pes de fibra. (2) Pel que fa al treball bibliogràfic, s'ha realitzat un treball exhaustiu on s'ha avaluat si la modificació superficial de les fibres ajuda a millorar les propietats mecàniques. En aquest sentit, es va trobar que l'addició de fibres en resines termoestables, específicament epoxídics, augmenta les propietats mecàniques, en comparació amb la resina pura. Però la modificació superficial del reforç, efectivament, augmenta encara molt més les seves propietats finals. En aquest sentit, el tractament amb silà és el tractament més utilitzat degut a la compatibilitat del òxid de sílici amb l'estructura del vidre, permetent augmentar així l'adhesió entre fibra/matriu al generar una superfície rugosa a nivell nanomètric que permet l'ancoratge mecànic de la resina, millorant l'adhesió. Al llarg d'aquest Treball Final de Màster, és mostren una seria de micrografies electròniques d'escombrat on s'observa una major quantitat de resina adherida a elles i menor quantitat de buits a la interfase.

La idea de realizar el presente trabajo surge de la necesidad de mejorar la adhesión entre fibras de vidrio (GF, glass fiber) y resina epoxi, al ser modificada superficialmente y poder mejorar las propiedades tribológicas. Actualmente, no existe ningún artículo donde se explique cuál es el mejor tratamiento para mejorar la adhesión interfacial i de esta manera mejorar su comportamiento a fricción. En este sentido, con el objetivo de estudiar la efectividad de estos tratamientos superficiales se iba a realizar un estudio de estos compuestos en condiciones tribológicas (frente a la fricción y desgaste) con el objetivo final de poder evaluar el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste, respectivamente. Pero debido a la pandemia causada por el COVID-19, se tomó la decisión de hacer un trabajo final de máster mixto: experimental y teórico. (1) Experimentalmente, solo se pudo determinar el tiempo de gelificación y realizar unos compuestos a pequeña escala, para determinar la relación óptima de resina-fibra, por el método de la bolsa de vacío (BV) o el proceso de infusión al vacío (VIP, vacuum infusion process). Los resultados mostraron que a mayor tiempo de agitación el tiempo de gelificación disminuye. La misma tendencia se observa cuando se incrementa la cantidad de solución de NH4OH ya que este actúa como catalizador acelerando la velocidad de gelificación. Mientras que para realizar un compuesto de 3 x 3 cm con 3 capas de fibra de vidrio (aprox. 300 mg) resulta necesario inyectar aprox. 900 mg de resina, es decir, se requiere un 25% en peso de fibra. (2) Por lo que hace referencia al trabajo bibliográfico, se ha realizado un trabajo exhaustivo donde se observó que la modificación superficial de las fibras ayuda a mejorar las propiedades mecánicas. En este sentido, se encontró que la adición de fibras en resinas termoestables, específicamente epoxi, aumenta las propiedades mecánicas, en comparación con la resina pura. Pero la modificación superficial del refuerzo, efectivamente, aumenta considerablemente sus propiedades finales. En este sentido, el tratamiento con silano el el tratamiento más empleado debido a la compatibilidad de la sílice con la estructura del vidrio, permitiendo aumentar así la adhesión entre fibra/matriz al generar una superficie rugosa a nivel nanométrico que permite el anclaje mecánico de la resina mejorando la adhesión. A lo largo de este Trabajo Final de Máster, se muestran una serie de micrografías electrónicas de barrido donde se observa una mayor cantidad de resina adherida a ellas y menor cantidad de huecos en la zona de interfase.