KR100546712B1

KR100546712B1 - 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법

Info

Publication number: KR100546712B1
Application number: KR1020030037875A
Authority: KR
Inventors: 강동진; 이민호; 원대희; 배태성
Original assignee: 강동진; 이민호; 배태성; 원대희
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2006-01-26
Also published as: KR20040106889A

Abstract

본 발명은 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법에 관한 것으로, 특히 SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리에 핵생성제 및 색조절제를 가하여 유리를 제조한 후, 상기 유리를 분쇄하고 유리분말을 재용융하여 제조한 유리 잉고트를 결정화 열처리하여 생성된 결정상을 열가압 성형함으로써 제조시간이 짧으며, 소성시 수축을 현저히 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 강도, 심미성, 주조성, 및 기계적 성질이 현저히 향상된 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법에 관한 것이다.

글래스-세라믹, 인공치관, 핵생성제, 색조절제, 잉고트, 결정화 열처리, 열가압 성형, 리듐 디실리케이트

Description

인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법 {METHOD FOR PREPARING OF GLASS-CERAMIC FOR CROWN AND BRIDGE}

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 글래스-세라믹 잉고트를 시차열분석한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 글래스-세라믹의 X-선 회절분석 결과를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 글래스-세라믹의 2축 굽힘강도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 글래스-세라믹을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 글래스-세라믹을 이용하여 제조한 단일치관을 나타낸 사진이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조한 글래스-세라믹을 이용하여 제조한 3-브릿지를 나타낸 사진이다.

도 7은 핵생성제 및 색조절제를 사용하지 않고 제조한 글래스-세라믹을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.

본 발명은 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조시간이 짧으며, 소성시 수축을 현저히 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 강도, 심미성, 주조성, 및 기계적 성질이 현저히 향상된 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법에 관한 것이다.

생활수준의 향상과 더불어 결손치 수복시 기능적인 면과 함께 심미적인 면이 강조되면서 심미성이 우수한 전부도재관(all ceramic crown)이 치과 임상에서 빈번하게 적용되고 있다. 그러나 도재는 소결과정에서 수축이 크고, 높은 취성으로 인해 인장과 충격에 대한 저항성이 낮으므로 다단위(multi-unit)의 수복물에 제한적으로 적용되어 왔으며, 이같은 문제점을 극복하기 위해 소성과정에서도 수축이 작으면서도 기계적 성질이 우수한 도재를 개발하기 위한 많은 노력이 이루어져 왔다.

1960년대 초부터 치과용 도재가 도입되었으나 강도가 낮다는 문제점이 있었고, 1960년대 중반 이후 알루미나 강화 도재와 글래스-세라믹이 도입되었으나 여전히 강도가 낮고 소성과정에서 발생하는 수축이 크다는 문제점이 있었다.

독일 Vita사의 IPS-Empress가 1990년대에 도입된 이래 1996년에 최적으로 가압할 수 있는 세라믹이 도입되었다. 열가압(heat-pressing)법은 공기작용에 의해 램(ram)이 부착된 특별한 도재를 사용하여 고온 진공상태에서 몰드 안으로 세라믹 재료를 압축하는 방법이다. 상기 방법은 전통적인 소결방법과 비교하여 정확한 제조공정, 기공율 감소, 우수한 변형적합성, Weibull 계수의 증가, 굽힘강도 증가 등 이 우수하다는 장점이 있다. 인공 코아용 및 치관용의 세라믹스에 사용되는 재료로는 VMK68, IPS-Empress, IPS-Empress 2, Vita In-Ceram system 등이 있으나, VMK68과 IPS-Empress는 강도가 약하고, Vita In-Ceram system은 강도가 우수한 반면에 심미성이 떨어지는 단점이 있으며, 또한 제작하는데 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 또한 IPS-Empress 2는 최종 인공치관(crown)으로 제조하였을 때 리튬디실리케이트 결정의 성장과 막대모양의 결정이 원형으로 되어 기계적 성질이 저하되다는 문제점이 있다.

따라서, 소성시 수축이 작으며, 강도, 심미성, 기계적 성질 등이 우수한 글래스-세라믹에 대한 연구가 더욱 필요한 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 소성시 수축을 현저히 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 강도, 심미성, 주조성, 및 기계적 성질을 현저히 향상시킬 수 있는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 제조시간이 짧으며, 소성시 수축이 현저히 저하시킬 수 있는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법에 있어서,

a) SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리에 핵생성제 및 색조절제를 가하여 유

리를 제조하는 단계;

b) 상기 a)단계의 유리를 분쇄하고 유리분말을 재용융하여 유리 잉고

트를 제조하는 단계;

c) 상기 b)단계의 유리 잉고트를 결정화 열처리하는 단계; 및

d) 상기 c)단계의 열처리에 의해 생성된 결정상을 열가압 성형하는

단계

를 포함하는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 소성시 수축이 작으며, 강도, 심미성, 기계적 성질 등이 우수한 글래스-세라믹에 대하여 연구하던 중, SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리에 핵생성제 및 색조절제를 가하여 유리를 제조한 후, 상기 유리를 분쇄하고 유리분말을 재용융하여 제조한 유리 잉고트를 결정화 열처리하여 생성된 결정상을 열가압 성형하여 글래스-세라믹을 제조한 결과, 소성시 수축을 현저히 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 강도, 심미성, 주조성, 및 기계적 성질을 현저히 향상시킬 수 있음을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 인공치관용 글래스-세라믹 제조방법은 SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리에 핵생성제 및 색조절제를 가하여 유리를 제조하고, 상기 유리를 분쇄하고 유리분말을 재용융하여 유리 잉고트를 제조한 후, 상기 유리 잉고트를 결정화 열처리하여 생성된 결정상을 열가압 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제조방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.

a) 유리 제조

본 단계는 SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리에 핵생성제 및 색조절제를 가하여 유리를 제조하는 단계이다.

본 발명에 사용되는 상기 SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리는 SiO₂/Li₂O를 1.8 내지 2.2의 몰비로 함유하는 것이 좋으며, 특히 61.1SiO₂-30.1Li₂O-1.1K₂O-2.7ZnO 몰%인 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 상기 핵생성제는 결정화 열처리시 결정의 생성을 촉진하는 작용을 한다.

상기 핵생성제는 TiO₂, ZrO₂, 또는 P₂O₅ 등을 사용할 수 있다.

상기 핵생성제는 모유리에 대하여 0.1 내지 10.0 몰%로 포함되는 것이 바람직하다. 그 함량이 10.0 몰%를 초과할 경우에는 유리 결정이 초대화되어 기계적 성질이 저하된다는 문제점이 있다.

본 발명에 사용되는 상기 색조절제는 최종 글래스-세라믹의 심미성을 향상시키는 작용을 한다.

상기 색조절제는 Nb₂O₅, CeO₂, Fe₂O₃, 또는 AgCO₃ 등을 사용할 수 있다.

상기 색조절제는 모유리에 대하여 0.1 내지 0.3 몰%로 포함되는 것이 바람직 하다. 그 함량이 0.3 몰%를 초과할 경우에는 심미성이 저하된다는 문제점이 있다.

이때 상기 핵생성제와 색조절제의 함량은 합은 모유리에 대하여 0.2 내지 10.3 몰%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.2 몰%로 포함되는 것이다. 그 함량이 10.3 몰%를 초과할 경우에는 기계적 물성 및 심미성이 저하된다는 문제점이 있다.

상기와 같은 성분은 균일하게 혼합한 후, 1500 ℃의 백금 도가니에서 2~4 시간 동안 용융시킨 다음 급냉하는 방법으로 유리를 제조할 수 있다. 이때 승온 속도는 10 ℃/min인 것이 좋으며, 상기 급냉은 황동판에서 실시하는 것이 좋다.

b) 유리 잉고트 제조

본 단계는 상기 a)단계에서 제조한 유리를 분쇄하고 유리분말을 재용융하여 유리 잉고트를 제조하는 단계이다.

상기 분쇄는 유리를 최대 100 메쉬(mesh)로 실시되는 것이 바람직하다.

상기 분쇄된 유리 분말은 1500 ℃에서 2~4 시간 동안 재용융시킨 후, 450 ℃에서 30 분간 예열한 흑연 몰드에 주조하여 유리 잉고트로 제조될 수 있다.

c) 결정화 열처리

본 단계는 상기 b)단계에서 제조한 유리 잉고트를 결정화 열처리하는 단계이다.

상기 결정화 열처리는 상기 제조된 유리 잉고트를 시차열분석(differential thermal analysis, DTA)하여 나타나는 발열피크의 온도에서 열처리하는 방법으로 실시된다. 상기 열처리는 각각의 발열피크 온도(594.5 ℃, 784.7 ℃, 880.4 ℃)에 서 30 분간 실시되는 것이 바람직하다.

상기 결정화 열처리는 루사이트(luecite) 결정을 생성시키는 방법 또는 리듐 디실리케이트(lithium disilicate) 결정을 생성시키는 방법으로 실시할 수 있으며, 특히 유리 기질에 리듐 디실리케이트 결정을 생성시키는 방법이 기계적 성질 및 심미성에 있어 더욱 우수하다.

상기와 같은 결정화 열처리에 의하면 막대형으로 서로 맞물림(interlocking)되어 있는 리듐 디실리케이트 결정이 매우 많은, 즉 리듐 디실리케이트 결정을 주 결정상으로 하는 글래스-세라믹 잉고트를 수득하게 된다.

상기와 같이 수득된 리듐 디실리케이트 결정을 주 결정상으로 하는 글래스-세라믹 잉고트는 기계적 성질이 우수한 장점이 있다.

d) 열가압 성형

본 단계는 상기 c)단계에서 결정화 열처리에 의해 생성된 결정상(글래스-세라믹 잉고트)을 열가압 성형(heat-pressing)하는 단계이다.

상기 열가압 성형은 진공이 유지되는 통상 사용되는 전용의 도재로에서 940 내지 944 ℃의 온도에서 20~40 분 동안 유지한 후, 4~5 기압의 압력으로 가압하는 방법으로 실시된다.

상기와 같은 단계로 이루어지는 본 발명의 제조방법은 소성시 수축을 현저히 저하될 뿐만 아니라, 동시에 강도, 심미성, 주조성, 및 기계적 성질이 현저히 향상된 인공치관용 글래스-세라믹을 단시간에 제조할 수 있다는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실 시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

실시예 1

기본조성을 61.1SiO₂-30.1Li₂O-1.1K₂O-2.7ZnO mol%로 하는 모유리에 핵성성제인 TiO₂, ZrO₂, P₂O₅, 및 색조절제인 Nb₂O₅, CeO₂, Fe₂O₃, AgCO₃의 함량이 5.0 몰%가 되도록 첨가하고 지르코니아 볼 밀에서 24 시간 동안 균일하게 혼합하였다. 상기 혼합된 분말을 백금도가니에 넣고 전기로를 사용하여 10 ℃/min의 속도로 1500 ℃까지 승온시켜 2 시간 동안 유지한 다음, 황동판에 급냉하여 유리를 제조하였다.

상기와 같이 제조한 유리를 100 메쉬로 분쇄하여 분말화한 후, 상기 유리 분말을 백금도나가니에 넣고 1500 ℃까지 가열하고 2 시간 동안 유지한 후, 카본 몰드에 주조하여 유리 잉고트를 제조하였다. 이때, 카본 몰드는 450 ℃에서 30 분간 예열하고 유리를 부어 상온까지 로냉시켰다.

상기 제조된 잉고트를 300 메쉬로 분쇄하여 분말화한 다음, 시차열분석기를 이용하여 시차열분석(DTA)을 실시하고, 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 시차열분석 결과에 따라 발열피크가 나타난 온도에서 30 분간 열처리를 실시하여 글래스-세라믹 잉고트를 제조하였다.

상기 제조된 글래스-세라믹 잉고트를 진공이 유지되는 전용의 도재로에서 942(±2) ℃의 온도에서 20~40 분간 유지한 다음, 4~5 기압의 압력으로 가압하여 인공치관용 글래스-세라믹을 제조하였다.

상기와 같이 제조한 글래스-세라믹의 X-선 회절분석 및 2축 굽힘강도를 측정하여 도 2 및 도 3에 나타내었고, 주사전자현미경으로 관찰하여 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 주사전자현미경 사진을 통하여 본 발명에 따라 제조한 글래스-세라믹은 막대형으로 서로 맞물림되어 있는 리튬디실리케이트 결정이 매우 많이 생성되었음을 확인할 수 있었다.

또한 상기 제조한 글래스-세라믹을 이용하여 제조한 단일치관을 도 5에 나타내었으며, 3-브릿지를 도 6에 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 기본조성을 61.1SiO₂-30.1Li₂O-1.1K₂O-2.7ZnO mol%로 하는 모유리에 핵생성제 및 색조절제를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 글래스-세라믹을 제조하고, 주사전자현미경으로 관찰하여 도 7에 나타내었다. 측정결과, 비교예 1에 따라 제조한 글래스-세라믹은 막대모양의 리듐 디실리케이트가 생성되지 않았음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면 글래스-세라믹 제조시 소성 수축을 현저히 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 동시에 강도, 심미성, 주조성, 및 기계적 성질이 현저히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기와 같은 인공치관용 글래스-세라믹을 단시간에 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims

인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법으로서,

(a) SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리에

ⅰ) TiO₂, ZrO₂, 및 P₂O₅로 이루어지는 핵생성제 0.1 내지 10.0 몰%; 및

ⅱ) Nb₂O₅, CeO₂, Fe₂O₃, 및 AgCO₃로 이루어지는 색조절제 0.1 내지 0.3 몰%

를 가하여 유리를 제조하는 단계;

(b) 상기 (a)단계의 유리를 분쇄하고 유리분말을 재용융하여 유리 잉고트를

제조하는 단계;

(c) 상기 (b)단계의 유리 잉고트를 결정화 열처리하는 단계; 및

(d) 상기 (c)단계의 열처리에 의해 생성된 결정상을 열가압 성형하는 단계

를 포함하는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 a)단계의 SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리가 SiO₂/Li ₂O를 1.8 내지 2.2 몰비로 함유하는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 a)단계의 SiO₂-Li₂O-K₂O-ZnO계 모유리가 61.1SiO₂-30.1Li ₂O-1.1K₂O-2.7ZnO 몰%인 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 c)단계의 결정화 열처리가 발열피크의 온도에서 열처리하는 방법으로 실시되는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 c)단계의 결정화 열처리가 리듐 디실리케이트(lithium disilicate) 결정을 생성시키는 방법으로 실시되는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 d)단계의 열가압 성형이 진공이 유지되는 도재로에서 940 내지 944 ℃의 온도에서 20~40 분 동안 유지한 후, 4~5 기압의 압력으로 가압하는 방법으로 실시되는 인공치관용 글래스-세라믹의 제조방법.
제1항 기재의 방법으로 제조되는 인공치관용 글래스-세라믹.