KR100598819B1

KR100598819B1 - 도재소부용 치과 비귀금속 합금

Info

Publication number: KR100598819B1
Application number: KR1020040062460A
Authority: KR
Inventors: 노학; 한재익; 박충년; 최전
Original assignee: (주)알파덴트
Priority date: 2004-08-09
Filing date: 2004-08-09
Publication date: 2006-07-12
Also published as: KR20060013858A

Abstract

본 발명은 주성분이 비귀금속으로 제조된 합금으로 치과보철물(도재소부용 구조물)을 제작할 때 사용하는 도재소부용 치과 비귀금속 합금에 관한 것으로, 저작압에 견딜 수 있고 마모, 변형 등이 없으며, 치아의 경도, 강도와 비슷하고 치아색과 유사하며, 또한 구강내에서 부식이나 변색 등이 없고 인체 유해성이 없는 조건을 만족하는 치과수복용 비귀금속 보철합금을 제공한다.

치과, 비귀금속, 합금, 니켈, 크롬, 주조, 탈산제

Description

도재소부용 치과 비귀금속 합금{nonvaluable metal alloy for dental prosthesis}

본 발명은 주성분이 비귀금속으로 제조된 합금으로 치과보철물(도재소부용 구조물)을 제작할 때 사용하는 도재소부용 치과 비귀금속 합금에 관한 것이다.

일반적으로 금속은 인장강도나 압축강도 같은 기계적성질은 우수하나, 금속 특유의 색상 때문에 자연치아의 색상을 얻을수 없으며 또한 부식이 되는 단점이 있다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위하여 심미성이 우수한 도재와 금속의 뛰어난 기계적성질 및 정밀성을 결합한 치과 보철용 합금을 사용하는데 이러한 합금을 도재소부용 합금이라 한다.

치과용 합금은 온도, 산도, 압력변화 등의 다양한 환경변화가 일어나는 구강내에서 사용되기 때문에 우선적으로, 저작압에 견딜 수 있어야 하고 마모, 변형 등이 없어야 하며, 치아의 경도 및 강도와 비슷해야 하고 치아 색과 유사해야 한다. 또한 구강내에서 부식이나 변색 등이 없어야 하며 인체 유해성이 없어야 한다. 이와 같은 관점에서 모든 조건을 만족하는 치과 도재소부용 비귀금속 보철합금은 도 재용 Ni-Cr계가 있다.

그러나 현재 세계적으로 판매되고 있는 거의 대부분의 Ni-Cr 합금은 독성으로 인해 각종 질병 발생 가능성 있는 Be(베릴늄)을 함유하고있는 문제점이 있다. 따라서 Be 독성(피부암)을 해결하기 위해 생체적합성이 우수한 합금이 개발중에 있으나 주조성의 저하와 공기중에서 주조할 때 산화가 심하며, 심한 산화로 인하여 도재와의 결합력이 약한 단점이 있다.

한편 심한 산화를 방지하기 위하여 Ag, In 등을 첨가하나 귀금속인 Ag, In이 고가이고 기계적성질(연신율등)이 저하하여 가공성이 나빠 다연결 치관등의 가공에 문제가 있다.

이상과 같이 치과수복용 비귀금속 Ni-Cr 보철합금은 이 합금이 갖추어야할 저융점, 생체적합성, 도재와의 결합성, 기계적성질(항복강도, 인장강도, 연신률)및 가공성, 경제성 등에 모두 만족할 만한 제품 개발에는 아직까지 미비한 실정이다.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래의 보철합금이 갖고 있는 문제점을 해결하기 위하여 도재소부용 치과도재용 비귀금속 합금을 안출한 것으로, Ni-Cr합금을 기본으로 하여 합금설계를 통해서 기공소에서 쉽게 용해할 수 있도록 융점 저하의 합금원소를 첨가하여 1200∼1350℃의 저융점 합금개발, 기계적성질을 향상시킬 수 있는 합금원소를 첨가하여 항복강도가 500 Mpa이상 이고 연신율이 3%이상, 열팽창계수가 14 .0~14.5 10-6K-1인 합금, 도재와의 결합력을 증가시키는 합금원소 등을 첨가하여 도재와의 결합력이 25 Mpa이상인 합금을 제공하고자 한다.

제조단가를 낮추기 위해 기존의 제조비용이 높은 진공용해방법을 탈피하여 대기중에서 탈산제인 Si, Mn 등을 첨가하여 탈산 처리를 행하여 용탕내의 산소량를 감소시켰다.

또한 첨가 원소중 저융점 원소와 고융점 원소들이 있어 이들을 같이 장입하여 용해하게 되면 저융점 합금원소들의 증발로 인해 합금성분 손실을 초래하고 충분한 용탕 교반이 이루어지지 않으면 합금조직상에 편석을 형성하므로 균질화 향상 및 주조결함을 방지하기 위해 융점이 낮은 원소(Al, In)를 융점순서에 따라 장입하여 균질화를 향상시키고 주조결함을 감소시켰다. 합금의 융점저하와 주조성을 향상시키기 위해 B(보론)를 첨가하였고, 열팽창계수, 부식저항을 향상시키기 위해 Mo(몰리브덴)양 조절, 용탕내의 산소저감을 위해 탈산제로서 Mn, Si 첨가량 조절, 도재와의 결합력을 향상시키기 위해 Fe의 첨가, 합금의 공식을 억제하기 위하여 기존의 합금개발에 있어서는 Ce(셀러늄)을 사용하여 왔으나 순수 Ce은 매우 고가이므로 본 발명에서는 Ce의 복합체인 La-rich mischmetal 이나 Ce가 포함되지 않은 Ce-free mischmetal(셀러늄이 첨가되지 않은 미쉬메탈)을 첨가하여 합금의 원소를 줄였다.

본 발명의 도재소부용 치과 비귀금속합금의 조성 및 효과는 다음과 같다.

치과용 비귀금속합금에 있어서 각 성분 원소의 효과는 상호간에 서로 복잡하게 작용하므로 그 함량이 각각의 특정범위를 초과하거나 미달하는 경우에는 첨가 원소의 효과를 상실하거나 역효과를 일으키게 된다.

따라서 본 발명의 결과는 많은 실험을 거듭하여 얻은 결과로써 니켈(Ni) 65~74wt%, 크롬(Cr) 16~22wt%, 몰리브덴(Mo) 3.8~6.3wt%, 규소(Si) 0.5~3wt%, 알루미늄(Al) 3.5~5.0wt%, 망간(Mn) 0~1.5wt%, 철(Fe) 0~1.0wt%, 보론(B) 0~0.2wt%, Ce-free mischmetal 0~0.3wt%로 구성 되었다.

제조단가를 낮추기 위해 기존의 제조비용이 높은 진공용해방법을 탈피하여 대기중에서 탈산제인 Si, Mn 등을 첨가하여 탈산 처리를 행하여 용탕내의 산소양을 감소시켰다.

또한 첨가 원소중 저융점 원소와 고융점 원소들이 있어 이들을 같이 장입하여 용해하게 되면 저융점 합금원소들의 증발로 인해 합금성분 손실을 초래하고 충분한 용탕 교반이 이루어지지 않으면 합금조직상에 편석을 형성하므로 균질화 향상 및 주조결함을 방지하기 위해 융점이 낮은 원소(Al, In)를 융점순서에 따라 장입하여 균질화를 향상시키고 주조결함을 감소시켰다.

여기서 합금 개개의 원소들이 하는 역할을 살펴보면 다음과 같다.

1. Ni(니켈)

니켈은 치과용 비귀금속합금의 주성분으로서 은백색을 띄게 되며 연성을 높게 해준다. 공기중에서 산화하기 어렵고 알카리에 강하다. 합금의 인장강도, 항복강도를 현저하게 증가시키며 Cr의 배합으로 생물학적으로 안정하다. 치과용 합금으로써 이용이 증가하고 있다. 많을 경우 세포독성이 나타나기 때문에 수많은 실험을 거처 적당한 양을 택한다.

2. Cr(크롬)

크롬은 은백색의 금속으로써 비귀금속합금에서 필수 원소이다. Cr의 치밀한 산화피막의 형성에 의한 부동태화 기구에 의하여, 합금은 구강내 환경하에서 안정성을 유지할 수 있다. Cr의 다량 첨가는 편석에 의한 합금의 취성화 및 균열이 발생되므로 실험을 거처 적당한 양을 택한다.

3. Mo(몰리브덴)

몰리브덴은 수지상정의 성장을 억제하고 결정립을 미세화시키며, 합금의 강도를 증가시킨 반면, 합금의 탄화를 조장하는 경향이 있어 그 양을 적당량 첨가한다.

4. Al, Si, Mn, Fe, B, Mischmetal(미쉬메탈)

미량 첨가 원소로써 이들 각 원소는 탈산효과나 주조성을 증가시켜 기계적성질을 향상시키며, 결정립의 미세화와 화합물 형성으로 인해 합금의 인장강도와 항복강도를 현저하게 증가시킨다. 또한 이들 미량 첨가원소가 가열에 의해서 금속표면으로 확산하고, 선택으로 산화되어 도재중의 금속산화물과의 사이에 상호확산이 일어나, 결합강도를 향상시킨다. 필요이상으로 첨가되면 독성이 증가하거나 합금의 취약하여 수많은 실험을 거처 적당량을 첨가한다.

치과용 비귀금속 합금들은 이상의 성분들을 이용하여 제조한다. 이들 성분의 상호 역학관계를 고려하여 기계적 화학적 성질이 우수하고 생체적합성이 뛰어난 합 금을 제조하기 위해 수많은 실험이 행하여 진다.

본 발명의 도재소부용 치과 비귀금속 합금은 각각의 원소를 적당량 첨가하면 상호 원소의 작용에 의하여 독성이 제거되어 인체에 해가 전혀 없으며, 종래의 도재소부용 치과 비귀금속 합금보다 강도와 인성 등 기계적 성질이 매우 우수하며, 부식 및 변색 저항이 크게 증가하였다. 또한 기공소에서 용해 및 가공시 흄이나 분진이 호흡기를 통해 흡입되어 인체에 해독을 주는 Be을 첨가하지 않아 생체적합성이 뛰어나고 주조성 및 도재와의 결합력이 우수한 여러 장점을 갖고 있다.

<실시 예 1>

니켈 69.0wt.%, 크롬 20.0wt.%, 몰리브덴 5.0wt.%, 규소 2.0wt.%, 알루미늄 4.0wt. %를 대기중에서 탈산제인 Si을 첨가하여 탈산 처리를 행하여 용탕내의 산소량를 감소시켜 용해하였다.

또한 첨가 원소중 저융점 원소와 고융점 원소들이 있어 이들을 같이 장입하여 용해하게 되면 저융점 합금원소들의 증발로 인해 합금성분 손실을 초래하고 충분한 용탕 교반이 이루어지지 않으면 합금조직상에 편석을 형성하므로 균질화 향상 및 주조결함을 방지하기 위해 융점이 낮은 원소 Al을 융점순서에 따라 장입하여 균질화를 향상시키고 주조결함을 감소시켰다.

열팽창계수, 부식저항을 향상시키기 위해 Mo양 조절, 용탕내의 산소저감을 위해 탈산제로서 Si 첨가량 조절하여 첨가하였다. 용해 후 용탕을 주조용 금속 주형에 주입하였으며, 주조된 봉을 절단하여 최종 제품을 만든다.

상기와 같이 제조된 비귀금속 합금을 기공소에서 사용하는 전기로 또는 산소-프로판가스 토치를 이용하여 용해한 후 ISO 9693:1999 규격에 의거 기계적 화학적 특성에 관한 시험을 행하였으며, 생체적합성 실험은 ISO 10993-part 1~16 규격에 의거 단기간전신독성시험(경구), 배양세포에 의한 한천중층시험 및 점막자극 시험을 행한 결과 매우 우수한 생체적합성을 나타내었다. 상기의 시험방법으로 측정된 본 발명합금의 기계적 성질의 특성은 다음과 같다.

기 계 적 특 성	특 성 수 치
항복강도	778MPA
인장강도	851MPA
연실율	4.39%
열팽창계수	14.03ㅧ10^-6K^-1
밀도	7.9g/㎝³
비커스경도	364Hv
도재결합강도	61.34Mpa
탄성율	128.5GPa
융점	1246~1326℃

상술한 바와 같이 본 발명은 도재소부용 비귀금속 합금은 구강내에서 사용될 때 저작압에 잘 견디고 마모, 변형 등이 없는 매우 우수한 기계적 성질을 나타내었다. 또한 부식이나 변색 등이 없으며, 유독한 독성을 나타내는 성분(Be)을 전혀 함유하지 않아 인체에 해가 전혀 없어 생체적합성이 뛰어나고 주조성 및 도재와의 결합력이 우수한 여러 장점을 갖고 있다. 화학적, 기계적 관점에서 종래의 도재소부용 치과 비귀금속 합금에서 발생하는 잦은 변색물의 발생과 파절 및 균열, 치아 경도보다 더 강한 경도값, Be의 세포독성 등의 단점을 해결하였다.

Claims

치과보철물을 제작할 때 사용되는 도재소부용 비귀금속 합금으로서, 니켈(Ni) 65-74중량%, 크롬(Cr) 16-22중량%, 몰리브덴(Mo) 3.8-6.3중량%, 규소(Si) 0.5-3중량%, 알루미늄(Al) 3.5-5.0중량%, 망간(Mn) 1.5중량%이하, 철(Fe) 1.0중량%이하, 보론(B) 0.2중량%이하, Ce-free 미쉬메탈 0.3중량%이하의 합금으로 제조된 도재소부용 치과 비귀금속 합금.
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