KR101221378B1 - 고강도 뼈분쇄기 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고강도 뼈분쇄기 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 지르코니아에 이트리아, MgO 또는 CaO를 소결조제로 첨가하여 800MPa 이상의 기계적 강도와 8MPa·m½ 이상의 파괴인성을 갖는 고강도 뼈분쇄기를 제조할 수 있다.
이에 따라 설사 뼈에 대한 분쇄 과정 중에 뼈분쇄기의 파손이 발생하더라도 인체에 유해하지 않은 지르코니아를 사용하였기 때문에 염증이 발생하지 않는다. 또한, 가공의 편의성을 고려하여 기계적 강도와 경도가 우수한 지르코니아에 대하여 열처리 후 CAD/CAM 가공 공정을 배치하여 정교한 설계와 가공이 가능하도록 구성되어 있다. 여기에 기기몸체와 분쇄부재에 맞물릴 수 있는 홈과 요철을 만들어 뼈 분쇄의 효율을 높일 수 있는 고강도 뼈분쇄기의 형상에 대한 제공이 가능하다.

Description

고강도 뼈분쇄기 및 그 제조방법{Osteotribe and method of manufacturing the same}
본 발명은 뼈분쇄기 및 그 제조방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 임플란트 시술시 생체 친화성이 있는 지르코니아를 원재료로 사용한 고강도 뼈분쇄기 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 임플란트는 인체 조직을 회복시켜주기 위한 대체물로서 예를 들어 인공관절 또는 인공치아와 같은 인공성형물을 의미한다. 상세하게 말해, 상실된 치아를 대신해 인공치아인 티타늄 임플란트로 만들어진 인공치근을 치조골 속에 매식하고 주위골과 유착될 때까지 일정한 치유기간을 거친 후 이 인공치근 구조물의 상부에 금속이나 세라믹으로 된 어버트먼트(abutement)를 연결하고 이 어버트먼트 위에 인공치관을 제작, 장착하여 상실된 자연치를 수복해주는 시술이다.
특히 치의학 분야에서 인공치아 이식에 널리 사용되는 임플란트는 인접치아를 손상시키기 않고 시술하므로 다른 치아를 보호할 수 있고 건강한 자연치아에 필적하는 저작력 회복을 가능케 하는 장점을 갖는다.
섬세하게 시술된 임플란트는 잇몸 속에 이가 묻혀 있는 것과 같이 자연스러운 모양을 가지며, 이가 전혀 없는 틀니 환자나 부분적인 틀니 환자인 경우에도 몇 개의 임플란트를 통해 틀니의 안정을 도모할 수 있고, 틀니와 잇몸과의 마찰로 생긴 상처로 인한 통증도 없앨 수 있다. 틀니의 장기간 사용으로 인한 잇몸의 소실도 방지하는 효과가 있다.
이러한 임플란트는 상실된 치아의 치근을 대신할 수 있도록 인체 거부반응이 없고 내식성이 좋은 티타늄(titanium)으로 만들어지며, 종래에는 대부분 선반과 같은 절삭용 기계를 이용하여 가공하여 왔다.
치과용 임플란트의 시술시 염증과 잇몸 질환이 없고 탄탄한 치조골(잇몸뼈)를 가지고 있는 환자는 치조골의 특성상 이를 뽑게 되면 시간이 지날수록 점점 작아진다. 따라서 이를 뽑는 날 바로 임플란트를 시술할 수 있지만, 임플란트를 시술받기 위한 상당수의 환자들은 치조골이 시술받기 어려울 정도로 작아진 경우가 많이 있다.
이런 경우에 잇몸에 부족한 뼈를 이식한 후 임플란트 시술을 하게 된다. 이때 이식시에는 자기 뼈나 인공 뼈 등을 모두 사용할 수 있으며, 자기 뼈를 이식하는 경우에는 수술하는 인접부위에서 뼈를 얻어서 이식하거나, 뼈가 많이 필요한 경우에는 엉덩이뼈나 갈비뼈 등에서 뼈를 얻어서 이식한다.
임플란트를 시술하는 부위에 부족한 뼈를 이식하기 위해 사용되는 종래의 뼈분쇄기는 금속합금으로 되어 있는 부재를 사용하는 경우가 많았다. 이때 금속 합금을 사용하다 보면 분쇄하는 공정 중에 뼈 외에 분쇄기의 합금 성분도 검출이 될 수 있다. 이러한 금속 성분은 임플란트 시술 후 치아와 잇몸 간의 염증을 유발할 수 있기 때문에 뼈분쇄기의 대체재료가 필요하다.
특히, 뼈분쇄기의 경우에는 구조적인 특성 뿐만 아니라, 원시적으로 기계적인 특성이 우수하여야 뼈분쇄기로의 응용이 가능하다. 하지만 아직까지 만족할 만한 기계적 특성과 인체 친화적인 뼈분쇄기 재료에 대한 개발이 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 임플란트 시술의 진행시 뼈를 분쇄하기에 적합하면서 인체 친화적인 지르코니아를 주원료로 하고 뼈 분쇄 효율을 높일 수 있는 구조를 갖는 고강도 뼈분쇄기를 제공함에 있다.
또한 분쇄의 효율을 높일 수 있는 형상을 유지하고 CAD/CAM을 사용하여 가공이 용이하도록 설계된 고강도 뼈분쇄기의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명은, 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 이트리아(Y2O3) 0.1~10몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어지고 기계적 강도가 800~1200MPa인 고강도 뼈분쇄기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 지르코니아(ZrO2) 91~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO 0.1~9몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어지고 기계적 강도가 800~1200MPa인 고강도 뼈분쇄기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 지르코니아(ZrO2) 92~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO 0.1~8몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어지고 기계적 강도가 800~1200MPa인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기를 제공한다.
상기 고강도 뼈분쇄기는 비커스 경도값(Hv)이 1300~1500㎏/㎟ 이다.
상기 고강도 뼈분쇄기는 파괴인성이 8~10MPam½ 이다.
상기 고강도 뼈분쇄기는 분쇄부재와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형의 삽입공이 수직으로 중앙에 형성되고 삽입공의 아랫면에 홈이 형성되어 있는 기기몸체와, 상기 기기몸체의 홈에 대응되는 요철부를 가지고 있고 삽입공에 삽입되도록 원통형으로 구성된 분쇄부재를 포함할 수 있다.
상기 고강도 뼈분쇄기는 분쇄부재와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형의 삽입공이 수직으로 중앙에 형성된 기기몸체와, 상기 기기몸체의 삽입공에 삽입되도록 원뿔형으로 구성되어 있고 상부에 회전용 손잡이를 포함하는 분쇄부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은, 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 이트리아(Y2O3) 0.1~10몰%를 포함하도록 칭량하고 상기 칭량된 지르코니아와 상기 이트리아를 혼합하고 분쇄하는 단계와, 혼합 및 분쇄된 지르코니아와 이트리아의 혼합 분말에 대하여 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계와, 상기 성형된 혼합물에 대하여 냉간 정수압 성형을 하는 단계와. 상기 정수압 성형된 성형체에 대하여 열처리를 하는 단계와, 상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계 및 상기 가공된 성형체에 대하여 산화분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO 0.1~9몰%를 포함하도록 칭량하고 상기 칭량된 지르코니아와 상기 MgO를 혼합하고 분쇄하는 단계와, 혼합 및 분쇄된 지르코니아와 MgO의 혼합 분말에 대하여 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계와, 상기 성형된 혼합물에 대하여 냉간 정수압 성형을 하는 단계와, 상기 정수압 성형된 성형체에 대하여 열처리를 하는 단계와, 상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계 및 상기 가공된 성형체에 대하여 산화분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO 0.1~8몰%를 포함하도록 칭량하고 상기 칭량된 지르코니아와 상기 CaO를 혼합하고 분쇄하는 단계와, 혼합 및 분쇄된 지르코니아와 CaO의 혼합 분말에 대하여 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계와, 상기 성형된 혼합물에 대하여 냉간 정수압 성형을 하는 단계와, 상기 정수압 성형된 성형체에 대하여 열처리를 하는 단계와, 상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계 및 상기 가공된 성형체에 대하여 산화분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법을 제공한다.
상기 열처리는 1차 열처리와 2차 열처리를 포함하고, 상기 냉간 정수압 성형된 성형체에 대하여 1차 열처리는 300~500℃에서 이루어지고, 1차 열처리된 상기 성형체에 대하여 온도를 상승시켜 진행되는 2차 열처리는 800~1100℃에서 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계에서 분쇄부재와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형의 삽입공이 수직으로 형성되는 기기몸체를 성형하고, 상기 삽입공에 삽입되도록 원통형으로 구성되어 있는 분쇄부재를 성형하며, 성형 압력은 60~100kgf/㎠인 것이 바람직하다.
상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계에서 분쇄부재에 요철부를 가공하고, 기기몸체에 홈을 가공하는 것이 바람직하다.
상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계에서 기기몸체를 덮을 수 있는 분쇄부재의 뚜껑을 가공하고, 상기 뚜껑에 대한 손잡이를 가공하는 것이 바람직하다.
상기 냉간 정수압 성형을 하는 단계에서 성형 압력은 2000~4000bar인 것이 바람직하다.
상기 소결하는 단계에서 소결온도는 1450~1650℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 고강도 뼈분쇄기 및 그 제조방법에 의하면, 인공치아에 사용될 수 있는 지르코니아에 이트리아, MgO 또는 CaO를 첨가하여 기계적 강도와 파괴인성 및 경도가 우수한 고강도 뼈분쇄기의 제공이 가능하다.
또한 금속 합금에서 발생할 수 있는 임플란트 시술 후 치아와 잇몸 간의 염증 문제를 인체 친화적인 재료의 사용으로 해결할 수 있는 고강도 뼈분쇄기의 제공이 가능하다.
또한 가공의 편의성을 고려하여 기계적 강도와 경도가 우수한 지르코니아에 대하여 열처리 후 CAD/CAM을 사용한 가공공정을 배치하여 정교한 설계와 가공이 가능하도록 구성되어 있다.
기기몸체와 분쇄부재에 맞물릴 수 있는 홈과 요철을 만들어 뼈 분쇄의 효율을 높일 수 있는 고강도 뼈분쇄기의 형상에 대한 제공이 가능하다. 뿐만 아니라, 손잡이와 뚜껑을 만들어 분쇄 효율을 높일 수 있는 형상의 제공이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기를 제조하는 과정을 보여주는 절차도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체와 분쇄부재를 보여주는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체와 뚜껑과 손잡이를 가지고 있는 분쇄부재를 보여주는 모식도이다.
도 4는 냉간 정수압 성형기의 구조와 작동원리를 보여주는 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 열처리 과정을 보여주는 절차도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 소결 과정을 보여주는 절차도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기는 지르코니아를 주요 구성성분으로 하고 여기에 소결조제로서 이트리아(Y2O3)를 사용한다. 보다 상세하게는 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기는 지르코니아 90~99.9몰%와 이트리아 0.1~10몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기는 지르코니아(ZrO2) 91~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO 0.1~9몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어질 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기는 지르코니아(ZrO2) 92~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO 0.1~8몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어질 수도 있다.
이와 같은 조성비로 된 고강도 뼈분쇄기를 제조하기 위해서는 고강도 뼈분쇄기를 정밀하게 제어하기 위한 공정을 포함하고 있어야 한다. 따라서 열처리하는 과정을 수행하고 난 후 CAD와 CAM을 이용한 가공공정을 수행한다.
가공공정을 열처리(Annealing) 후 소결공정 전에 하는 이유는 고온인 1400~1700℃에서 고강도 뼈분쇄기의 열적 변형이 심하지 않기 때문이다. 소결공정 후에 CAD/CAM 가공 공정이 이루어지면, 정확한 치수조정이 이루어지는 가공공정에서 크랙(crack)에 의한 파쇄가 발생할 가능성이 있다. 또한 정밀한 치수를 요하는 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 고강도와 고인성을 요구하기 때문에 소결 후 경도가 1300~1400kg/㎟ 되었을 때 가공을 하게 되면, 고비용과 작업상에 어려움이 발생할 수 있기 때문이다.
또한 CAD/CAM 기술의 발달로 정밀제어가 가능한 데, 치밀화된 소결체의 경우에는 정밀한 제어가 어려워지는 단점이 있다. 따라서 일정한 형체를 갖추는 열처리와 소결 공정 사이에 가공 공정을 삽입하는 것이 바람직하다.
열처리된 고강도 뼈분쇄기에 대하여 1차적으로 외경연삭을 수행할 수 있는데, 이에 의해 열처리 공정 후의 가공공정에서 연삭량을 절감시키고 공구, 예를 들어 다이아몬드 전착 휠의 마모를 줄일 수가 있다.
지르코늄(Zr)은 주기율표상에서 티탄족에 속하는 제5주기의 전이금속으로 산과 알칼리에 극히 높은 내식성을 갖는 원소이다. 이러한 지르코늄의 산화물이 산화지르코늄인데, 통상적으로 지르코니아라 불린다. 예컨대, 3Y-TZP(Tetragonal Zirconia Polycrystal)는 3몰% Y2O3를 이용한 부분안정화 지르코니아(Partially Stabilized Zirconia; PSZ)로서 고강도성, 열안정성 및 고내식성 등의 탁월한 특성을 갖는다.
이하에서 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기를 제조하는 과정을 보여주는 절차도이다.
강도와 고인성의 크기에 따른 지르코니아와 이트리아의 조성비에 대한 설계가 필요하므로 인체의 구성성분을 이루는 뼈에 대한 강도와 경도, 파괴인성에 대하여 검토한다. 이에 대한 검토를 기준으로 지르코니아와 이트리아, 지르코니아와 MgO, 또는 지르코니아와 CaO에 대한 몰비가 결정되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 고강도 뼈분쇄기가 지르코니아(ZrO2)와 이트리아(Y2O3)로 이루어지는 경우에는 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 이트리아(Y2O3) 0.1~10몰%를 포함하도록 몰비를 결정한다. 본 발명의 고강도 뼈분쇄기가 지르코니아(ZrO2)와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 경우에는, 지르코니아(ZrO2) 91~99.9몰% 및 MgO 0.1~9몰%를 포함하도록 몰비를 결정한다. 본 발명의 고강도 뼈분쇄기가 지르코니아(ZrO2)와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 경우에는, 지르코니아(ZrO2) 92~99.9몰% 및 CaO 0.1~8몰%를 포함하도록 몰비를 결정한다.
생체재료는 생체와 합체되어도 부작용을 일으키지 않는 인공장기의 재료이다. 항혈전성이 높은 합성고분자를 사용하는데 폴리에테르우레탄과 폴리다이메탈실록산을 중합한 아보코산, 스티아렌과 폴리아민의 공중합체 등이 있다.
하지만 상기의 재료들은 연조직에는 적용될 수 있지만 뼈나 이와 같은 경조직에 적용하기에는 어려움이 있다. 이에 따라 신체 일부, 예컨대 뼈나 관절과 같은 신체 경조직을 대체할 수 있는 인공생체 재료의 개발이 요구되고 있다.
이와 같은 경조직용 생체재료 중 세라믹스는 생체친화성, 내화학성, 내부식성이 우수하여 오랜기간 신체 내에 사용하여도 부작용을 일으키지 않는다는 장점을 가지고 있다. 특히 뼈를 구성하는 무기물과 결정학적 구조가 동일한 수산화아파타이트(Ca10(PO4)6(OH)2)는 신체 내부 조직과 강한 화학적 결합을 이룸으로써 자연접합이 가능하다는 특징을 가지고 있다. 그러나 이 수산화아파타이트는 강도와 파괴인성 등의 측면에서는 그리 우수한 특성을 나타내지 못하기 때문에, 현재 그 응용분야가 귓 속 뼈와 같은 데에 제한되어 있다.
따라서 이러한 수산화아파타이트의 강도와 파괴인성에 대한 조사를 통해서 뼈를 분쇄하는데 적합한 지르코니아를 주요 구성성분으로 하는 고강도 뼈분쇄기에 대한 강도와 파괴인성에 대한 설계가 가능할 것이다.
소결조제를 첨가한 수산화아파타이트 복합체의 경우 강도값이 120MPa 정도로서 그다지 높지 않고, 또한 균열의 전진에 대한 측정기준이 되는 파괴 인성(fracture toughness)의 경우 2MPam½ 정도이다.
통상적으로 이러한 뼈의 구성성분이 될 수 있는 수산화아파타이트의 강도와 파괴인성의 값이 그다지 높지 않기 때문에 완전 치밀화되었을 때 지르코니아와 이트리아로 구성되어 있는 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 효율적으로 뼈의 분쇄가 가능할 것이다.
다만 이러한 경조직용 세라믹스의 경우에는 밀도가 98% 이하가 될 경우 세라믹스의 파괴 원인이 되는 균열이 제공되어 내구성의 면에서 치밀화에 대한 작업은 필수적으로 요구된다.
이에 맞추어 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 ZrO2 90~99.9 몰%와 Y2O3 0.1~10 몰%가 되도록 설정하고 칭량한다(S110). 지르코니아가 99.9 몰%를 초과하면, 이트리아와의 액상 소결이 되지 않기 때문에 기계적 강도는 향상될 수 있지만 완전 치밀화가 어려워진다. 이트리아(Y2O3)가 10몰%를 넘게 되면, 기계적 특성과 같은 물성이 떨어질 수 있기 때문에 10몰% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 고강도 뼈분쇄기가 지르코니아(ZrO2)와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 경우에는, 지르코니아(ZrO2) 91~99.9몰% 및 MgO 0.1~9몰%를 이루도록 칭량한다. MgO의 함량이 0.1몰% 미만이면 내구성 개선 및 안정화 효과가 미약하고, MgO의 함량이 9몰%를 초과하면 더 이상의 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 본 발명의 고강도 뼈분쇄기가 지르코니아(ZrO2)와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 경우에는, 지르코니아(ZrO2) 92~99.9몰% 및 CaO 0.1~8몰%를 이루도록 칭량한다. CaO의 함량이 0.1몰% 미만이면 내구성 개선 및 안정화 효과가 미약하고, CaO의 함량이 8몰%를 초과하면 더 이상의 내구성 개선 효과를 기대하기 어렵다.
이렇게 칭량된 지르코니아와 이트리아, 지르코니아와 MgO, 또는 지르코니아와 CaO에 대해서 혼합 및 분쇄한다. 상기 혼합 및 분쇄는 볼밀링(ball milling) 공정을 사용하여 1~24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
상기 볼밀링 공정을 구체적으로 설명하면, 본 발명의 고강도 뼈분쇄기가 지르코니아(ZrO2)와 이트리아(Y2O3)를 포함하는 세라믹으로 이루어지는 경우 지르코니아와 이트리아를 볼밀링기(ball milling machine)에 장입하여 물, 알코올과 같은 용제와 함께 혼합하고, 볼밀링기를 이용하여 일정 속도로 회전시켜 지르코니아와 이트리아를 균일하게 혼합하고 분쇄한다.
볼의 크기, 밀링 시간, 볼밀링기의 회전속도 등을 조절하여 목표하는 입자크기로 분쇄한다. 지르코니아와 이트리아에 대한 밀링 시간이 증가함에 따라 지르코니아와 이트리아의 입도가 점차 감소한다. 이에 따라 비표면적이 계속적으로 증가하게 되고, 일정 시간이 지나면 포화되어 슬러리의 점도가 크게 증가한다. 따라서 상기 볼밀링기 내에 투입되는 산화물 분말들의 양이 중량비로 슬러리에 대하여 10~60중량% 범위를 가지도록 하는 것이 바람직하다.
볼밀링에 사용되는 볼은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2)와 같은 세라믹 재질의 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것을 사용할 수도 있고, 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 조절하는데, 예를 들면, 볼의 크기는 1~30㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼밀링기의 회전 속도는 50~500rpm 정도의 범위로 설정하며, 볼 밀링은 1~50시간 동안 실시할 수 있다. 볼밀링에 의해 지르코니아와 이트리아는 균일하게 혼합되고 분쇄된다.
이렇게 습식으로 혼합 및 분쇄된 혼합 분말을 오븐에 넣고 1~24시간 동안 건조한다.
이렇게 건조된 지르코니아와 이트리아의 혼합 분말, 지르코니아와 MgO의 혼합 분말, 또는 지르코니아와 CaO의 혼합분말에 대하여 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체(40)와 분쇄부재(50)의 구조에 대한 설계가 필요하다. 특히 1,2차 열처리 후에 CAD와 CAM을 통해서 설계된 대로 미세가공이 이루어질 것이기 때문에 개략적인 모형의 설계가 이루어져야 한다. 물론 이에 대한 설계에 있어서 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체(40)는 중앙 부위에 뼈와 분쇄부재(50)가 삽입될 수 있도록 삽입공(41)을 배치하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1에 따른 고강도 뼈분쇄기를 보여주는 모식도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 기기몸체(40)가 원통형으로 되어 있고, 그 원통형의 중심부에 삽입공(41)을 가지고 있다. 따라서 삽입공(41)을 통해서 원료(20)를 넣고 분쇄부재(50)를 넣도록 구성되어 있기 때문에 정밀한 가공이 필요하다. 상술한 바와 같이, 분쇄부재(50)가 들어가는 삽입공(41)과 분쇄부재(50)가 정확하게 들어맞아야 하기 때문에 정밀 가공은 열처리 공정 후에 진행하는 것이 바람직하다.
특히 도 2의 기기몸체(40)의 하단부의 표면에는 분쇄부재(50)의 요철부(40b)과 맞물리도록 홈(40a)이 형성되어 있다. 이러한 요철부(40b)는 삽입된 뼈의 미세가공에 유리하도록 설계되어 있다.
고강도 뼈분쇄기의 기계적 강도와 경도는 뼈에 대한 강도나 경도보다 월등히 높기 때문에 외부의 가압 없이도 효과적인 뼈의 분쇄가 가능할 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예 2에 따른 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체와, 뚜껑(52)과 손잡이(51)를 가지고 있는 분쇄부재(50)를 보여주는 모식도이다.
도 3을 참조하면, 원통형을 이루고 있는 기기몸체(40)는 상부에서 하부로 내력갈 수록 폭이 좁아지도록 구성되어 있다. 이러한 기기몸체(40)의 형상에 맞추어 분쇄부재(50) 역시 원통형이 아니라, 원뿔형으로 이루어져 있다.
이에 따라 뼈에 대한 실제 분쇄 작업을 진행할 때에는 도 3에 도시된 바와 같이, 분쇄부재(50)를 돌리는 방법으로 진행하게 된다. 이러한 실시 태양 역시 뼈에 대한 분쇄가 효율적으로 이루어지는 공정이 될 것이다.
이렇게 삽입공(41)에 대한 배치와 분쇄부재(50)에 대한 개략적인 설계가 완료되면, 크기에 맞도록 가압 성형하는 공정을 수행한다(S120). 분쇄부재(50)와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형상의 삽입공(41)이 수직으로 형성되는 기기몸체(40)를 성형하고, 상기 삽입공(41)에 삽입되도록 원통형으로 구성되어 있는 상기 분쇄부재(50)를 성형한다.
이때의 가압 성형은 60~100kgf/㎠의 압력에서 수행하는 것이 바람직하다.
가압 성형과정에서 가하는 압력이 60kgf/㎠보다 낮으면, 정수압 성형(cold isostatic pressing) 과정에서 형상이 깨지기 쉽고, 100kgf/㎠ 보다 높으면 소결하고자 하는 고강도 뼈분쇄기의 내부와 외부에 밀도의 차이가 발생하는 문제점이 있다.
주의하여야 할 점은 상기 설정 압력은 직경이 10㎝ 이하의 작은 규모의 고강도 뼈분쇄기에 한정된다는 점이다. 고강도 뼈분쇄기의 직경을 크게 해서 고강도 뼈분쇄기의 효율을 높이려고 할 때에는 100kgf/㎠ 이상의 더 큰 압력이 필요하다.
이렇게 일축 가압 성형에 의해서 제조되는 고강도 뼈분쇄기의 성형체는 성형체 내의 압력을 균일하게 하기 위하여 정수압 성형이 필요하다(S130).
도 4는 냉간 정수압 성형기(Cold Isostatic Pressing; CIP)의 구조와 작동원리를 보여주는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 냉간 정수압 성형은 원료(20)를 고무형 몰드(10)에 넣고, 고무형 몰드(10)를 용기에 넣고 압력을 가하여 성형하는 방법이다.
이때 압력을 가할 수 있는 매체로 액체(30)를 사용한다. 액체(30) 속에 원료(20)가 담겨진 고무형 몰드(10)를 넣고 액체(30)에 대하여 수직 방향의 압력을 가하면, 액체(30)가 누르는 각 방향에서 힘이 작용되게 되므로 일축방향으로 가하는 가압 성형보다 균일한 힘을 가할 수 있는 특징이 있다. 이러한 냉간 정수압 성형방식에는 습식법과 건식법이 있다.
습식법은 원료(20)를 충진한 고무형 몰드(10)를 고압용기의 액체(30) 속에 침적하여 가압 성형하는 방법이다. 습식법에서는 고무형 몰드(10)에 원료(20)를 충진하여 성형하지만 고밀도화, 균질화의 목적으로 다른 성형법(금형 성형, 주입 성형, 사출 성형 등)으로 예비 성형된 성형체를 고무형 몰드(10)에 넣고 액체(30) 중에서 재가압하는 경우도 있다. 또한 예비 성형된 성형체를 여러 개 조합하여 넣고 예비 성형압보다 높은 압력에서 2차 가압을 하면 성형체 상호간에 접합이 가능하다.
건식법은 가압 고무를 매체로 하여 액압을 고무형 몰드(10)에 가해 성형하는 방법으로 가압액은 작업 공정을 통하여 대기에 접촉하지 않는 폐시스템(close system)이다. 따라서 분체의 혼입 등에 의한 밸브, 펌프 배관 등에 장애를 미연에 방지하는 것이 가능하다.
이러한 냉간 정수압 성형을 하게 되면, 무한 다축적으로 가압하기 때문에 분체 서로간의 브리지(bridge) 현상이 적고 배향성이 없어 성형체 내부의 밀도는 균일하게 된다. 냉간 정수압 성형에서는 표면과 내부의 경도의 차가 별로 없고 밀도가 균일하여 타 성형법과 비교하여 균질성이 우수하다.
또한 냉간 정수압 성형법은 분체의 브리지 현상과 배향 등에 의한 압력 손실이 없기 때문에 보다 높은 밀도의 성형체가 얻어진다.
성형성이 우수하기 때문에 다른 성형법에서는 불가능한 대형 제품, 복잡 형상의 제품, 길이가 긴 제품등의 성형이 가능하다. 냉간 정수압 성형으로 만들어진 성형체는 다른 방법으로 만들어진 성형체와 비교하여 성형밀도가 높고 균일하며 배향성이 없기 때문에 절삭 가공성이 상당히 우수하다. 따라서 본 발명과 같이 열처리 후에 가공 공정을 수행하는데 있어 성형체의 깨짐을 억제하기 위하여 는 냉간 정수압 성형이 필요하다.
또한 소결시 수축이 발생하는데 이때 다른 성형법에서는 가해지는 압력의 방향과 크기에 따라 소결시 불균일한 소성수축이 발생한다. 냉간 정수압 성형이 이루어지면 소성수축이 균일하게 발생하기 때문에 절삭 가공에 의한 제품의 크기 예측(size precision)이 가능하다.
냉간 정수압 성형 중 건식법에서는 분체의 충진, 가압 성형, 성형체 발출, 절삭 가공 등의 전반적인 공정에 있어서 자동화(automation)가 가능하다. 또한 성형 밀도가 높기 때문에 가소제, 윤활제, 결합제 등의 첨가량과 분체의 수분량을 감소시키는 것이 가능하다. 가소제, 윤활제, 결합제 등의 다량의 첨가는 밀도 저하의 요인이 된다.
본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 일축가압 성형의 압력보다 높은 압력인 2000~4000bar에서 냉간 정수압 성형을 수행하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기에 대한 열처리(annealing) 공정을 보여주는 절차도이다(S140).
도 5를 참조하면, 고강도 뼈분쇄기의 열처리 공정은 1차 열처리와 2차 열처리 공정으로 이루어진다.
1차 열처리 공정은 지르코니아와 이트리아의 혼합 성형체, 지르코니아와 MgO의 혼합 성형체, 또는 지르코니아와 CaO의 혼합 성형체에 잔류하거나 함유된 유기용제나 유기물 불순물을 제거하여 기계적 물성의 저하를 방지하기 위한 공정이다. 따라서 유기물이 휘발되는 온도인 300~500℃에서 10분~3시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 이렇게 유기물에 대한 증발이 완료되면 2차 열처리과정을 수행한다.
2차 열처리 공정은 소결해서 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기가 갖는 기계적 물성을 최종적으로 확보하기 전에 CAD/CAM 가공을 위해 형상을 유지할 수 있는 정도의 강도를 가지는 것을 목표로 하는 공정이다.
따라서 소결온도보다 낮은 온도인 800~1100℃에서 10분~3시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 800℃ 미만에서 열처리가 이루어지면, 기계적 강도가 확보가 되지 않아서 가공 공정의 수행시에 문제가 발생할 수 있다. 1100℃보다 높은 온도에서 열처리하면, 강도와 경도가 일정 정도 이상이 되어 가공 공정의 수행시에 비용, 절삭의 면에서 효율적이지 못하다.
뿐만 아니라, 뼈의 분쇄공정은 정밀한 치수 작업이 필요한 공정이므로, 고강도 뼈분쇄기의 크기와 제어에 대해서 소결 전에 확정을 할 필요가 있다. 특히 이트리아를 첨가한 지르코니아의 경우, 열팽창계수가 작아서 소결온도인 1500℃가 되어도 부피의 변화는 별로 나타나지 않는다. 또한 1100℃ 이하에서는 지르코니아와 이트리아가 공융액상을 형성하는 온도보다 낮기 때문에 치수에 대한 교정작업시 들어가는 비용과 노력을 줄일 수 있다.
이와 같이 개략적인 형상이 완성된 고강도 뼈분쇄기에 대하여 CAD/CAM(computer aided design/computer aided manufacturing)을 이용한 가공 공정을 수행한다(S150).
CAD/CAM 시스템은 쉽게 작업환경을 개선할 수 있고, 과다한 설비투자를 하지 않고 원감 절감, 공정의 단축, 재현성이 보장되고 디자인의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 특징이 있다. 이러한 CAD/CAM 시스템에 의해 개발된 모든 데이터 및 자료는 금형 가공장비와의 호환성이 매우 뛰어나고 정량적으로 보관 관리가 쉽고 필요시 재활용이 가능하며 신제품의 개발에 응용할 수 있는 신속한 자료로서의 가치가 크다고 할 수 있다.
이러한 CAD/CAM을 이용한 가공공정은 다음과 같다. CAD를 통한 임의의 고강도 뼈분쇄기 디자인을 수행하고 그 패턴으로부터 NC(numerical control) 가공정보를 생성하여, 직접 CNC(computational numerical control) 머시닝 센터로 가공하는 범용 시스템에 적용한다.
CAD/CAM 가공은 다양한 자유곡면 형상으로 가공할 수 있는데, 이것은 매개변수로 표현되는 퍼거슨(Ferguson), 바이저(Beizer), B-스플라인(B-spline), 레이셔날(rational), NURBS 등과 같이 다양한 곡선 곡면 표면 방법을 통해 가능하다.
CAD/CAM 시스템에서는 서술모형(descriptive model), 설계 도면을 먼저 생성하고 그 다음에 설계된 서술 모형을 CAM 시스템에 입력함으로써 계산 모형(computational model)을 얻어 NC(numeriacal control) 가공을 한다.
이렇게 CAD/CAM 시스템을 이용한 모델에 대한 설계와 그에 따른 치수 교정작업이 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에도 적용된다.
2차 열처리가 수행되어 소정의 강도를 가지고 있는 성형체에 대하여 CAD의 도면과 일치하지 않는 부분에 대해서 CAM을 사용해서 기계가공을 수행한다.
본 발명의 고강도 뼈분쇄기의 경우 정밀 가공을 요하는 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체의 홈(40a)과 분쇄부재(50)의 요철부(40b)에 대한 가공은 CAD/CAM을 사용해서 진행한다.
또한 뚜껑(51)과 손잡이(52)에 대한 가공 역시 CAD/CAM을 사용해서 정밀한 가공을 한다.
CAD/CAM 가공 공정이 수행되면, 기계적 강도 및 경도를 개선하기 위하여 소결공정을 수행한다.
도 6은 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 소결과정을 보여주는 절차도이다.
도 6을 참조하면, 소결공정은 소정의 승온속도(예를 들면, 5℃/min)로 승온하여 1450~1650℃의 온도에서 1시간에서 6시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다(S160).
이트리아가 소결 조제로 부가된 지르코니아의 경우 산화분위기에서 1~6시간 동안 소결과정을 진행하면, 98% 이상의 상대 밀도를 가진다. 따라서 90~99.9몰%의 지르코니아와 0.1~10몰%의 이트리아를 출발물질로 한 경우에도 완전치밀화가 가능하다.
이하에서, 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 실시예들을 더욱 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
지르코니아 92몰%와 이트리아 8몰%를 준비하였다. 이렇게 준비된 지르코니아와 이트리아를 칭량하고 난 후 볼밀링을 이용해서 혼합 및 분쇄 공정을 수행하였다. 볼밀링에 사용하는 볼은 알루미나 볼을 사용하였으며, 24시간 동안 300rpm 으로 수행하였다.
고강도 뼈분쇄기를 구성하는 기기몸체(40)와 분쇄부재(50)에 대한 별도의 설계가 필요하다. 특히 기기몸체(40)의 경우 삽입공(41)이 있기 때문에 정밀가공이 필요하다. 특히 이러한 삽입공(41)을 포함하는 구조체의 경우에는 작은 응력(stress)에 의해서 파손될 가능성이 있기 때문에 삽입공(41)에 대한 절삭 작업은 열처리 후에 하는 것이 바람직하다.
혼합 및 분쇄 공정이 이루어진 지르코니아와 이트리아의 혼합 분말에 대하여 건조 작업을 수행하였다. 건조된 지르코니아와 이트리아의 혼합 분말은 일축 가압 성형 몰드에 넣고 80kgf/㎠으로 가압하였다. 일축 가압 성형을 마치게 되면 일축 가압 성형기에 닿는 부분은 응력이 높게 걸리고 중간에 있는 부분은 응력이 적게 걸리는 응력의 불균일한 분포를 겪게 된다. 이에 대하여 보완하기 위하여 냉간 정수압 성형을 하였다. 이를 위해서는 냉간 정수압 성형기의 압력이 일축 성형기의 압력보다 강해야 한다.
그렇다고 하더라도 고강도 뼈분쇄기의 홈(40a)과 요철부(40b)에 대한 가공은 열처리 후에 하는 것이 바람직하다. 고강도 뼈분쇄기의 홈(40a)과 요철부(40b)는 정밀한 가공을 요하는 부분이므로 미세한 가공절차가 필요하기 때문이다.
이에 따라 건식법으로 고무형 몰드(10)에 일축가압 성형된 기기몸체(40) 또는 분쇄부재(50)를 넣고 고무형 몰드(10)에 음압을 걸어 고무형 몰드(10)와 성형체 사이에 존재하는 공기를 제거하였다. 고무형 몰드(10)에 물이 유입되지 않도록 봉하고, 정수압 성형기의 몰드(미도시)안에 물을 채우고, 성형체가 들어 있는 고무형 몰드(10)를 삽입하였다.
고무형 몰드(10)가 들어있는 정수압 성형기 몰드에 3000bar의 압력으로 정수압 성형을 실시하였다. 정수압 성형된 성형체에 대해서는 고무형 몰드(10)에서 탈착하고 1차 열처리를 400℃에서 1시간 동안 수행하였고, 2차 열처리를 900℃에서 30분 동안 수행하였다.
이렇게 1, 2차 열처리를 거쳤기 때문에, 지르코니아와 이트리아로 구성되어 있는 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체(40)와 분쇄부재(50)는 일정 정도 이상의 기계적 강도를 갖게 된다.
특히 2차 열처리를 거쳤기 때문에 어떤 기계적 가공을 하더라도 파손이 되는 것을 방지할 수 있다. 이는 지르코니아가 900℃의 온도에서 완전치밀화는 이루어지지 않지만 치밀화 공정이 진행되기 때문이다.
어느 정도의 강도를 가지고 있는 성형체인 기기몸체(40)와 분쇄부재(50)에 대하여 CAD(computer aided design)에 따라 설계된 도면에 맞추어 정밀 가공작업을 수행한다. 이때에는 강도가 어느 정도 확보된 상태이기 때문에 열처리 전단계에서 발생할 수 있는 절삭 가공에 의한 파손은 발생하지 않는다.
상술한 바와 같이 정밀한 연삭 작업은 CAM(computer aided manufacturing)을 이용하여 NC(numerical control)를 사용하는 방법으로 진행하였다.
이때 고강도 뼈분쇄기의 기기몸체(40)에 구비되어진 고강도 뼈분쇄기의 홈(40a)과 분쇄부재(50)에 구비되어진 고강도 뼈분쇄기의 요철부(40b)에 대한 정밀가공을 수행하였다.
이렇게 가공이 마쳐진 성형체에 대하여 1500℃의 온도에서 2시간 동안 소결과정을 진행하였다. 소결 과정을 거치게 되는 동안 이트리아와 지르코니아의 공융액상이 만들어지면서 치밀화가 이루어지기 때문에 98% 이상의 상대밀도를 갖는 치밀한 고강도 뼈분쇄기를 얻을 수 있었다.
<실시예 2>
지르코니아 95몰%와 이트리아 5몰%를 준비하였다. 이렇게 준비된 지르코니아와 이트리아를 칭량하고 난 후 볼밀링을 이용해서 혼합작업과 교반작업을 수행하였다. 볼밀링에 사용하는 볼로는 알루미나 볼을 사용하였으며, 24시간 동안 300rpm으로 수행하였다.
이하의 제조방법은 실시예 1에서 기재되어진 내용과 동일한 과정으로 수행하여 고강도 뼈분쇄기를 얻었다.
<실시예 3>
지르코니아 98몰%와 이트리아 2몰%를 준비하였다. 이렇게 준비된 지르코니아와 이트리아를 칭량하고 난 후 볼밀링을 이용해서 혼합작업과 교반작업을 수행하였다. 볼밀링에 사용하는 볼로는 알루미나 볼을 사용하였으며, 24시간 동안 300rpm 으로 수행하였다.
이하의 제조방법은 실시예 1에서 기재되진 내용과 동일한 과정으로 수행하여 고강도 뼈분쇄기를 얻었다.
표 1은 실시예 1 내지 실시예 3에 따라 제조된 고강도 뼈분쇄기의 기계적강도(flexural strength), 비커스 경도(Vickers hardness), 파괴인성(fracture toughness), 밀도(density)를 측정한 결과를 보여준다.
상대밀도(%) 기계적강도(MPa) 비커스 경도(kg/㎟) 파괴인성(MPam½)
실시예 1 99.0 891±35 1386±4 8.01±0.3
실시예 2 98.8 1121±121 1380±16 8.03±0.2
실시예 3 98 1023±62 1320±10 8.02±0.2
표 1를 참조하면, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 3에 따라 제조된 고강도 뼈분쇄기의 상대밀도는 모두 98% 이상이 나왔다. 또한 기계적 강도는 890MPa 이상이므로 뼈를 분쇄하기에 적합한 강도이다.
비커스경도는 비커스 경도시험기를 써서 KSB0811방법에 따라 다이아 몬드로 만든 4각추를 일정한 하중으로 시험하여 시험면을 누르고 이때 시료면에 생긴 피라밋트형의 흔적의 크기로 재료의 경도를 표시하는 방법이다. 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 1300kg/㎟ 이상의 높은 경도값을 보여주었다
파괴 인성(fracture toughness)은 소결체의 미세구조 안에 균열이 생겼을 때 이에 대한 전진시 이를 어느 정도로 효과적으로 저지할 수 있는가를 나타낸다. 세라믹스는 취성(brittleness)을 가지고 있기 때문에 금속과 같은 전위 증식기구에 의한 파괴특성을 보이지 않는다. 따라서 균열에 취약한 특성을 보이는데 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 8MPam½ 이상의 높은 파괴 인성을 보여주었다.
따라서 본 발명에 따른 고강도 뼈분쇄기의 경우에는 기계적 물성의 요구조건을 만족하였다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10: 고무형 몰드 40a: 홈
15: 고무형 몰드의 뚜껑 40b: 요철부
20: 원료 50: 분쇄부재
30: 액체 51: 손잡이
40: 기기몸체 52: 뚜껑

Claims (16)

  1. 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 이트리아(Y2O3) 0.1~10몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어지고 기계적 강도가 800~1200MPa이고, 비커스 경도값(Hv)이 1300~1500kg/㎟인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기.
  2. 지르코니아(ZrO2) 91~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO 0.1~9몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어지고 기계적 강도가 800~1200MPa이고, 비커스 경도값(Hv)이 1300~1500kg/㎟인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기.
  3. 지르코니아(ZrO2) 92~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO 0.1~8몰%를 포함하는 세라믹으로 이루어지고 기계적 강도가 800~1200MPa이고, 비커스 경도값(Hv)이 1300~1500kg/㎟인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기.
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고강도 뼈분쇄기는 파괴인성이 8~10MPam½인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고강도 뼈분쇄기는 분쇄부재와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형의 삽입공이 수직으로 중앙에 형성되고 삽입공의 아랫면에 홈이 형성되어 있는 기기몸체와, 상기 기기몸체의 홈에 대응되는 요철부를 가지고 있고 삽입공에 삽입되도록 원통형으로 구성된 분쇄부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고강도 뼈분쇄기는 분쇄부재와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형의 삽입공이 수직으로 중앙에 형성된 기기몸체와, 상기 기기몸체의 삽입공에 삽입되도록 원뿔형으로 구성되어 있고 상부에 회전용 손잡이를 포함하는 분쇄부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기.
  8. 지르코니아(ZrO2) 90~99.9몰%와 이트리아(Y2O3) 0.1~10몰%를 포함하도록 칭량하고 상기 칭량된 지르코니아와 상기 이트리아를 혼합하고 분쇄하는 단계;
    혼합 및 분쇄된 지르코니아와 이트리아의 혼합 분말에 대하여 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계;
    상기 성형된 혼합물에 대하여 냉간 정수압 성형을 하는 단계;
    상기 정수압 성형된 성형체에 대하여 열처리를 하는 단계;
    상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계; 및
    상기 가공된 성형체에 대하여 산화분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  9. 지르코니아(ZrO2) 91~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 MgO 0.1~9몰%를 포함하도록 칭량하고 상기 칭량된 지르코니아와 상기 MgO를 혼합하고 분쇄하는 단계;
    혼합 및 분쇄된 지르코니아와 MgO의 혼합 분말에 대하여 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계;
    상기 성형된 혼합물에 대하여 냉간 정수압 성형을 하는 단계;
    상기 정수압 성형된 성형체에 대하여 열처리를 하는 단계;
    상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계; 및
    상기 가공된 성형체에 대하여 산화분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  10. 지르코니아(ZrO2) 92~99.9몰%와 열적 변성에 대한 내구성을 높이고 안정화를 위한 CaO 0.1~8몰%를 포함하도록 칭량하고 상기 칭량된 지르코니아와 상기 CaO를 혼합하고 분쇄하는 단계;
    혼합 및 분쇄된 지르코니아와 CaO의 혼합 분말에 대하여 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계;
    상기 성형된 혼합물에 대하여 냉간 정수압 성형을 하는 단계;
    상기 정수압 성형된 성형체에 대하여 열처리를 하는 단계;
    상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계; 및
    상기 가공된 성형체에 대하여 산화분위기에서 소결하는 단계를 포함하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열처리는 1차 열처리와 2차 열처리를 포함하고, 상기 냉간 정수압 성형된 성형체에 대하여 1차 열처리는 300~500℃에서 이루어지고, 1차 열처리된 상기 성형체에 대하여 온도를 상승시켜 진행되는 2차 열처리는 800~1100℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 일축방향의 압력을 가하여 성형하는 단계에서 분쇄부재와 연통되어 분쇄하기 위한 뼈가 삽입되는 타원형의 삽입공이 수직으로 형성되는 기기몸체를 성형하고, 상기 삽입공에 삽입되도록 원통형으로 구성된 분쇄부재를 성형하며, 성형 압력은 60~100kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계에서 분쇄부재에 요철부를 가공하고, 기기몸체에 홈을 가공하는 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  14. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 열처리된 성형체에 대하여 CAD/CAM을 이용해서 가공하는 단계에서 기기몸체를 덮을 수 있는 분쇄부재의 뚜껑을 가공하고, 상기 뚜껑에 대한 손잡이를 가공하는 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  15. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 냉간 정수압 성형을 하는 단계에서 성형 압력은 2000~4000bar인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
  16. 제8항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 소결하는 단계에서 소결온도는 1450~1650℃인 것을 특징으로 하는 고강도 뼈분쇄기의 제조방법.
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KR20090117848A (ko) * 2008-05-10 2009-11-13 (주)덴타임 치과용 드릴 제조를 위한 지르코니아 세라믹 소결체

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