KR101773130B1 - 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지르코니아 분말의 입도를 기존과 차별되게 구성하여 수축률이 최소화된 지르코니아 블록을 제조함으로써 감소한 수축률에 의해 크라운의 가공 시간이 절약됨은 물론, 동일한 사이즈의 지르코니아 블록으로 기존보다 많은 수량의 크라운을 생산할 수 있는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 치아 가공용 지르코니아 블록은 지르코니아를 30㎚ 내지 1㎛ 입도로 분쇄하는 분말 생성단계(S10);와, 분쇄된 분말을 블록형태로 가공한 뒤 크라운의 형태로 절삭하는 크라운 성형단계(S20);와, 성형된 크라운을 소결하는 크라운 소결단계(S30);로 구성된다.

Description

수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법{Method of Manufacturing for Zirconia block}

본 발명은 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지르코니아 분말의 입도를 기존과 차별되게 구성하여 수축률이 최소화된 지르코니아 블록을 제조함으로써 감소한 수축률에 의해 크라운의 가공 시간이 절약됨은 물론, 동일한 사이즈의 지르코니아 블록으로 기존보다 많은 수량의 크라운을 생산할 수 있는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법에 관한 것이다.

기존의 치아 가공용 지르코니아 블록은 약 19% 이상의 수축률이 있다.

위 수축이란 통상적인 의미에서 외부적인 요인에 의해 물체가 오그라들거나 줄어드는 현상을 의미하며 본 발명에서의 수축률이란 지르코니아 분말을 압축 성형하여 치아 가공용 지르코니아 블록을 생성하고 이렇게 생성된 지르코니아 블록을 크라운으로 가공할 때 발생하는 수축의 비율을 일컫는다.

한편, 수축률에 관련된 금속 제조방법의 일례로 등록특허 제10-0239217호 "마이크로파를 이용한 저수축 다공성 알루미나 제조방법"이 게재되어 있으며, 위 종래 기술은 알루미나의 제조비용과 공정시간이 단축하기 위한 목적에 있다. 위 종래기술인 마이크로파를 이용한 저수축 다공성 알루미나 제조방법은 35 체적분률 알루미늄과 65 체적분률 알루미나의 혼합분말 성형체를 마이크로파로 알루미늄 입자를 급속산화시켜 알루미나로 전이시킬 때 발생하는 28% 부피 팽창으로 소결시 수축률을 억제하는 동시에 소결공정도 함께 이루어져서 단시간(1시간) 내에 선수축 변화율 -4.5% 겉보기 밀도 2.88(g/cc)의 저수축 다공성 알루미나를 제조할 수 있는 기술을 제공한다.

이렇게 수축률이 감소한 금속류를 이용하면 제품을 생산시간이 단축됨은 물론, 수축에 의한 제품의 변형이 감소하여 제품의 품질향상에 기여할 수 있다.

위와 같이 수축률이 감소하면 제품의 생산시간 단축과 수축에 의한 형태변형을 억제하여 제품의 품질이 향상되는 결과를 취득할 수 있으나, 치아 가공용 지르코니아 블록을 제조하는 방법은 심미성에 주된 목적이 있기 때문에 아직까지도 수축률에 의한 고질적인 문제점은 작업자가 고스란히 감내하고 있다.

예컨대 약 19% 이상의 수축률을 갖는 치아 가공용 지르코니아 블록은 하소과정에서부터 약 20% 정도의 수축이 발생함은 물론, 수축이 오는 동안 치아의 형태와 두께에 따라서 부분적으로 수축률이 일정하지 않게 되는 문제점이 발생함과 더불어, Long bridge와 같은 긴 형태의 크라운 제작 시 위와 같은 원인으로 조금씩 휨 현상이 일어나는 문제점도 동반된다.

기존의 지르코니아 블록의 제조방법 중 일례로 공개특허 제10-2015-0118549호 "지르코니아 블록 및 그 제조방법"이 게재되어 있으며, 소성시 색조에 차이가 구분되는 지르코니아 분말층을 형성하여 제조된 지르코니아 블록을 소성 공정을 통해 자연 치아와 유사한 계조를 나타내게 하는 것이 위 종래기술의 주된 목적이다.

위 종래기술은 각 분말층의 경계에 위한 입자들이 자연스럽게 혼합되어 소성시 발색이 되면서 자연치와 유사한 계조를 나타낼 수 있도록 입경 90~110nm을 갖는 지르코니아 그래뉼로 지르코니아 블록을 생성한다.

하지만, 위의 90~110nm의 입경은 기존의 지르코니아 블록을 생성하는 분말의 입도와 크게 차이나지 않으며 단지 소성시 발색이 되면서 자연치아와 유사한 계조를 나타낼 수는 있으나 지르코니아 블록의 수축률을 감소시킬 수는 없다.

이처럼 현재까지의 지르코니아 블록을 제조하는 방법은 자연치와 유사한 색상 계조를 띄기 위한 목적으로만 개발이 치우쳐져 있으며, 실질적으로 일정한 성형을 통해 크라운의 형태적 품질 향상을 위한 노력은 매우 미비한 수준이다. 따라서, 크라운의 적합한 색상 구배를 유지하는 것은 물론, 지르코니아의 수축률을 감소시켜 제품 내구성, 가공성, 생산성을 극대화할 수 있는 방법이 시급한 실정이다.

대한민국등록특허 제10-0239217호 "마이크로파를 이용한 저수축 다공성 알루미나 제조방법" 대한민국공개특허 제10-2015-0118549호 "지르코니아 블록 및 그 제조방법"

본 발명은 위의 제반 문제점을 보다 적극적으로 해소하기 위하여 창출된 것으로, 지르코니아 블록의 층별로 색상 구배를 유지함은 물론, 지르코니아의 소결과정에서 기존의 20%가량 수축이 발생하던 문제점을 타개하고자 하는 것이 주된 해결과제이다.

더불어, 수축이 발생하는 동안 치아의 형태와 두께에 따라서 부분적으로 수축률이 일정하지 않는 문제점, 특히 Long bridge와 같은 긴 형태의 크라운 제작 시 부분적 수축률 변형 원인으로 크라운의 비틀림 현상을 예방하는 것이 다른 해결 과제이다.

마지막으로, 위의 지르코니아 블록을 통해 크라운 가공 시간을 단축하고, 기존의 동일한 크기의 지르코니아 블록으로 더욱 많은 양의 크라운을 생산할 수 있도록 구성하는 것이 또 다른 해결과제로 한다.

위의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서 제안하는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법은 다음과 같다.

위 지르코니아를 30㎚ 내지 1㎛ 입도로 분쇄하는 분말 생성단계(S10);와, 분쇄된 분말을 블록형태로 가공한 뒤 크라운의 형태로 절삭하는 크라운 성형단계(S20);와, 성형된 크라운을 소결하는 크라운 소결단계(S30);로 구성된다.

또한, 위 크라운 성형단계(S20)는 분쇄된 분말을 프레스 또는 냉간등방압 성형기를 이용하여 분쇄된 분말을 1000bar 내지 4000bar의 압력으로 가압하여 성형밀도가 향상된 크라운을 제작하는 것에 특징이 있다.

또한, 위 크라운 성형단계(S20)는 분쇄된 분말을 슬릿 캐스팅(Slit Casting)으로 가공하여 성형밀도가 향상된 크라운을 제작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 위 크라운 소결단계(S30)는 소결한 크라운이 0.04 내지 0.05㎡/g의 BET 비표면적을 나타내는 것을 특징으로 한다.

마지막으로 위 크라운 소결단계(S30)에서 크라운은 수축률이 10 내지 18%인 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 의하면, 수축률이 10 내지 18%인 지르코니아 블록을 제공함으로써 소결과정에서 발생하는 수축률을 기존에 비해 탁월하게 감소시킬 수 있다.

또한, 소결과정에서 발생하던 수축률을 감소시킴으로써 크라운의 형태와 두께에 따라 부분적으로 수축률이 일정하지 않던 문제점을 적극적으로 해소할 수 있는 다른 효과가 있다.

또한, 위와 같이 부분적으로 수축률이 일정하지 않던 문제점이 타개됨으로써 Long bridge와 같은 긴 형태의 크라운 제작 시 뒤틀림 현상을 예방할 수 있는 효과가 있으며, 수축률이 낮으므로 실제 가공 시 크라운의 크기도 축소되어 가공시간을 절약할 수 있음은 물론, 기존과 동일한 크기의 지르코니아 블록으로 더욱 많은 양의 크라운을 생산할 수 있는 또 다른 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의하여 구성되는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법에서 제조 공정을 순차적으로 나열한 플로차트.

이하, 첨부도면을 참고하여 본 발명의 구성 및 이로 인한 작용, 효과에 대해 일괄적으로 기술하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그리고 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명은 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법에 관한 것이다.

무엇보다, 더욱 상세하게는 지르코니아 분말의 입도를 기존과 차별되게 구성하여 수축률이 최소화된 지르코니아 블록을 제조함으로써 감소한 수축률에 의해 크라운의 가공 시간이 절약됨은 물론, 동일한 사이즈의 지르코니아 블록으로 기존보다 많은 수량의 크라운을 생산할 수 있는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법에 관한 것임을 주지한다.

통상적으로 지르코니아 블록은 50 내지 150nm의 입도의 지르코니아 분말을 프레스 또는 CIP 공법으로 생산하는데 이러한 방법으로 생산된 지르코니아 블록은 약 19% 이상의 수축률을 갖는다. 예컨대 약 19% 이상의 수축률을 갖는 치아 가공용 지르코니아 블록은 소결과정에서부터 약 20% 정도의 수축이 발생함은 물론, 수축이 오는 동안 치아의 형태와 두께에 따라서 부분적으로 수축률이 일정하지 않게 되는 문제점이 발생함과 더불어, Long bridge와 같은 긴 형태의 크라운 제작 시 위와 같은 원인으로 조금씩 휨 현상이 일어나는 문제점이 동반된다.

본 발명은 위와 같은 고질적인 문제점을 적극적으로 타개하기 위한 목적을 갖고 있으며 다음과 같은 제조과정과 제조방법으로 위의 문제점을 완벽하게 해소하였다.

본 발명의 자세한 구성을 설명하기에 앞서, 도 1에 도시된 플로차트와 같이 본 발명의 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법은 분말 생성단계(S10);와, 크라운 성형단계(S20);와, 크라운 소결단계(S30)로 구성된다.

위 분말 생성단계(S10)는 지르코니아를 30㎚ 내지 1㎛ 입도로 분쇄하는 단계이다.

특히, 위 분말 생성단계(S10)에서 지르코니아는 바인더(Binder)가 제거된 지르코니아를 사용하며, 아래는 바인더를 제거하지 않은 순수 지르코니아 분말과 바인더가 제거된 지르코니아 분말을 각각 압축 성형장비에 넣고 가압함으로써 바인더가 지르코니아 블록에 미치는 영향을 비교 분석하였다.

아래 표에서 비교 예는 바인더가 포함된 지르코니아 분말로 생성한 지르코니아 블록이고, 실시 예는 바인더를 제거한 지르코니아 분말로 생성한 본 발명의 지르코니아 블록이다.

<바인더 함유 유무에 따른 지르코니아 블록의 성질 비교표>

위의 비교표에서도 알 수 있듯이 지르코니아 분말에 바인더가 제거됨에 따라 입자간 코팅 막이 제거되어 입자의 크기가 0.5 내지 1㎛가량 미세해짐은 물론, 압축 성형 작업시 입자간 결합력이 향상되어 내구성이 우수해졌다. 반면, 입자 간에 결합력이 향상되면서 수축률이 최소 1% 이상 현저히 감소하는 것을 알 수 있었다. 더불어, 바인더가 제거되면서 지르코니아 블록이 방전에 강한 고 안정성을 내포하게 되었다.

하지만, 위 바인더가 제거된 지르코니아를 사용하는 것은 본 발명의 바람직한 실시 예에 관한 것일 뿐 여기에 국한하지는 않는다.

위 크라운 성형단계(S20)는 분쇄된 분말을 블록형태로 가공한 뒤 크라운의 형태로 절삭하는 단계이며, 본 발명의 크라운은 분쇄된 지르코니아 분말을 프레스 또는 슬릿 캐스팅 가공법 중 하나의 가공법을 선택하여 블록형태로 가공이 실시된다.

예컨대, 프레스 가공방법은 분쇄된 분말을 압축 성형 장비에 투입한 뒤, 고압으로 가압하여 제조하는 것이 가장 바람직한 방법이며, 본 발명에서는 프레스 또는 냉간등방압 성형기를 이용하였으나 성형장치의 종류를 한정하지는 않는다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면 분쇄된 분말을 프레스 또는 냉간등방압 성형기를 이용하여 분쇄된 분말을 1000bar 내지 4000bar의 압력으로 가압함으로써 성형밀도가 향상된 지르코이나 블록을 취득할 수 있었다.

또 다른 일례로 몰드 안에서 고형 물체로 만들어 성형하는 방법으로 지르코니아 분말을 물과 혼합한 뒤 슬러리를 만든 후, 석고틀 안에 부어서 성형하는 슬릿 캐스팅 가공방식으로써 이와 같은 가공방식으로 성형한 지르코니아 블록을 소결함에 따라 수축률이 감소된 지르코니아 블록을 생산할 수 있다.

위 크라운 소결단계(S30)는 성형한 크라운을 1000℃ 내지 1500℃에서 3 내지 5시간 동안 소결하는 단계를 말한다.

아래 표는 소결 조건에 따른 지르코니아의 입도 크기의 변화량을 측정함으로써 가장 적합한 소결 조건을 분석한 결과표이다.

*실험 조건

1) 실시 예1 : 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 800 내지 1000℃의 온도로 소결하였다.

2) 실시 예2 : 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 1000 내지 1200℃의 온도로 소결하였다.

3) 실시 예3 : 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 1300 내지 1500℃의 온도로 소결하였다.

4) 실시 예4 : 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 1600℃ 이상의 온도로 소결하였다.

위의 실험에서 소결한 크라운의 성질을 BET 또는 NT 측정장비로 측정하였다.

<소결 온도에 따른 크라운의 성질 비교표>

위 비교표에서 알 수 있듯이 소결 온도가 800℃부터 점차 상승할 때마다 BET Surface Area가 증가하고 Average Particle Size는 감소하는 것을 알 수 있었다.

특히, 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 1000 내지 1200℃로 소결한 실시 예2와 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 1300 내지 1500℃로 소결한 실시 예3이 본 발명이 추구하는 목적과 가장 근접한 특성 나타내었다. 반면, 크라운 성형단계(S20)로부터 생성된 크라운을 1600℃ 이상의 온도로 소결한 실시 예4는 BET Surface Area와 Average Particle Size를 측정할 수 없을 정도로 소재가 변질하여 측정할 수 없었다.

즉, 성형된 크라운을 1000℃ 내지 1500℃에서 3 내지 5시간 동안 소결하는 것이 본 발명의 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록을 생산하는데 가장 적합한 조건이다.

위와 같은 조건으로 생성된 크라운은 약 10 내지 18% 이하로 수축률로 형성되기 때문에 소결과정에서 발생하는 수축을 기존에 비해 탁월하게 감소시킬 수 있으며, 소결과정에서 발생하던 전체 수축 또는 부분적으로 수축하여 일정한 형태의 크라운을 가공하지 못했던 일련의 모든 문제점을 적극적으로 해소할 수 있다.

더불어, 위와 같이 부분적 수축에 의해 일관적인 형태의 크라운을 생산할 수 없었던 문제점이 타개되어 뒤틀림 현상이 심하여 제작이 어려웠던 Long bridge와 같은 긴 형태의 크라운을 쉽고 간편하게 생산할 수 있게 되었으며, 낮은 수축률을 내포한 지르코니아 블록의 특성상 생산시간이 단축됨은 물론, 기존과 동일한 크기의 지르코니아 블록으로 더욱 많은 양의 크라운을 생산할 수 있는 이점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

S10. 분말 생성단계 S20. 크라운 성형단계
S30. 크라운 소결단계

Claims (5)

1. 지르코니아를 30㎚ 내지 1㎛ 입도로 분쇄하는 분말 생성단계(S10)와, 분쇄된 분말을 블록형태로 가공한 뒤 크라운의 형태로 절삭하는 크라운 성형단계(S20)와, 성형된 크라운을 소결하는 크라운 소결단계(S30)로 구성되는 치아 가공용 지르코니아 블록의 가공방법에 있어서,
   위 크라운 소결단계(S30)는 크라운이 10 내지 18%의 수축률로 구성되는 것에 특징이 있는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   위 크라운 성형단계(S20)는 분쇄된 분말을 프레스 또는 냉간등방압 성형기를 이용하여 분쇄된 분말을 1000bar 내지 4000bar의 압력으로 가압하여 성형밀도가 향상된 크라운을 제작하는 것에 특징이 있는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   위 크라운 성형단계(S20)는 분쇄된 분말을 슬릿 캐스팅(Slit Casting)으로 가공하여 성형밀도가 향상된 크라운을 제작하는 것을 특징으로 하는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   위 크라운 소결단계(S30)는 소결한 크라운이 0.04 내지 0.05㎡/g의 BET 비표면적을 나타내는 것을 특징으로 하는 수축률이 감소한 치아 가공용 지르코니아 블록의 제조방법.
   
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