KR101533530B1

KR101533530B1 - 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법

Info

Publication number: KR101533530B1
Application number: KR1020140077250A
Authority: KR
Inventors: 김광일
Original assignee: 김광일
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-07-02

Abstract

본 발명은 의료용 즉 치과용 보철 제작용의 주요한 재질로서 활용되고 있는 희토류 광물의 재생방법에 관한 것으로, 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법에 관한 것이다.
특히, 이 건 발명은 부분 안정화 지르코니아 블럭이 일단 사용되고 난 후, 그대로 폐기되는 희기 광물의 일종인 지르코니아 블럭을 다시 활용할 수 있도록 한 재생방법에 관한 것으로, 이 방법을 그대로 활용하면 최소의 비용을 들여 새로운 지르코니아 블럭을 재 사용할 수 있도록 하고, 이를 통해서 고가의 지르코니아 블럭과 동일한 효능과 기능을 발휘할 수 있는 저가의 재생된 지르코니아 블럭을 제작하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법에 관한 것이다.

Description

폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법{The method to recycle abondoned zirconia block}

본 발명은 의료용 즉 치과용 보철 제작용의 주요한 재질로서 활용되고 있는 희토류 광물의 재생방법에 관한 것으로, 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법에 관한 것이다.

특히, 이 건 발명은 부분 안정화 지르코니아 블럭이 일단 사용되고 난 후, 그대로 폐기되는 희기 광물의 일종인 지르코니아 블럭을 다시 활용할 수 있도록 한 재생방법에 관한 것으로, 이 방법을 그대로 활용하면 최소의 비용을 들여 새로운 지르코니아 블럭을 재 사용할 수 있도록 하고, 이를 통해서 고가의 지르코니아 블럭과 동일한 효능과 기능을 발휘할 수 있는 저가의 재생된 지르코니아 블럭을 제작하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법에 관한 것이다.

일반적으로 지르코니아는 다양한 분야에서 사용되고 있는 희토류 광물의 일종인데, 특히 치과용으로는 보철용 치아를 형성하여, 인간의 치아에 대응하여 사용할 수 있는 유용한 광물로서 처리된다. 이 지르코니아는 도시된 도 1에서와 같이 치관(9)으로 사용되는 물질이다. 대체적으로 인간의 치아와 색체와 미감 및 재질적 특성이 유사하여, 치아의 미감을 강조하고자 하는 전방의 치아(=앞 이빨)는 지르코니아 보철물이 주로 사용되고 있다.

그런데 이러한 지르코니아의 제작방법을 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

먼저 희토류광물인 지르코니아는 내측에 일정량의 안정화제를 투입하여 1차적인 소결의 과정을 거치며, 부분 안정화 지르코니아 블럭으로 제작한다. 즉 작은 입자 형태의 지르코니아 분말은 바인더를 투입하고, 일정한 형상, 블럭의 형상으로 형상을 유지한 상태에서 고온 고압의 조건을 거치게 하여, 블럭의 형태로 형상을 고정한다. 이때 고온의 조건은 약 1200℃ 정도인데, 제작되는 블럭의 기능에 따라서 그 조건에 차이가 발생될 수는 있다.

부분 안정화 지르코니아 블럭의 경우 도시된 도 3에서처럼 원형이나 다각형의 일정한 두께를 가진 블럭으로 제작된다. 그리고 그 블럭은 치과 치료자의 치료에 따라 정밀하게 진찰되고, 그 형상이 떠져 최대한 동일한 형상으로 절단되는 과정을 거치게 된다. 도시된 도 3에 일정한 형상의 구멍(15)이 커팅된 것을 확인할 수 있는데, 이 커팅된 부분(=구멍)이 바로 보철을 위한 치아가 절단된 구멍(15)이다. 하나의 블럭을 이용하여 그 보철용 치아가 본을 떠지게 되면, 부분안정화 지르코니아 블럭의 외형과 자투리(=폐지르코니아 블럭; 10) 부분만이 남겨지고, 이러한 블럭의 자투리는 결국 버려지게 된다. 대단한 낭비이다. 간단한 실례를 들어 이 낭비되는 부분을 계산해 본다.

현재 대한민국 전역에 치과 기공사 협회에 등록된 업체는 약 3,000개소가 되고, 미 등록된 업체의 경우 약 1,000개소가 된다. 즉, 약 4,000여개소의 치과 기공소가 운영되고 있고, 이 기공소 모두 이 건 발명과 같은 치과용 보철 지르코니아 블럭을 가공하여 사용한다. 특히 의료 행위로서 치과적인 시술 방식이 고도화되어 가고, 캐드캠의 보급이 늘어나 보다 정밀한 보철물의 제작이 가능하게 되었기에, 지르코니아 블럭의 사용은 더욱 늘어나고 있다. 또한 이러한 경향은 계속될 것이 예측되며, 임플란트의 시술에서도, 결국 치관의 제작은 지르코니아를 통해서 달성하는 경우가 많아지고 있기에 지르코니아 블럭의 사용은 기하 급수적으로 늘어날 것으로 예상된다.

현재의 경우도 우리 나라 전역의 치과 기공소에서는 이 사용한 지르코니아 블럭이 버려지고 있는데, 한달에 약 5kg 정도이다. 물론 이 하나의 치과 기공소에서 버려지는 5kg의 지르코니아는 4,000여개의 치과 기공소에서는 20,000kg이 버려진다. 실질적으로 지르코니아 블럭은 현재 1kg에 70,000원이기에 버려지는 지르코니아 폐 블럭의 총 질량 20,000kg은 14억원이 된다. 우리 나라 대한민국 전역에 소재하는 치과 기공소에서 한달에 버려지는 지르코니아 폐 블럭의 실질적인 가치는 14억원이기에 지금도 한 해마다 168억의 소중한 자원이 버려지는 것이다.

종래 지르코니아 분말을 이용하여 치과 의료용 보철물을 제작하는 방법은 도 2에서처럼, 이미 특허등록 제10-1137013호 "사출성형에 의한 치과용 지르코니아 임플란트 부재의 제조방법 및 이를 이용한 치과용 지르코니아 임플란트 부재"로 공개된 바 있다.

그러나 이 건의 경우도 순수한 지르코니아 분말을 이용하여 임플란트 부재를 제조하는 방법에 관한 것이기에 폐지르코니아를 재생하는 방식에 대해서는 특별한 언급이 없다.

결국 이러한 문제점은 향후 갈수록 증가할 것으로 보인다. 치과 기공소에서 사용되는 지르코니아 블럭은 계속해서 늘어나는 추세이고, 치과에서 치과 시술용으로 개발되는 다수의 보철물의 경우도 지르코니아를 더 사용하는 방안으로 개발되고 있으며, 지르코니아는 우리나라에서는 전혀 구할 수 없는 희귀종의 희토류 광물이기에 그러하다. 이 건 발명은 이 문제점을 해결하고자 한다.

본 발명은 의료용 즉 치과용 보철 제작용의 주요한 재질로서 활용되고 있는 희토류 광물의 재생방법에 관한 것으로, 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법을 제공하고자 한다.

특히, 이 건 발명은 부분 안정화 지르코니아 블럭이 일단 사용되고 난 후, 그대로 폐기되는 희기 광물의 일종인 지르코니아 블럭을 다시 활용할 수 있도록 한 재생방법에 관한 것으로, 이 방법을 그대로 활용하면 최소의 비용을 들여 새로운 지르코니아 블럭을 재 사용할 수 있도록 하고, 이를 통해서 고가의 지르코니아 블럭과 동일한 효능과 기능을 발휘할 수 있는 저가의 재생된 지르코니아 블럭을 제작하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른, 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법은, 제1 단계; 치과 보철물용 부분안정화 지르코니아 블럭을 사용하고 남은 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하여 미세한 입자로 형성하는 재생입자 성형단계(A10); 제2 단계; 상기 재생입자가 부분안정화 지르코니아 블럭을 제조할 수 있는 블럭입자가 될 수 있도록 한 후, 중량비를 기준으로 그 블럭입자가 50∼90%, 무기질 바인더가 10∼50% 투입하여 혼합하고, HOT 프레스에 투입하여 5∼40ton의 압력과 50∼400℃의 온도로 가압하여, 블럭의 형상을 성형하는 단계(A20); 제3 단계; 블럭으로 성형된 부분안정화 지르코니아 성형블럭을 노(爐)에 투입하고, 5℃에서 시작하여 1,200℃까지 승온시키며, 48∼72시간 이상 부분 소결시켜 탈바인딩 작업을 수행하는 단계(A30);를 포함하여 구성된다.

본 발명 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법에 따른, 볼밀에 폐지르코니아 블럭을 투입할 때, 지르코니아 볼, 알루미늄볼 및 알루미나볼을 내장하고; 볼밀의 분쇄공간으로 형성되는 공간의 내주면 즉, 투입된 지르코니아 블럭과 마찰을 일으킬 수 있는 접촉면이 되는 볼밀의 모든 구성요소에는 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나 접촉면을 선택적으로 형성하여 분쇄를 하되, 좁살의 크기로 초벌입자 분쇄를 하는 분쇄(Ⅰ)단계; 상기 초벌입자를 다시 임팩트식 분쇄, 디스크식 분쇄, 기류식 분쇄 및 나노 분쇄를 통한 2차분쇄를 가하여 입자가 나노∼20마이크로 크기의 지르코니아 재생입자를 형성하는 분쇄(Ⅱ)단계를 거치고 : 분쇄(Ⅱ)단계에서의 상기 임팩트식 분쇄, 디스크식 분쇄, 기류식 분쇄 및 나노 분쇄를 위해서 사용되는 임팩트식 분쇄기, 디스크식 분쇄기, 기류식 분쇄기 및 나노 분쇄기를 설비함에 있어서, 각각의 분쇄공간의 내주면과 재생을 위한 지르코니아 입자와 접촉되는 모든 구성요소는 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나 중 선택된 재질로 형성하며 : 재생블럭의 성형을 위한 지르코니아 재생입자를 포함하는 블럭입자는, 재생입자와 바인더만을 혼합하거나; 또는 재생입자, 지르코니아 순수입자와 바인더를 혼합한 형태가 모두 사용된다.

또한 본 발명 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법에 따른, 재생입자, 지르코니아 순수입자와 바인더를 혼합한 형태의 블럭입자는, 중량비를 기준으로 재생입자가 50∼90%를 투입하고 순수입자가 10∼50%를 투입하여 블럭입자를 형성하고 : 블럭의 재생을 위한 블럭입자에 투입되는 지르코니아 순수입자는, 지르코니아 원입자 100중량부 대비 1 내지 6중량부의 안정화제를 투입하여 생산한다.

본 발명에 따라 버려지던 고가이고, 희귀한 광물인 지르코니아 블럭이 재활용을 통해서 새로운 지르코니아 블럭으로 재생될 수 있도록 했다는 점에서 큰 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 치과용 보철 치아의 형상을 커팅하기에 가장 최적인 부분 안정화 지르코니아 블럭 재생의 방식으로 재생산하기에, 최소의 비용발생과 최적의 지르코니아 블럭을 생산할 수 있도록 했다는 점에서 큰 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라 모두 폐 지르코니아 블럭을 재생하여 새로운 지르코니아 블럭을 제작할 수 있도록 하면서도, 일정량은 순수한 지르코니아 분말을 혼합하여 새로운 지르코니아 블럭을 제작할 수 있도록 했기에 활용가능성이 높다는 점에서 큰 장점이 있다.

도 1은 종래 일반적으로 사용하던 지르코니아 임플란트 부재의 제조방법을 순차적으로 도시한 순서도,
도 2는 종래 지르코니아를 이용하여 치관을 제작한 상태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 지르코니아 블럭이 사용되어 구멍이 형성된 폐지르코니아 블럭을 도시한 순서도,
도 4는 본 발명의 폐지르코니아 블럭이 재생되어 재생블럭으로 완성되는 과정을 도시한 블럭도이다.

본 발명은 치과용 보철물의 일부 구성이 되는 지르코니아 치관 등의 재질로 사용되는 지르코니아 블럭에 대한 건이다. 따라서 이 건 발명의 구성과 그 작동의 형태를 도시된 도면과 함께 상세히 설명한다.

먼저, 이 건 발명은 제1 단계; 치과 보철물용 부분안정화 지르코니아 블럭을 사용하고 남은 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하여 미세한 입자로 형성하는 재생입자 성형단계(A10)를 거친다. 도시된 도 3에서처럼, 이 건 발명의 지르코니아 블럭은 치관(도 1 참조; 9)의 성형을 위해서 일정한 형상으로 커팅이 이루어진 폐지르코니아 블럭(10)으로 재생된다. 정확한 치관(9)의 형상으로 지르코니아 블럭에 다수의 본이 떠지면, 도시된 것처럼 블럭의 일부가 구멍(15)이 뚫린 형태로 자투리(=폐지르코니아 블럭; 10)를 남기게 된다. 자투리(=폐지르코니아 블럭; 10)는 종래에는 그대로 버려지게 되었는데, 이 건 발명의 경우 재생하여 새로운 지르코니아 재생블럭을 생산하여 지르코니아 블럭의 활용처럼 치관의 본을 뜰 수 있도록 한다. 사실상 지르코니아 블럭을 생산하는 것이다. 이를 위해서 이 건 발명에서는 도 3에 도시된, 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하여 미립자의 지르코니아 분말로 형성한다. 이렇게 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하여 미립자의 형태로 제작하면 이를 재생입자라고 한다. 그리고 이러한 재생입자를 성형하는 단계는 이 건 발명에서는 재생입자 성형단계라고 한다.

이후에 이 건 발명에서는, 제2 단계; 상기 재생입자가 부분안정화 지르코니아 블럭을 제조할 수 있는 블럭입자가 될 수 있도록 한 후, 중량비를 기준으로 그 블럭입자가 50∼90%, 무기질 바인더가 10∼50% 투입하여 혼합하고, HOT 프레스에 투입하여 5∼40ton의 압력과 50∼400℃의 온도로 가압하여, 블럭의 형상을 성형하는 단계(A20)를 거친다. 즉, 지르코니아 입자에 무기질 바인더를 혼합하여, 재생블럭을 제작한다. 지르코니아는 엄밀하게 안정화 지르코니아와 부분안정화 지르코니아로 구분된다. 부분안정화 지르코니아의 경우 이 건 발명의 치과 보철용 지르코니아 블럭을 제작하는데 사용되며, 안정화 지르코니아의 경우 다음의 단계로, 큐빅으로 사용되기도 하는 등 별도의 사용처를 갖는다.

이 건 발명의 지르코니아는 부분안정화 지르코니아로서 순수한 지르코니아 분말에 산화이트늄과 같은 안정화제를 투입하고, 잘 혼합한 후, 부분 소결시켜 부분안정화 지르코니아로 제작한 블럭이다. 따라서 이 부분안정화 지르코니아 블럭을 분쇄하여 다시 분말의 형태로 만들었어도, 부분안정화 지르코니아 분말이 된다.

실질적으로 부분안정화 지르코니아와 안정화제의 투입없는 순수한 지르코니아의 차이점은 강도에 있다. 순수한 지르코니아가 소결되어 일정한 형상을 갖추게 되면 잘 깨지는 경향이 있다. 사실 치과용에서 보철용으로 사용되는 지르코니아 블럭의 경우, 일정한 치아의 형상으로 먼저 가공되야 하는데, 이러한 가공을 하고자 하는 상태에서 순수한 지르코니아 블럭은 깨지고 쪼개져, 치아 형상으로 가공하기 힘들다.

물론 이 건 발명의 부분안정화 지르코니아 블럭은 일정한 치아의 형상으로 커팅되는 가공이 있고 나서는, 별도의 소결과정을 더 거쳐, 세라믹의 형태처럼 구워 완벽한 치아의 형태로 재질 변경을 거친다.

다시 한 번 설명한다. 이 건 발명과 같은 치과 보철용 지르코니아 블럭은 우선 치아의 형상을 제작하고 모양을 성형하기 위해서 부분안정화 지르코니아 블럭의 형태로 제작한다. 부분안정화 지르코니아 블럭의 경우 치아의 형상으로 커팅하는 과정에서 부서지거나 쪼개지는 현상이 작기에 작업이 유리하다. 그런데 이렇게 부분안정화된 지르코니아 치아가 그대로 치아로 사용되면, 문제가 생길 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 모든 치과 기공소와 치과에서는 일단 환자에게 맞는 치아의 형상이 부분안정화 지르코니아 블럭을 통해서 떠지게 되면, 이를 고형화시키기 위해서 다시 한 번 소결의 과정을 거친다. 더 높은 온도로 소결시켜 마치 세라믹과 같은 재질로 변화시키는 것이다. 바로 이러한 단계까지 더 나아간 것이 치아로서 활용되는 것이다. 그런데 이 건 발명은 상기 치아로 성형되기 전, 즉, 지르코니아 블럭을 제작하는 제조방법에 관한 것이다.

특히, 부분안정화 지르코니아 블럭에서 다수의 치아를 가공하여 자투리로 남은 지르코니아 블럭을 모아 재 가공하여 새로운 지르코니아 블럭을 제작하는 방법에 관한 것이다. 따라서 종래의 지르코니아 블럭의 제작방법에서처럼, 지르코니아 입자에 안정화제를 투입할 필요가 없다. 이미 혼합되어 가공된 것을 분말화시켰기 때문이다.

단지 분말화된 부분안정화 지르코니아 입자들은 다시 블럭의 형상으로 고형화되어야 하는데, 이를 위해서 별도의 바인더를 투입하게 된다. 이 바인더는 무기질 바인더가 사용된다.

보다 정확하게 이 건 발명을 설명하자면, 제1 단계를 거치며, 폐지르코니아 블럭(10)의 자투리가 분쇄되어 미립자의 형태로 변화된다. 실질적으로 재생입자가 완성된 것이다. 이 재생입자인 미립자의 부분안정화 지르코니아 분말은 형상 고정을 위해서 무기질 바인더를 투입하여 블럭의 형태로 가압한다. 이때, 후술하겠지만 이 건 발명의 경우 재생입자만을 투입하여 무기질 바인더와 혼합시키는 방식과 재생입자와 순수한 다른 지르코니아 분말을 더 투입하고 여기에 무기질 바인더를 혼합시키는 방식의 2가지로 나뉘게 된다. 실질적으로 무기질 바인더와 혼합되는 마지막 부분안정화 지르코니아 입자를 블럭입자라고 한다. 즉, 이 건 발명에서는 부분안정화 폐지르코니아 블럭을 분쇄하여 미립자한 재생입자와 무기질 바인더와 혼합할 때, 재생입자를; 부분안정화 폐지르코니아 블럭을 분쇄하여 미립자한 재생입자와 순수한 지르코니아 순수입자를 혼합하고 이곳에 무기질 바인더를 혼합하여 고형화시키고자 할 때, 재생입자와 순수입자를; 모두 블럭입자라 한다. 블럭입자는 바인더를 투입하여 바로 블럭으로 형상을 고형화시킬 수 있는 상태의 입자를 칭하는 것이다.

아무튼 이렇게 형상을 성형할 때, 중요한 조건은 전술된 것처럼, 블럭입자가 50∼90%, 무기질 바인더가 10∼50% 투입하여 혼합하고, HOT 프레스에 투입하여 5∼40ton의 압력과 50∼400℃의 온도로 가압하여, 블럭의 형상을 성형한다. 여기서 무기질 바인더는 액상으로 블럭입자가 경화되어 서로 견고히 달라 붙을 수 있도록 한다. 이러한 무기질 바인더와 동일 내지 유사한 작용을 위해서 이 건 발명에서는 RESCOR760TM 바인더(미국산), HI-TEMP 643-1을 사용하여 고형화한다. 액상의 바인더를 통해서 블럭입자가 서로 끈끈하게 혼합될 수 있도록 한 후, 뜨거운 HOT 프레스에 넣어 약 5∼40ton의 압력으로 가압을 한다. 이때 온도는 약 50∼400℃로 올린 상태에서 강하게 가압하게 되는데, 이 과정에서 실질적으로 고온, 고압으로 밀착되며 어느 정도 탈 바인딩을 한다.

다음으로 이 건 발명은 제3 단계; 블럭으로 성형된 부분안정화 지르코니아 성형블럭을 노(爐)에 투입하고, 5℃에서 시작하여 1,200℃까지 승온시키며, 48∼72시간 이상 부분 소결시켜 탈바인딩 작업을 수행하는 단계(A30)를 거친다. 실질적으로 탈 바인딩의 단계를 거치며, 소성가공을 한다. 즉, 일정한 형상으로 형상을 안정화시킨 부분안정화 지르코니아 성형블럭을 로에 넣어 부분 소결시킨다. 전기로에 넣어 약 1200℃까지 가열을 행하는데, 승온의 방식은 정확하게 일률적으로 정하기 힘들다. 단지, 전기로에서 약 1500℃ 이상의 온도로 가열하게 되면, 이 지르코니아 블럭은 세라믹의 형태가 된다. 세라믹의 형태는 절삭 가공을 하게 되면 잘 깨지거나 쪼개지는 문제점을 가진다. 사실 지르코니아 블럭은 우선 치료를 요하는 환자의 치아 형상에 따라 절삭되야 하는데, 이 과정에서 지르코니아 블럭이 의도치 않은 방향으로 깨지게 되면 형상 가공이 어렵다. 물론 형상이 가공되고 나서는 치과 기공소나 치과에서 별도의 열처리 작업을 통해서 세라믹화하여 치아로 사용하는 것은 후단계의 가공방식이다.

이 건 발명에서는 폐지르코니아 블럭(10)을 미세하게 분쇄하여, 다시 블럭으로 가공하는 재활용 방법이기에 세라믹이 되기 전까지만 소결시킨다. 특히 온도의 가온의 방식도 천천히 온도를 가온시킨다. 5℃에서 시작하여 천천히 온도를 올리되, 최대온도가 1200℃가 될 때까지 가온한다. 그리고 이러한 가온의 시간은 약 48∼72 시간이 필요하다. 사실 이 가온의 방식은 이미 공지된 상태이며, 다변적이기에 특별히 한정하기 힘들다. 천천히 가온하여 1200℃까지 가는 것이 중요하고, 다른 조건은 변동이 가능하다. 일찍 1200℃로 가온시키고, 소결시간을 단축시키는 방법도 가능하고, 소결시간을 길게 가지되, 느리게 1200℃로 가온시키는 방식도 가능하다.

이 건 발명은 실질적으로 종래의 희토류 광물인 지르코니아 분말을 이용하여 지르코니아 블럭을 제조하는 방법과 사실상 동일 내지 유사하다. 단지 이 건 발명은 폐지르코니아 블럭을 이용하여 치과용 치르코니아 블럭으로 재생시킨다는 점에서만 특징이 있다. 이는 상당히 큰 수익을 제공하기에 활용가능성이 높다. 결국 이 건 발명은 폐지르코니아 블럭(10) 즉 이미 사용하고 남은 자투리 블럭을 잘게 분쇄하여, 미립자로 만드는 과정이 가장 중요하다. 미립자로 분쇄하여 새로운 지르코니아 블럭을 제조하는데 가장 효과적인 형태를 유지하는 것이 가장 바람직한 것이다. 또한 이렇게 미립자로 제조할 때, 또는 그 과정 중에 불순물이 들어가면 안된다. 만일 금속류나 기타 불순물이 조금이라도 섞이게 되면, 커팅하는 과정에서 부서지거나 쪼개지는 현상이 발생되어, 문제가 생긴다.

결국 이 건 발명에서 가장 중요한 사항은 자투리 블럭 즉, 폐지르코니아 블럭(10)을 미립자의 형태로 분쇄하되, 불순물이 섞이지 못하도록 하는 것이다. 그럼 그러한 분쇄의 과정을 보다 상세히 살펴본다.

즉, 이 건 발명은 볼밀에 폐지르코니아 블럭(10)을 투입할 때, 지르코니아 볼, 알루미늄볼 및 알루미나볼을 내장하고; 볼밀의 분쇄공간으로 형성되는 공간의 내주면 즉, 투입된 지르코니아 블럭과 마찰을 일으킬 수 있는 접촉면이 되는 볼밀의 모든 구성요소에는 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나 접촉면을 선택적으로 형성하여 분쇄를 하되, 좁살의 크기로 초벌입자 분쇄를 하는 분쇄(Ⅰ)단계를 거치고, 상기 초벌입자를 다시 임팩트식 분쇄, 디스크식 분쇄, 기류식 분쇄 및 나노 분쇄를 통한 2차분쇄를 가하여 입자가 나노∼20마이크로 크기의 지르코니아 재생입자를 형성하는 분쇄(Ⅱ)단계를 거치며 폐지르코니아 블럭을 작은 미립자의 형태로 재생입자를 형성한다.

본 발명에서는, 분쇄의 단계가 2단계의 형태로 이루어지는데, 처음은 볼밀을 이용하여 좁쌀 정도의 크기까지 분쇄(=초벌입자 분쇄)하고, 다음은 이 좁쌀크기의 폐지르코니아를 임팩트식, 디스크식, 기류식, 나노 분쇄를 통해서 2차 분쇄하여, 입자의 크기가 나노∼20마이크로의 크기가 될때까지 분쇄시킨다. 이렇게 2단으로 분쇄하는 이유는 보다 빠른 시간에 대량의 분쇄를 가능하게 한다.

보다 상세히 분쇄의 과정을 설명한다. 볼밀이란 분쇄공간의 내측에 다수의 볼을 내장하고, 볼과 분쇄를 요하는 폐지르코니아가 서로 마찰을 일으키도록 하여 폐지르코니아가 분쇄되도록 하는 분쇄기이다. 사실상 공지된 분쇄기로 다양한 형태로 제작되어 사용되고 있었다. 그러나 이 건 발명의 볼밀은 분쇄를 하는데 있어서 가장 중요하게, 투입되는 볼의 재질이 지르코니아로 제작된 볼, 알루미늄으로 제작된 볼, 알루미나로 제작된 볼 중에서 선택된 볼을 투입한다는 점에서 특징이 있다. 잦은 볼과 폐지르코니아 블럭(10)과의 마찰에서 폐지르코니아는 분쇄되지만, 볼도 분쇄되어 분쇄된 입자가 불순물로서 작용되지 않도록 하기 위함이다. 아니 반드시 볼에서도 분쇄물이 발생되는 것이 당연하기에, 분쇄되어도 지르코니아의 순도에 영향을 주지 않는 지르코니아로 제작한 볼을 투입하는 것이 좋다.

또한 이러한 볼이 알루미늄으로 제작되어도 무방하고, 알루미나로 제작되어도 무방하다. 알루미늄이나 알루미나는 원칙적으로 치과 보철용 부분안정화 지르코니아 블럭에 일부 포함되는 구성물이다. 미소량은 항상 포함하고 있다. 100% 순도의 지르코니아를 가지고 블럭을 만들게 되면, 형상 가공이 어렵기에 일정량의 알루미늄이나 알루미나는 지르코니아 블럭에 투입하고 제작하고 있었기에 볼의 분쇄물로 들어가는 소량은 무시할 수 있다.

또한 이 건 발명의 볼밀에서 중요한 다른 사항은 분쇄공간을 형성하는 기체의 내주면도 역시 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나로 제작한다. 볼과 폐지르코니아 블럭(10)이 부딪치면서 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하고, 또 분쇄공간을 형성하는 기체의 내주면도 마찰에 의해서 분진이 떨어지더라도, 지르코니아 입자 순도에 영향을 주지 않을 재질로 분쇄공간을 형성하는 것이다. 이상은 볼밀의 경우에만 적용되는 사항은 아니다.

이 건 발명의 경우 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하여 재생입자로 형성하는 분쇄단계를 분쇄(Ⅰ)단계와 분쇄(Ⅱ)단계로 구분하고 있다. 분쇄(Ⅰ)단계에서는 볼밀에 폐지르코니아(10)를 투입하고 좁쌀의 크기 정도로 분쇄를 시키고(=초벌입자 분쇄), 이후에는 분쇄(Ⅱ)단계에 투입된다. 분쇄(Ⅱ)단계에는 다양한 형태로 분쇄가 가능한데, 분쇄기의 형태에 따라서 다양하게 사용이 가능하다. 임팩트식 분쇄기를 사용하거나, 디스크식 분쇄기를 사용할 수도 있다. 또한 기류식 분쇄기, 나노 분쇄기를 사용할 수도 있다. 기류식은 고압의 공기의 흐름을 통해서 분쇄하는 방식이고, 디스크식은 회전하는 디스크와의 마찰을 통해서 분쇄하는 방식이다. 이들 모두 이 건 발명의 폐지크코니아 블럭(10)을 더 세밀하게 분쇄할 수 있다. 1차적인 분쇄(Ⅰ)단계를 통해서 좁쌀의 크기로 분쇄된 폐지르코니아 블럭은 각각, 임팩트식 분쇄기, 디스크식 분쇄기, 기류식 분쇄기, 나노 분쇄기에 투입되어 더 작은 입자의 크기로 분쇄된다.

이 과정에서도 중요한 사항은 상기 분쇄(Ⅱ)단계에서의 상기 임팩트식 분쇄, 디스크식 분쇄, 기류식 분쇄 및 나노 분쇄를 위해서 사용되는 임팩트식 분쇄기, 디스크식 분쇄기, 기류식 분쇄기 및 나노 분쇄기를 설비함에 있어서, 각각의 분쇄공간의 내주면과 재생을 위한 지르코니아 입자와 접촉되는 모든 구성요소는 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나 중 선택된 재질로 형성한다. 전술된 분쇄(Ⅰ)단계에서 분쇄공간을 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나로 제작하는 이유와 동일하다.

이 건 발명은 2차적인 분쇄의 과정을 도입하여 가장 빠른 시간에 다량의 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄시키도록 하고, 기체를 성형함에 있어서 중요한 요부에는 지르코니아, 알루미늄, 알루미나를 적용하여 순도의 향상에 도움이 되고자 했다.

이 건 발명에서는 전술된 설명에서처럼, 폐지르코니아를 가공하여 미세한 입자의 형태로 제작한 재생입자로 제작한다. 그리고 이 재생입자에 다시 무기질 바인더를 투입하고 고형화시키는 과정을 거치며 지르코니아 블럭으로 변화시킨다. 이때 이 건 발명에서는 상기 블럭으로 상태변화시키기 위해서 무기질 바인더와 혼합하는 분말을 블럭입자라고 하는데, 이 블럭입자는 2가지 형태의 실시예를 가진다.

하나는 전술된 설명에서처럼, 폐지르코니아 블럭(10)을 가공하여 재생입자로 제조했다면, 이 재생입자에 무기질 바인더를 혼합하여 부분안정화 지르코니아 재생블럭을 제조하는 방법이고, 다른 하나는 상기 재생입자를 일부 투입하고 순수한 지르코니아(=순수입자)를 더 투입한 후 여기에 무기질 바인더를 혼합하여 부분안정화 지르코니아 재생블럭을 제조하는 방법이다. 이 건 발명에서는 이 모든 실시예에 특징이 있다.

특히 후자의 경우인, 상기 재생입자, 지르코니아 순수입자와 바인더를 혼합한 형태의 블럭입자는, 중량비를 기준으로 재생입자가 50∼90%를 투입하고 순수입자가 10∼50%를 투입하여 블럭입자를 형성한다. 재생입자가 순수입자에 비하여 다소 많은 중량으로 투입되어, 지르코니아 블럭을 제작함이 더 바람직하다. 저렴한 가격을 형성할 수도 있고, 질적으로도 문제가 발생되지 않는다.

특히 상기 블럭의 재생을 위한 블럭입자에 투입되는 지르코니아 순수입자는, 지르코니아 원입자 100중량부 대비 1 내지 6중량부의 안정화제를 투입하여 생산하는 것이 바람직하다. 이 건 발명은 부분안정화 지르코니아 블럭을 제작해야만 한다. 이유는 설명한 것처럼, 치과 보철용 지르코니아 블럭의 경우, 일정량의 안정화제가 투입되어 부분안정화 지르코니아 블럭이 되는 것이 절삭 가공시 유리하다. 따라서 모든 치과 보철용 지르코니아 블럭은 내측에 일정량의 안정화제가 투입된 상태로 융착된다.

그 후, 이 지르코니아 블럭이 사용이 이루어지고, 폐지르코니아 블럭으로 남게되고, 자투리 블럭이 이 건 발명의 분쇄의 과정을 거치더라도 부분안정화를 잃어버리는 것이 아니다. 이미 지르코니아 블럭의 내측에는 안정화제가 일정량 포함된 상태로 고형화되었다가 다시 분말의 형태로 형태 변화된 것이기에 이 분말의 내측에는 안정화제가 일정량 포함되어 있다.

그런데 이 건 발명에서는 상기 재생입자에 무기질 바인더를 혼합하여 재생블럭을 제조하는 제1 방안 이외에 재생입자에 순수입자를 더 추가하고, 이에 무기질 바인더를 혼합하여 재생블럭을 제조하는 제2 방안도 개발하였다. 이때(=제2 방안)에는 투입되는 순수입자에도 안정화제를 별도로 추가해야 하는데, 그 양이 지르코니아 원입자 100중량부 대비 1 내지 6중량부의 안정화제를 투입한다. 혼합시 항상 일정한 비율의 안정화제가 투입되어 부분안정화 재생 지르코니아 블럭이 성형될 수 있도록 한 배려이다.

10; 폐지르코니아 블럭 15; 구멍

Claims

제1 단계; 치과 보철물용 부분안정화 지르코니아 블럭을 사용하고 남은 폐지르코니아 블럭(10)을 분쇄하여 미세한 입자로 형성하는 재생입자 성형단계(A10);
제2 단계; 상기 재생입자가 부분안정화 지르코니아 블럭을 제조할 수 있는 블럭입자가 될 수 있도록 한 후, 중량비를 기준으로 그 블럭입자가 50∼90%, 무기질 바인더가 10∼50% 투입하여 혼합하고, HOT 프레스에 투입하여 5∼40ton의 압력과 50∼400℃의 온도로 가압하여, 블럭의 형상을 성형하는 단계(A20);
제3 단계; 블럭으로 성형된 부분안정화 지르코니아 성형블럭을 노(爐)에 투입하고, 5℃에서 시작하여 1,200℃까지 승온시키며, 48∼72시간 이상 부분 소결시켜 탈바인딩 작업을 수행하는 단계(A30);를 포함하여 구성되어, 이미 사용된, 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계의 재생입자 성형단계는,
볼밀에 폐지르코니아 블럭을 투입할 때, 지르코니아 볼, 알루미늄볼 및 알루미나볼을 내장하고; 볼밀의 분쇄공간으로 형성되는 공간의 내주면 즉, 투입된 지르코니아 블럭과 마찰을 일으킬 수 있는 접촉면이 되는 볼밀의 모든 구성요소에는 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나 접촉면을 선택적으로 형성하여 분쇄를 하되, 좁살의 크기로 초벌입자 분쇄를 하는 분쇄(Ⅰ)단계;
상기 초벌입자를 다시 임팩트식 분쇄, 디스크식 분쇄, 기류식 분쇄 및 나노 분쇄를 통한 2차분쇄를 가하여 입자가 나노∼20마이크로 크기의 지르코니아 재생입자를 형성하는 분쇄(Ⅱ)단계를 거치는 것을 특징으로 하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법.
제2항에 있어서,
분쇄(Ⅱ)단계에서의 상기 임팩트식 분쇄, 디스크식 분쇄, 기류식 분쇄 및 나노 분쇄를 위해서 사용되는 임팩트식 분쇄기, 디스크식 분쇄기, 기류식 분쇄기 및 나노 분쇄기를 설비함에 있어서, 각각의 분쇄공간의 내주면과 재생을 위한 지르코니아 입자와 접촉되는 모든 구성요소는 지르코니아, 알루미늄 및 알루미나 중 선택된 재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 부분 안정화 지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법.
제1항 또는 제3항에 있어서,
재생블럭의 성형을 위한 블럭입자는,
재생입자와 바인더만을 혼합하거나; 또는 재생입자, 지르코니아 순수입자와 바인더를 혼합한 형태가 모두 사용되는 것을 특징으로 하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법.
제4항에 있어서,
재생입자, 지르코니아 순수입자와 바인더를 혼합한 형태의 블럭입자는, 중량비를 기준으로 재생입자가 50∼90%를 투입하고 순수입자가 10∼50%를 투입하여 블럭입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법.
제5항에 있어서,
블럭의 재생을 위한 블럭입자에 투입되는 지르코니아 순수입자는,
지르코니아 원입자 100중량부 대비 1 내지 6중량부의 안정화제를 투입하여 생산하는 것을 특징으로 하는 폐지르코니아 블럭을 재생하여, 부분 안정화 지르코니아 블럭을 성형하는 블럭 재생방법.