Doctorado en Ingeniería - Énfasis en Ingeniería de los Materiales
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Publicación Acceso abierto Cementos óseos acrílicos con capacidad de estimular la regeneración de tejido óseo.(Universidad del Valle, 2020) Valencia Zapata, Mayra Eliana; Mina Hernández, José Herminsul; Grande Tovar, Carlos DavidLos cementos óseos acrílicos (ABC) son materiales ampliamente usados en ortopedia en la fijación de prótesis articulares, estabilización de fracturas, como material de relleno de defectos óseos, entre otros. Desde el punto de vista d la primera aplicación, las funciones principales de los cementos son la transferencia de las cargas de servicio y del peso corporal de la prótesis al hueso y la inmovilización inmediata de la prótesis. A pesar de su uso extenso, los ABC presentan algunas desventajas relacionadas con la falta de bioactividad debido a su naturaleza inerte y la susceptibilidad a la generación de infecciones por bacterias, todo lo cual causa aflojamiento de las prótesis en el tiempo. Con el fin de aportar a la solución de algunos de los inconvenientes presentados por los ABC, en este Trabajo de Investigación Doctoral se planteó la incorporación de quitosano en porcentajes entre 0 ¿ 20% en peso con respecto a la fase sólida del cemento y óxido de grafeno en porcentajes entre 0 ¿ 0.5% en peso de la fase líquida. El GO fue sintetizado mediante el método de Hummers modificado y posteriormente caracterizado fisicoquímicamente mediante técnicas Espectroscópicas (FTIR, XPS y Raman), Difracción de rayos-X (DRX), Dispersión de Luz Dinámica (DLS) y Microscopia de Fuerza Atómica (AFM). El estudio del efecto de la incorporación del CS y el GO en los cementos sobre sus propiedades físicas, químicas, térmicas, mecánicas y biológicas en condiciones in vitro e in vivo, mostró que el CS le confiere a los cementos propiedades bioactivas además de incrementar la porosidad y la humectabilidad, favoreciendo la biocompatibilidad. Sin embargo, también se presenta la desventaja de que reduce las propiedades mecánicas de compresión y flexión. Por otro lado, la adición de GO incrementó las propiedades mecánicas y le confirió actividad antibacteriana al cemento. Asimismo, tanto el CS como el GO redujeron la temperatura máxima durante la reacción de polimerización e incrementaron el tiempo de curado y la rugosidad y el contenido de monómero residual. Cuando se incorporaron el CS y el GO juntos en la formulación del cemento, el efecto combinado de las cargas mostró una mayor osteointegración después de 3 meses de implantación en hueso parietal de ratas Wistar y las desventajas mecánicas incorporadas por el CS fueron compensadas gracias al refuerzo alcanzado con las nanopartículas de GO. A partir de los resultados obtenidos en esta investigación se aporta al estado del arte del conocimiento asociado a los ABC cargados con bajo contenido de CS y con GO, consiguiendo principalmente conferir propiedades bioactivas y antibacterianas a los ABC, manteniendo el cumplimiento de las propiedades mecánicas exigidas por la norma ISO 5833- 02. Estos resultados evidencian que las formulaciones desarrolladas son susceptibles de ser empleadas en aplicaciones en aplicaciones como artroplastias, relleno de defectos óseos, y demás usos donde se requiera un desempeño superior en el materiaPublicación Acceso abierto Efecto de los tratamientos termo-mecánicos en la respuesta tribológica de una aleación Fe-Mn-AI-C [recurso electrónico](Universidad del Valle, 2017) Zambrano Zambrano, Oscar Alexander; Aguilar Castro, Yesid; Valdes Ortiz, Jairo AntonioEn este proyecto de tesis doctoral se estableció un puente entre distintas temáticas que han sido investigadas de forma independiente en las aleaciones Fe-Mn-Al-C hasta la fecha. Se inició el estudio con la fundición del acero Fe-Mn-Al-C de acuerdo al conocimiento actual en la metalurgia física de estas aleaciones, para posteriormente estudiar las condiciones adecuadas de procesamiento, así como la evolución microestructural durante la deformación a elevadas temperaturas con el fin de establecer una ruta que tenga aplicabilidad industrial, y finalmente el estudio del efecto de estos tratamientos en la respuesta tribológica de la aleación. En esta tesis doctoral se estudiaron distintos tratamientos termo-mecánicos y se evaluó la evolución microestructural determinando los mejores parámetros de procesamiento en caliente (se estableció un mapa de proceso en caliente para esta aleación) para obtener buena ductilidad en caliente, tamaño de grano adecuado e incremento en la dureza. Se evidenció la precipitación de carburos-¿ durante los tratamientos termo-mecánicos evaluados. Adicionalmente se expusieron los problemas de procesamiento que surgieron durante el trabajo y como se eliminaron o minimizaron. Posteriormente, se realizaron ensayos de desgaste abrasivo en la aleación objeto de estudio con los nuevos tratamientos termo-mecánicos y con los tratamientos térmicos de envejecimiento convencionales, lo que permitió elucidar el efecto de la energía de falla de apilamiento, los tratamientos de envejecimiento, así como de los tratamientos termo-mecánicos en la resistencia al desgaste abrasivo. Finalmente, se propuso un modelo termodinámico optimizado que permitirá determinar la energía de falla de apilamiento en aleaciones Fe-Mn-Al-C-Si de una manera más precisa en comparación a los modelos anteriores, permitiendo, que en los posteriores estudios en esta temática se pueda utilizar este modelo termodinámico para determinar este parámetro de una forma rápida y sin costo asociado, facilitando el diseño de aleaciones en función de las propiedades deseadas.Publicación Acceso abierto Efecto del ángulo oblicuo de vapor sobre el comportamiento de recubrimientos tipo barrera térmica de circonia estabilizada con Itria (YSZ) obtenidos por pulverización catódica.(2018-10-31) Amaya Hoyos, César Andrés; Zambrano Romero, Gustavo Adolfo; Caicedo Angulo, Julio CésarLa circonia estabilizada con itria ZrO2-Y2O3 (YSZ1) es un material utilizado en diversas aplicaciones tecnológicas debido a sus propiedades físicas y químicas relevantes, ya que este tipo de óxido cerámico es un buen conductor del ion oxígeno, posee un alto coeficiente de expansión térmica combinado con una baja conductividad y una alta estabilidad química, lo que lo convierte en el material más comúnmente utilizado como recubrimiento de barrera térmica. La búsqueda de métodos para incrementar su potencial aislante sin detrimento de sus ventajas como recubrimiento, fueron determinantes para proponer como alternativa ante esta necesidad, la modificación de la microestructura de crecimiento de este tipo de recubrimientos, puesto que una forma efectiva de disminuir el valor de la conductividad térmica es incrementar los centros de dispersión de fonones al interior del material. La motivación de la presente tesis doctoral, fue explotar el gran potencial de recubrimientos de YSZ, aprovechando el grado de control superior que ofrece la técnica magnetron sputtering, sumado al efecto que tiene el ángulo incidente de vapor, sobre la microestructura del recubrimiento obtenido y su influencia sobre las propiedades del material, con el fin de ampliar el conocimiento acerca del comportamiento de estos sistemas a baja dimensionalidad.