KR101957733B1 - 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지르코니아; 및 홀더를 갖는 치과용 지르코니아 블록에 있어서, 상기 홀더는 세라믹이고; 상기 지르코니아와 상기 홀더는 일체형인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다. 상세하게는, 상기 지르코니아는 선가공된 것으로서 특히 일측면이 움푹 파인 것을 특징으로 하며, 또한 1유니트 이상으로 된 것이다. 그리고 상기 선가공은 사출성형, 3D 프린팅, 압출성형, 주입성형, 가압성형, 특수성형하는 방법에 의한 것이다. 한편, 상기 지르코니아는 ZrO2-Y2O3에 Nb2O5 또는 Ta2O5의 삼성분계 고용체로 추가되는 Nb2O5 또는 Ta2O5의 첨가량을 조절하여 강도, 인성, 경도, 투광도를 조절하여 치과보철 소재로의 물성 최적화가 가능하다. 아울러 색상 또는 투광성을 단계화하여 심미성을 향상케 하는 것도 가능하다.

Description

선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록{pre-processed one-piece zirconia block}
본 발명은 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록에 관한 것이다.
치과 임플란트 분야는 지금까지 괄목할 만한 성장을 거듭해 왔다. 자연 치아를 대체하는 인공 치아 재료로서 기존에는 금속을 주로 사용하였으나, 최근에는 심미성이 뛰어나 자연 치아와 유사한 색상을 발현할 수 있는 세라믹 보철물이 많이 이용되고 있다(KR 10-2015-0077356 A, 2015. 07. 07. 공개).
치과용 세라믹 소재로서 지르코니아는 강도와 심미적 차원에서 금속 보철과 기타 세라믹 재료를 대체하기에 손색이 없다. 지르코니아는 내화학성, 내마모성 그리고 높은 용융점을 지니고 있어 치과뿐 아니라 여러 산업분야를 아울러 각광받는 소재이다. 또한 세포 독성, 발암 물질 및 중금속의 공포에서 완전히 자유로운 소재이기 때문에 생체 구조용 세라믹으로 선호되고 있다(KR 10-2015-0077356 A, 2015. 07. 07. 공개).
지르코니아는 기존의 보철 제작방식을 탈피한 캐드캠(CAD/CAM: 컴퓨터를 이용한 설계 및 제조) 방식을 통하여 보철물로 제조되고 있다. 캐드캠 제조법은 일반적인 치아 본을 뜨는 과정 없이 구강 내 상태를 직접 스캐닝하거나 혹은 보철물 제작을 위한 모형을 스캐닝한 후 캐드 프로그램을 통해 치아 형태를 설계하여 보철물을 제작하는 방식이다. 컴퓨터 상에서 캐드 프로그램을 통해 가상으로 완성된 치아는 전용 밀링 머신으로 지르코니아를 가공하여 실제 환자 구강에 적합한 치아로 완성된다(KR 10-2017-0046212 A, 2017. 05. 02. 공개).
이러한 지르코니아는 통상 반소결 상태에서 98 mm 직경의 디스크 형태 블록으로 제조, 유통되고 있다.
그러나 당일보철을 위한 그라스세라믹스, 레진/세라믹 하이브리드, 그리고 반소결 지르코니아의 경우는 보철소재가 금속제 홀더(holder)와 결합되어 투피스(two-piece)형태의 미가공(raw) 블록으로 제조 유통되고 있다.
그런데 이러한 투피스, 미가공 형태의 지르코니아 블록은 첫째, 세라믹인 지르코니아와 금속제인 홀더 간 재질 차이로 인하여 내구성에 문제가 있었다. 둘째, 미가공 형태로 제조, 유통되고 있으므로 치아 형태로의 가공을 함에 있어서 가공 시간이 길어지는 문제가 있었다.
또한, 지르코니아는 기계적 물성이 우수한 반면, 높은 경도로 인하여 가공이 쉽지 않은 단점이 있다. 이러한 문제로 인하여 최종 소결체를 완성하기 전에 낮은 온도에서 1차 소결을 통해 다공성(porous) 지르코니아를 제조한 후, 가공 단계를 거쳐, 2차 소결을 하여 보철물을 완성한다. 다공성 지르코니아는 최종 소결 과정에서 수축되는 점을 감안하여 약 20% 이상 큰 부피로 형성하여야 한다(KR 10-2015-0077356 A, 2015. 07. 07. 공개).
이와 같이 내구성, 가공시간 및 가공성의 문제로 인하여 인공 치아용 보철물 제작에 많은 시간과 비용이 소요됨은 물론, 최종 보철물의 형태를 환자 구강에 최적인 구조로 가공하기 어려워 지르코니아 보철물의 경쟁력을 높이는데 한계가 있었다.
한편 이러한 지르코니아는 보통 불투명한 백색의 색상을 가지고 있어 치과보철물로 사용 시 심미적인 치아색 재현에 어려움이 따르는 단점이 있었는 바, 자연 치아에 우사한 치아색을 발현하기 위하여 착색액(shade liquid) 처리를 하여 색상을 발현케 하여왔다(KR 10-1324467 B1, 2013. 10. 26. 등록에 따른 공개).
아울러 임플란트 케이스 등의 금속 임플란트 하부 보철물을 사용한 후 지르코니아 코핑 또는 크라운의 상부구조물을 사용할 시 지르코니아 보철의 투광도가 높으면 금속 임플란트나 어버트먼트가 비추어 나와 심미적으로 좋지 않았다. 그렇다고 투광도가 낮은 블록을 사용하면 금속 성분은 비추어 나오지만 최종 보철의 투광성이 좋지 못하여 심미적인 기능이 떨어질 수 밖에 없었다(KR 10-1324467 B1, 2013. 10. 26. 등록에 따른 공개).
본 발명은 전술한 기술적 배경 하에 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 선가공 완소결 지르코니아 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 지르코니아와 홀더가 일체형인 완소결 지르코니아 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 가공성이 향상된 우수한 것으로서, 고강도의 심미성 및 투광성이 우수한 지르코니아를 제공하는 것이다.
기타 본 발명의 또 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 상세한 설명에서 보다 구체적으로 제시된다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 지르코니아; 및 홀더를 갖는 치과용 지르코니아 블록에 있어서, 상기 홀더는 세라믹이고; 상기 지르코니아와 상기 홀더는 일체형인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
바람직하게는, 상기 지르코니아는 선가공된 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
또한 바람직하게는, 상기 지르코니아는 1유니트 이상인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
더욱 바람직하게는, 상기 선가공된 것은 상기 지르코니아의 일측면이 움푹 파인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
더욱 바람직하게는, 상기 선가공은 사출성형, 3D 프린팅, 압출성형, 주입성형, 가압성형, 특수성형하는 방법에 의한 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
더욱 바람직하게는, 상기 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록은 심미성을 위해 단계적 색상 또는 단계적 투광성을 가지는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 지르코니아는 79.8 ~ 92 mol%의 ZrO2, 4.5 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 3.5 ~ 7.5 mol%의 Nb2O5 또는 79.8 ~ 88.5 mol%의 ZrO2, 6.0 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 5.5 ~ 10.0 mol%의 Ta2O5 를 포함하는 정방정 지르코니아 복합 분말과, 상기 복합 분말 중량 대비 0 wt% 초과 ~ 2.5 wt% 의 범위로 첨가되는 TiO2 나노 분말을 포함하여 형성된 소결체로서, 소결 밀도가 99% 이상이고, 소결체 입자의 평균 입경이 2㎛ 이상이며, 소결체의 경도가 4 ~ 10 GPa의 범위, 소결체의 파괴인성은 5 ~ 14 MPa·m1/2 의 범위, 소결체의 강도는 400 ~ 1500 MPa 의 범위인 것을 특징으로 하는 지르코니아로 할 수 있다.
상기 소결체는 0.5 ~ 3 wt% 범위의 CeO2 를 더 포함할 수 있으며, 0.2 ~ 0.8 wt% 범위의 SiO2 를 더 포함할 수 있다.
또한, 79.8 ~ 92 mol%의 ZrO2, 4.5 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 3.5 ~ 7.5 mol%의 Nb2O5 또는 79.8 ~ 88.5 mol%의 ZrO2, 6.0 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 5.5 ~ 10.0 mol%의 Ta2O5 를 포함하는 정방정 지르코니아 복합 분말과, 상기 복합 분말 중량 대비 0 wt% 초과 ~ 2.5 wt%의 범위로 첨가되는 TiO2 나노 분말을 포함하는 원료 물질을 준비하고, 사출성형, 3D 프린팅, 압출성형, 주입성형으로 블록을 성형하거나 상기 원료 물질을 포함하는 슬러리를 분무건조하여 복합 과립을 얻고, 상기 과립을 가압성형, 또는 특수성형한 후 소결하는 단계를 포함하며, 상기 소결은 1300 ~ 1700℃의 온도 범위에서 2 ~ 40 시간 동안 소결하는 것으로부터 제조된 지르코니아이다.
상기 소결 단계는 1400 ~ 1600℃ 온도로 승온시키는 제1단계와, 일정 시간 유지하는 유지 단계와, 1500 ~ 1700℃ 온도로 승온시키는 제2단계를 포함할 수 있으며, 상기 유지 단계는 1300 ~ 1500℃ 의 온도에서 20 ~ 30 시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결 후 1300 ~ 1700 ℃ 온도 범위에서 10000 ~ 50000 psi 의 압력으로　열간등방가압(hot isostatic press: HIP)을 추가로 실시하여 지르코니아의 물성을 증가시킬 수 있다.
한편, 색상의 단계화를 통한 심미성 향상과 관련하여, 주성분으로서 ZrO2-Y2O3에 Nb2O5 또는 Ta2O5의 삼성분계 지르코니아와 Fe2O3, Pr6O11, CeO2, Er2O3 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복합의 물질을 포함하는 부성분으로 이루어지며, 상기 주성분과 상기 부성분의 양을 달리하여 적층되는 복수의 레이어를 포함하며, 상기 레이어에서 부성분의 양은 중량%로 0.001% 초과 ~ 0.7% 이하의 범위이고, 적층된 레이어들에서 부성분의 양은 순차적으로 증가하도록 형성된다.
투광도의 단계화를 위한 심미성 향상과 관련하여, Y2O3 함량을 6.5 mol%로 고정시키고 Nb2O5 첨가량을 5.8 mol%에서 6.2 mol%까지 0.1 mol%씩 증가시키면 투광도는 61%에서 59, 55, 54, 51%로 순차적으로 감소한다. 따라서 단계적 투광도는 ZrO2-Y2O3-Nb2O5 또는 Ta2O5의 조성범위 내에서 Y2O3와 Nb2O5 또는 Ta2O5 또는 Nb2O5와 Ta2O5의 동시 혼합을 ZrO2에 단계적으로 첨가함으로 달성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 내구성, 가공시간 및 가공성을 향상시킨 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공할 수 있다. 구체적으로 상기 내구성은 동일 계통의 재질로 만들어진 홀더와 일체형으로 구성된 것이고, 손쉽게 치아 성형을 할 수 있도록 가이드라인을 주기 위해 지르코니아 블록의 일 측면이 움푹 파이도록 하여 가공시간을 줄여줄 뿐만 아니라, 종래 Y-TZP 정방정 지르코니아에 비해 고강도 및 고인성을 지니도록 ZrO2 및 Y2O3에 Nb2O5 또는 Ta2O5를 첨가하여 이를 달성할 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명인 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 거쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소를 나타낸다.
이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
치과용 세라믹 소재로서 각광받고 있는 지르코니아는 당일보철을 위한 가공단순화를 위해 금속제 홀더(holder)와 결합되어 투피스(two-piece)형태의 미가공(raw) 반소결 지르코니아 블록으로 제조, 유통되고 있다.
그런데 이러한 투피스, 미가공 형태의 반소결 지르코니아 블록은 첫째, 세라믹인 지르코니아와 금속제인 홀더 간 재질 차이로 인하여 가공 시 내구성에 문제가 있었다. 둘째, 미가공 형태로 제조, 유통되고 있으므로 치아 형태로의 가공을 함에 있어서 가공 시간이 길어지는 문제가 있었다.
특히 최근 치과보철이 인상체득으로부터 출발하는 전통적 술식에서 당일보철을 지향하는 디지털 덴티스트리(digital dentistry)로의 패러다임 변화에 대응하여 가공시간의 감축은 주요 현안이 되어 왔다.
본 발명은 이와 같은 문제 인식 하에 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 선가공 완소결 지르코니아 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 지르코니아와 홀더가 일체형인 완소결 지르코니아 블록을 제공하는 것이다.
구체적으로 살펴보면, 상기 목적을 달성하기 위해서, 지르코니아; 및 홀더를 갖는 치과용 지르코니아 블록에 있어서, 상기 홀더는 세라믹이고; 상기 지르코니아와 상기 홀더는 일체형인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
도 1은 이와 같이 지르코니아와 홀더가 일체형인 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록의 일 형태를 도시한 것이다.
치아 성형이 가능하도록 어느 일 부분을 지르코니아로 처리하고, 그 하단에 이를 잡아주는 홀더를 도시한 것으로, 본 발명에 따를 시 상기 지르코니아와 상기 홀더는 일체형인 것이되, 도면상으로는 지르코니아와 홀더를 외관상 구분하기 위해 차이를 두고 있다. 그리고 상기 지르코니아의 일 측면에는 움푹 들어가게끔 하여 치아 성형시 도움이 될 수 있도록 가이드라인을 잡아준다.
치과용 세라믹 소재로서 지르코니아의 범용성은 익히 알려진 바 있는데, 여기에 결합된 홀더(holder)는 대부분 금속제로 이루어져 있어, 재질 간 차이로 인해 그 결합력이 떨어지고 내구성이 약해지는 문제가 있었다.
그리고 가공 시 치아 가공부분에 가해지는 계속된 물리적 충격으로 인해 이와 같은 약한 내구성을 가진 지르코니아 블록이 홀더로부터 탈락되어, 경제적 손실뿐만 아니라 사용에 불편함을 초래하였다.
따라서 이러한 내구성을 보다 향상시키기 위해, 상기 홀더를 지르코니아와 동일한 계열인 세라믹 재질로 제조된 것으로, 지르코니아와 상기 홀더가 일체형인 것으로 할 수 있다.
이와 같이 동일 재질의 일체형 완소결 지르코니아 블록의 경우, 투피스(two-piece)형태의 지르코니아 블록에 비해 보다 향상된 내구성을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 일체형 완소결 지르코니아 블록의 일 형태로서 인레이 또는 온레이용 일체형 완소결 지르코니아 블록을 도시한 것이다.
한편, 상기 지르코니아는 선가공된 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
앞서 서술한 바와 같이, 당일보철을 지향하는 디지털 덴티스트리(digital dentistry)로의 패러다임 변화로 인해 지르코니아의 가공시간을 단축하기 위한 연구는 당 업계의 주요 현안으로 다루어져 왔다.
지르코니아 블록을 가공하기 위해서는 치아모형을 스캔하고, 스캔한 데이터로부터 수복물을 모델링하고, 이를 가공기에 입력하여 지르코니아 블록을 수복물로 가공한다(CAD/CAM). 이 과정에서 수 차례의 소결공정이나 후가공 공정 등 다양한 공정을 요하며, 그 제작시간이 상당히 소요된다.
이러한 제작시간을 감축시키기 위해 본 발명에서는 완소결체가 선가공된 것을 제공하도록 한다.
구체적으로 살펴보건대, 통상적으로는 미가공된 반소결 지르코니아 블록이 제조, 판매되어 치과병(의)원 또는 치기공소 일선에서 사용되어 오고 있는데, 이러한 미가공된 반소결 지르코니아 블록은 스캔한 데이터에 기반하여 치아 형태를 성형하는 데에 있어 성형에 앞서 블록 표면에 아무런 가이드라인이 없기 때문에 그러한 가이드라인을 잡고 성형하는 데에 상당한 시간이 소요되고 있다.
따라서 이러한 가이드라인을 잡아주기 위해서, 상기 선가공된 것은 상기 지르코니아의 일측면이 움푹 파인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록을 제공한다.
이와 같이 일 측면이 움푹 파이도록 할 경우 치아 형태를 가공하는 데에 있어 가이드라인을 잡아주고, 이를 기준으로 앞니, 송곳니, 어금니 등 다양한 치아 형태를 가공할 수 있도록 하여 가공시간을 감축하는 데 일조할 수 있다.
다만, 이는 선가공의 일 예시에 불과할 뿐, 성형 시간의 감축을 가져올 수 있는 것이면 족한데, 이를테면, 지르코니아의 형태가 원통형 또는 직육면체에 가깝지만, 본 발명으로는 이에 한하지 아니하며, 홀더 또한 통상 원통형이 일반적이나 이에 한하지 아니하며, 본 발명이 실시될 수 있는 범위 내에서 다양한 형태를 가질 수 있다.
그리고 이러한 선가공은 사출성형, 3D 프린팅, 압출성형, 주입성형, 가압성형, 특수성형하는 방법에 의한 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 이러한 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록은 색상을 단계화하거나 투광성을 단계화하여 심미성을 향상시킬 수 있다(이러한 단계화에 대해서는 지르코니아 소재와 관련된 것이므로 지르코니아 소재와 관련한 단락에 이어 설명한다).
한편, 선가공 일체형 지르코니아 블록에 있어서, 치아 형태로 가공되는 상기 지르코니아는 1유니트 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
1유니트는 치아 1개를 성형할 수 있는 지르코니아 1개 단위를 말하는 것으로, 단순히 유실된 치아 1개에 대하여 임플란트를 통한 수복을 위해서는 1유니트의 지르코니아가 필요하다.
그러나 유실된 치아의 양 옆에 정상적인 치아 2개를 이용하여 이른바 '브릿지'를 통한 수복을 위해서는 1개 이상의 유니트를 필요로 할 수도 있다. 따라서 선가공 일체형 지르코니아 블록에 있어서, 치아 성형을 위한 지르코니아는 1유니트 이상이 되게끔 할 수 있다.
다른 한편, 본 발명에 따른 지르코니아는 가공성을 향상시키기 위해 소재로서의 접근도 가능하다.
현재 CAD/CAM에 의한 수복에 주로 사용되는 소재는 세라믹 중 가장 높은 파절저항성을 가진 이트리아(Y2O3) 첨가 안정화 정방정 지르코니아(Y-TZP)이다.
그러나 구강 내 수복되는 Y-TZP 보철물은 완소결 상태이나 완소결제 Y-TZP 블록의 사용은 높은 경도로 인한 낮은 가공성 때문에 가공연삭제의 마모가 높고 가공시간이 길뿐만 아니라 가공 도중에 보철물에 미세균열이 빈번이 발생하는 단점이 있었다.
따라서 현재의 CAD/CAM 수복물은 반소결체 블록으로 가공되며 가공 후 완소결 시 소결수축을 감안하여 실제 보철물보다 약 20% 크게 가공한 후 완소결 공정을 거쳐 높은 강도와 적합도를 갖는 보철물로 제작된다.
그러나 완소결시 높은 선수률에 따라 유실된 치아와의 완벽한 적합이 어렵기 때문에 추가 후가공 공정이 필요할 뿐만 아니라 일반적으로 1500℃에 이르는 소결공정의 추가비용과 이에 따른 제작시간이 길다는 단점이 있다.
따라서 본 발명에 따른 지르코니아는 낮은 경도와 높은 파괴인성을 통해 높은 가공성과 가공시 미세파절의 제어뿐만 아니라 높은 심미성을 가지는 완소결체 지르코니아로 할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 종래 사용되어 온 Y-TZP 보철소재는 ZrO2 와 Y2O3의 이성분계 고용체임에 비해, 본 발명에 따른 지르코니아는 ZrO2-Y2O3에 Nb2O5 또는 Ta2O5의 삼성분계 고용체로 추가되는 Nb2O5 또는 Ta2O5의 첨가량을 조절하여 강도, 인성, 경도, 투광도를 조절하여 치과보철 소재로의 물성 최적화가 가능하다.
보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 지르코니아는 다음과 같다.
본 발명에 따른 지르코니아는 79.8 ~ 92 mol%의 ZrO2, 4.5 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 3.5 ~ 7.5 mol%의 Nb2O5 또는 79.8 ~ 88.5 mol%의 ZrO2, 6.0 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 5.5 ~ 10.0 mol%의 Ta2O5 를 포함하는 정방정 지르코니아 복합 분말과, 상기 복합 분말 중량 대비 0 wt% 초과 ~ 2.5 wt% 의 범위로 첨가되는 TiO2 나노 분말을 포함하여 형성된 소결체로서, 소결 밀도가 99% 이상이고, 소결체 입자의 평균 입경이 2㎛ 이상이며, 소결체의 경도가 4 ~ 10 GPa의 범위, 소결체의 파괴인성은 5 ~ 14 MPa·m1/ 2 의 범위, 소결체의 강도는 400 ~ 1500 MPa 의 범위인 것을 특징으로 하는 지르코니아로 할 수 있다.
상기 소결체는 0.5 ~ 3 wt% 범위의 CeO2 를 더 포함할 수 있으며, 0.2 ~ 0.8 wt% 범위의 SiO2 를 더 포함할 수 있다.
또한, 79.8 ~ 92 mol%의 ZrO2, 4.5 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 3.5 ~ 7.5 mol%의 Nb2O5 또는 79.8 ~ 88.5 mol%의 ZrO2, 6.0 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 5.5 ~ 10.0 mol%의 Ta2O5 를 포함하는 정방정 지르코니아 복합 분말과, 상기 복합 분말 중량 대비 0 wt% 초과 ~ 2.5 wt%의 범위로 첨가되는 TiO2 나노 분말을 포함하는 원료 물질을 준비하고, 사출성형, 3D 프린팅, 압출성형, 주입성형으로 블록을 성형하거나 상기 원료 물질을 포함하는 슬러리를 분무건조하여 복합 과립을 얻고, 상기 과립을 가압성형, 또는 특수성형한 후 소결하는 단계를 포함하며, 상기 소결은 1300 ~ 1700℃의 온도 범위에서 2 ~ 40 시간 동안 소결하는 것으로부터 제조된 지르코니아이다.
상기 소결 단계는 1400 ~ 1600℃ 온도로 승온시키는 제1단계와, 일정 시간 유지하는 유지 단계와, 1500 ~ 1700℃ 온도로 승온시키는 제2단계를 포함할 수 있으며, 상기 유지 단계는 1300 ~ 1500℃ 의 온도에서 20 ~ 30 시간 동안 유지하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소결 후 1300 ~ 1700 ℃ 온도 범위에서 10000 ~ 50000 psi 의 압력으로　열간등방가압(hot isostatic press: HIP)을 추가로 실시하여 지르코니아의 물성을 증가시킬 수 있다.
한편, 앞서 언급한 색상 또는 투광도의 단계화를 통한 심미성 향상과 관련하여 살펴본다.
색상을 단계화하여 심미성을 향상시키는 것과 관련하여, 본 발명에 따를 시 하부쪽 금속 보철은 비치지 않으면서도 상부쪽은 투광성이 자연 치아에 가까운 기능성과 심미성 두 가지를 만족시킬 수 있는 지르코니아 블록을 제공한다.
이를 위해 주성분으로서 ZrO2-Y2O3에 Nb2O5 또는 Ta2O5의 삼성분계 지르코니아와 Fe2O3, Pr6O11, CeO2, Er2O3, MnO2 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복합의 물질을 포함하는 부성분으로 이루어지며, 상기 주성분과 상기 부성분의 양을 달리하여 적층되는 복수의 레이어를 포함하며, 상기 레이어에서 부성분의 양은 중량%로 0.001% 초과 ~ 0.7% 이하의 범위이고, 적층된 레이어들에서 부성분의 양은 순차적으로 증가하도록 형성된다.
또한 상기 복수의 레이어 중 적어도 어느 하나에 제2부성분으로서 Al2O3를 더 포함할 수 있고, 이 경우 상기 제2부성분의 양은 중량%로 0.001% 이상 ~ 10% 이하의 범위가 바람직하다. 적층된 레이어들에서 제2부성분의 양은 순차적으로 증가하도록 형성할 수 있다.
또한 상기 주성분 및 상기 제1부성분을 준비하고, 상기 제1부성분 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질과 상기 주성분을 혼합비를 달리한 복수의 혼합물을 준비하고, 제1 제1부성분의 첨가량이 적은 혼합물로부터 첨가량이 높은 혼합물의 순서로 각 혼합물을 적층하고, 상기 적층된 혼합물에 압력을 가하여 하나의 블록으로 성형하고, 성형된 블록을 850℃ ~ 1250℃ 의 온도로 가소결하는 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 본 발명에 따른 지르코니아 블록을 제조할 수 있다.
투광도를 단계화하여 심미성을 향상시키는 것과 관련하여, Y2O3 함량을 6.5 mol%로 고정시키고 Nb2O5 첨가량을 5.8 mol%에서 6.2 mol%까지 0.1 mol%씩 증가시키면 투광도는 61%에서 59, 55, 54, 51%로 순차적으로 감소한다. 따라서 단계적 투광도는 ZrO2-Y2O3-Nb2O5 또는 Ta2O5의 조성범위 내에서 Y2O3와 Nb2O5 또는 Ta2O5 또는 Nb2O5와 Ta2O5의 동시 혼합을 ZrO2에 단계적으로 첨가함으로 달성될 수 있다.
이에 의할 경우, 고강도와 고인성을 유지하면서도 지르코니아의 경도를 낮출 수 있어 가공성이 우수하다. 또한, 투광성이 우수하면서 치아색과 유사한 색상을 발현할 수 있을 뿐만 아니라, 저온 열처리를 하는 경우에도 상전이에 의한 열화가 일어나지 않는다. 따라서, 본 발명의 지르코니아는 체내 이식용 성형물, 특히 치과용 보철물에 효과적으로 적용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 지르코니아; 및
    홀더를 갖는 치과용 지르코니아 블록에 있어서,
    상기 홀더는 세라믹이고;
    상기 지르코니아와 상기 홀더는 일체형인 것으로서,
    상기 지르코니아는,
    (a) 79.8 ~ 92 mol%의 ZrO2, 4.5 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 3.5 ~ 7.5 mol%의 Nb2O5 또는 79.8 ~ 88.5 mol%의 ZrO2, 6.0 ~ 10.2 mol%의 Y2O3 및 5.5 ~ 10.0 mol%의 Ta2O5 를 포함하는 정방정 지르코니아 복합 분말과; 상기 복합 분말 중량 대비 0 wt% 초과 ~ 2.5 wt% 의 범위로 첨가되는 TiO2 나노 분말을 포함하여 형성된 소결체로서,
    (b) 상기 소결체의 소결 밀도가 99% 이상이고,
    (c) 상기 소결체 입자의 평균 입경이 2㎛ 이상이며,
    (d) 상기 소결체의 경도가 4 ~ 10 GPa,
    (e) 상기 소결체의 파괴인성은 5 ~ 14 MPam1/2,
    (f) 상기 소결체의 강도는 400 ~ 1500 MPa인 것이며,
    (g) 상기 소결체는 0.5 ~ 3 wt%의 CeO2 및 0.2 ~ 0.8 wt%의 SiO2 를 더 포함하며,
    (h) 상기 소결은 1400 ~ 1600℃ 온도로 승온시키는 제1단계와, 일정 시간 유지하는 유지 단계와, 1500 ~ 1700℃ 온도로 승온시키는 제2단계를 포함하며, 상기 유지 단계는 1300 ~ 1500℃ 의 온도에서 20 ~ 30 시간 동안 유지하는 단계를 포함하며;
    (i) 상기 (h) 이후 1300 ~ 1700 ℃ 온도 범위에서 10000 ~ 50000 psi 의 압력으로　열간등방가압(hot isostatic press: HIP)을 추가로 실시되는 것;을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지르코니아는 선가공된 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지르코니아는 1유니트 이상인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록.
  4. 제2항에 있어서, 상기 선가공된 것은 상기 지르코니아의 일측면이 움푹 파인 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록.
  5. 제2항에 있어서, 상기 선가공은 사출성형, 3D 프린팅, 압출성형, 주입성형, 가압성형 또는 특수성형하는 방법에 의한 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록.
  6. 제2항에 있어서, 상기 지르코니아 블록은 하나의 지르코니아 블록으로서, 색상 또는 투광성을 단계화하여 심미성이 향상된 것을 특징으로 하는 선가공 일체형 완소결 지르코니아 블록.

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