KR102240379B1 - 지르코니아 블록을 이용한 치과 보철물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 지르코니아 블록으로 자연 치아와 유사한 색조/계조를 나타내는 치과 보철물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이를 위한 본 발명에 따른 치과 보철물 제조방법은, n층의 지르코니아 분말층들을 압축 성형하여 높이를 따라 투명도가 다르도록 제작된 지르코니아 블록을 준비하는 단계; 캐드캠을 이용하여 상기 지르코니아 블록을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡을 형성하는 단계; 상기 조각에 의해 형성된 지르코니아 캡의 외부면에 다공성 표면을 형성하도록, 1~3% 농도의 불산수용액을 이용하여 에칭하는 단계; 다공이 형성된 지르코니아 캡의 다공성 표면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계; 상기 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡을 1차 소결하는 단계; 1차 소결된 지르코니아 캡의 표면에 글레이징 액과 스테인을 바르는 스테인 어플라잉 단계; 및 스테인 어플라잉 단계를 거친 지르코니아 캡을 2차 소결하는 단계를 포함한다.

Description

지르코니아 블록을 이용한 치과 보철물 제조방법{method for manufacturing dental prosthesis using zirconia block}

본 발명은 치과 보철물 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 지르코니아 블록을 이용하여 치과 보철물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

근래 들어 치과 보철물의 재료로 산화지르코늄(zirconium oxide; ZrO₂), 즉, 지르코니아가 각광받고 있다. 지르코니아는 생체친화성, 화학적 안정성 및 심미성이 우수하여, 크라운(crown), 브릿지(bridge), 임플란트 상부 구조물, 전부도재관의 코어, 교정용 브라켓 등 다양한 용도의 치과용 보철 재료로 많이 활용되고 있다. 치과 보철 재료로서의 지르코니아는, 생체친화성, 화학적 안정성, 심미성 및 기계적 강도 등 여러 면에서 많은 장점을 가지고 있지만, 자연치아와의 조화를 이루는 데 있어서는 다른 치과 보철물 재료들과 마찬가지로 여전히 한계를 안고 있다. 통상, 지르코니아 치과 보철물은 지르코니아 분말을 압축 성형하여 제작된 지르코니아 블록을 재료로 하여 제작되는데, 통상의 지르코니아 블록은 백색의 불투명한 색조를 가져 치과용 보철물로 적용하는 경우 자연치와 같은 색조 재현이 부족하여 완벽한 심미성을 발휘할 수 없다. 이에 대하여, 투명도가 향상된 유색 지르코니아 블록이 개발된 바 있다. 또한, 자연치아는 높이에 따라 명도가 다른데, 기존 지르코니아 블록을 그대로 적용할 경우, 자연 치아와의 계조 차이가 커서 심미성이 크게 떨어지는 문제가 있다. 이에 대하여, 투명도가 다른 여러 지르코니아 분말층을 하나의 몰드 내에서 압축 성형하여 그라데이션을 부여한 지르코니아 블록이 개발되었다. 하지만, 서로 다른 투명도를 갖는 층 사이에 결합도가 떨어지는 문제점은 여전히 가지고 있어서, 층을 세분화하는 데는 한계가 있다. 또한, 지르코니아 블록에 색조를 부여하는 방법으로 착색법이 제안되었다. 착색법은 금속산화물 등이 첨가된 착색제 (coloring liquid)를 적용하여 원하는 색조를 얻어내는 방법이다. 착색법은 투명도가 향상된 유색 지르코니아 블록을 이용한 심미보철물 제작에 주로 적용되고 있는 것으로서. 화학성 착색제 (acid-based coloring liquid)를 이용하는 방법과 수성 착색제 (water-based coloring liquid)를 이용하는 방법이 있다. 또한, 채색법으로 지르코니아 블록에 색조를 부여하는 종래의 방법의 경우, 압축 가공(또는, 압접 가공)을 통해 제작된 지르코니아 블록의 지르코니아 분말 밀도가 커서 채색제가 잘 흡수되지 않은 경향이 있다. 또한, 채색된 치과 보철 성형물은 고온 소결되는데, 소결 과정에서 채색을 포함하는 선행 공정들과 소결시 높은 온도로 인해 크랙 등 표면 결함이 발생할 우려가 크다.

특허등록 제10-1925131호(등록일자 2018년 11월 28일)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 지르코니아 블록으로 자연 치아와 유사한 색조/계조를 나타내는 치과 보철물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 지르코니아 블록으로 자연 치아와 유사한 색조/계조를 나타내며 또한 시각적 표면 결함이 미연에 제거된 치과 보철물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 치과 보철물 제조방법은, n층의 지르코니아 분말층들을 압축 성형하여 높이를 따라 투명도가 다르도록 제작된 지르코니아 블록을 준비하는 단계; 캐드캠을 이용하여 상기 지르코니아 블록을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡을 형성하는 단계; 상기 조각에 의해 형성된 지르코니아 캡의 외부면에 다공성 표면을 형성하도록, 1~3% 농도의 불산수용액을 이용하여 에칭하는 단계; 다공이 형성된 지르코니아 캡의 다공성 표면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계; 상기 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡을 1차 소결하는 단계; 1차 소결된 지르코니아 캡의 표면에 글레이징 액과 스테인을 바르는 스테인 어플라잉 단계; 및 스테인 어플라잉 단계를 거친 지르코니아 캡을 2차 소결하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 치과 보철물 제조방법은, n층의 지르코니아 분말층들을 압축 성형하여 높이를 따라 투명도가 다르도록 제작된 지르코니아 블록을 준비하는 단계; 캐드캠을 이용하여 상기 지르코니아 블록을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡을 형성하는 단계; 지르코니아 캡의 외부면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계; 상기 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡을 1차 소결하는 단계; 1차 소걀된 지르코니아 캡의 표면에 글레이징 액을 바르고, 추가로 더 분말화된 포세린 분말과 스테인을 함께 적용하는 포세린 및 스테인 어플라잉 단계; 및 포세린 및 스테인 어플라잉 단계를 거친 지르코니아 캡을 2차 소결하는 단계를 포함한다.

일 실시예에 따라, 상기 치과 보철물 제조방법은 상기 2차 소결을 거친 지르코니아 캡의 표면에 표면 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 표면 보호층을 형성하는 단계는, 상기 2차 소결을 거친 지르코니아 캡을 포세린로에 넣고 300~500 ℃의 저온으로 5~10초간 가열하고, 저온 가열 완료 후 10초 이내에 지르코니아 캡의 표면을 덮도록 페트롤라툼(Petrolatum)을 도포하고, 페트롤라툼을 공기 중에서 냉각하여 페트롤라툼으로 이루어진 표면보호층을 형성한다.

본 발명에 따르면, 지르코니아 블록으로 자연 치아와 유사한 색조/계조를 나타내며 또한 시각적 표면 결함이 미연에 제거된 치과 보철물이 구현될 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 치과 보철물 제조방법을 전반적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 그라데이션을 갖도록 지르코니아 블록을 제작하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 치과 보철물 제조방법을 전반적으로 설명하기 위한 도면들이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다

[제1 실시예]

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 치과 보철물 제조방법은, 높이 차이에 따라 색조/계조가 달라지는 지르코니아 블록(2)을 준비하는 지르코니아 블록 준비 단계(S1)와, 지르코니아 블록(2)을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡(3)을 형성하는 조각 단계(S2)와, 상기 지르코니아 캡(3)의 외부면에 다공성 표면을 형성하는 에칭 단계(S3)와, 상기 지르코니아 캡(3)의 다공성 표면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계(S4)와, 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡(3)을 소결(sintering)하는 소결 단계(S5)와, 소결된 지르코니아 캡(3) 표면에 스테인을 적용하는 스테인 어플라잉 단계(S6)와, 스테인 어플라잉 단계(S6) 후의 추가 소결 단계(S7)를 포함한다.

이때, 상기 치과 보철물 제조방법은 소결 단계 후 그리고 스테인 및 글레이징 단계 전에 교합을 조정하는 단계와, 폴리싱 단계와, 샌드블라스팅 단계를 차례로 더 수행하는 것이 바람직하다.

< 지르코니아 블록의 준비(S1)>

도 3을 참조하면, 지르코니아 블록을 준비하는 단계(S1)는 서로 다른 성분의 혼합 지르코니아 분말들을 각각 준비하는 단계와, 금형(10) 내에 서로 다른 성분의 혼합 지르코니아 분말을 차례로 넣고 적층하여, 제1 지르코니아 분말층(Z1) 및 제2 지르코니아 분말층(Z2)을 차례로 포함하는 n(n은 2 이상의 자연수)층의 지르코니아 분말층들을 형성하는 단계와, 상기 n 층의 지르코니아 분말층들을 압축(압접) 성형하여, 높이를 따라 투명도가 다른 지르코니아 블록 성형물을 형성하는 단계와, 지르코니아 블록 성형물을 하소하는 단계를 포함한다. 각 층을 형성하는 다른 투명도(다른 색조/계조)의 혼합 지르코니아 분말 각각은 0.11 ~ 16 ㎛ 순수 지르코니아 분말 80~95 중량 %에 대하여 강도 조절을 위한 7~15 중량 %의 휘토류 분말과, 0.08 ~ 1.1 중량 %의 색 조정 광물 분말을 포함할 수 있다. 이때, 색 조정 광물 분말은 백색의 Y₂O₃가 유리하게 이용될 수 있다. 색 조정 광물 분말의 첨가량에 따라 해당 지르코니아 분말층의 투명도가 달라진다. 예컨대, MnO₂. MnO₃, Fe₂O₃. Er₂O₃, V₂O₅, BaO, Co₃O₄ 등과 같은 다른 색 조정 광물 분말이 이용될 수 있다.

<조각 단계(S2)>

다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 디스크 형태로 제작된 지르코니아 블록(2)은 CAD/CAM의 밀링머신에 의해 치아 형상을 갖도록 조각되며, 이러한 조각에 의해 치아 형상을 갖는 지르코니아 캡(3)으로 만들어진다. 조각 단계를 마친 지르코니아 캡(3)은 이하 추가로 설명되는 소결 단계를 거치면서 열 수축되므로, 열 수축을 감안하여, 목표로 한 치과 보철물 크기보다 큰 크기로 만들어진다.

<에칭 단계(S3)>

조각 단계를 마친 지르코니아 캡(3)은 0.1 ~ 16 ㎛의 지르코니아 분말들이 높은 밀도로 압접되어 있으며, 이로 인해, 이하 설명되는 컬러링 단계에서 컬러링 재료가 지르코니아 캡(3)의 표면으로 잘 침투되지 않는다. 잘 침투되지 않은 컬러링 재료는 후속 단계들에서 쉽게 이탈되어 원하는 컬러의 치과 보철물을 얻기 어렵게 할 수 있다. 따라서, 지르코니아 캡(3)의 표면에 컬러링 재료가 잘 침투할 수 있는 다공들을 형성하기 위하여 에칭 단계(S3)가 수행된다. 상기 에칭 단계(S3)는 대략 1 내지 3% 농도 바람직하게는, 2% 농도의 저농도 불산액에 지르코니아 캡(3)을 약 30초가 침지하는 것을 포함한다. 불산액은 약 80℃ 온도를 갖는 것이 바람직하다.

<컬러링 단계(S4)>

컬러링 단계(S4)는 디핑(dipping) 컬러링 단계와 브러싱(brushing) 컬러링 단계를 차례로 수행하여 이루어질 수 있다. 디핑(dipping) 컬러링 단계에서는 미리 준비된 컬러링 액에 에칭 단계를 거친 지르코니아 캡(3)을 침지하여, 상기 에칭에 의해 상기 지르코니아 캡(3)의 표면에 형성된 다공들과 지르코니아 사이의 미세 간극을 통해 컬러링액을 침투시킨다. 디핑 컬러링 단계에서는 치아의 베이스가 되는 바탕색이 입혀진다. 디핑 컬러링 단계 후 지르코니아 캡을 약 15분 동안 건조한다. 본 실시예에서는, 바탕색 컬러링 재료로 시로나 컬러링액 중 A2 를 사용하였다. 브러싱 컬러링 단계에서는 브러쉬를 이용하여 조금 더 진한 컬러링 재료를 지르코니아 캡(3)의 표면에 입힌다. 수회에 걸쳐 색을 입히는 것이 바람직하다. 다음, 지르코니아 캡(3)을 15분 정도 건조시키고 폴리싱(polishing)을 수행한다.

<소결 단계(S5)>

컬러링를 마친 지르코니아 캡(3)을 1450℃ 내지 1550℃로 소결한다. 5℃/min의 승온 속도로 온도를 올려서 최종적으로 1450℃ 내지 1550℃ 소결 온도에서 소결한다. 소결 후 약 2시간 동안 로냉한다. 실혐 결과 1450℃에서 소결하였을 때 결정립이 미세함을 확인하였으며 굴곡강도 또한 층에 따라 900~ 1200MPa로 가장 크다는 것을 확인하였다. 통상은 컬러링된 지르코니아 캡에 대하여 1600℃ 온도에서 소결을 하지만, 소결 온도가 1550℃ 를 초과하는 경우 결정립이 조대화되어 굴곡 강도 떨어지는 것을 확인하였다. 소결 단계를 거친 지르코니아 캡은 지르코니아 분말층등들의 높이 차이에 따라 투명도가 달라 그라데이션을 갖게 된다.

< 스테인 어플라잉 (S6)>

소결 단계 수행 후 추가적인 착색 및 광택을 위해 스테인 어플라잉 단계(S6)가 수행된다. 소결 후 스테인 어플라잉 단계 수행 전에, 소결된 지르코니아 캡(3)에 대하여 폴리싱 단계, 샌드블라스팅 및 교합 조정을 수행할 수 있다. 스테인 어플라잉 단계를 위해, 먼저 원하는 치아색에 따라, 조정된 컬러의 스테인과 글레이징액을 준비한다. 글레이징액을 지르코니아 캡의 표면에 바른 후(도포한 후), 그 위에 스테인을 바를 수 있으며, 대안적으로, 글레이징액에 스테인을 혼합하여 적용할 수도 있다.

스테인과 글레이징액이 적용된 지르코니아 캡(3)에 대하여 추가 소결 단계(S7)를 수행한다. 앞에서 설명한 컬러링 단계를 통해 지르코니아 캡의 색상, 투명도 및 색조 및 계조의 그라데이션을 1차로 조정한다. 그러나, 컬러링만으로는 보철물을 치아에 적용하였을 때 인접한 수복물(보철물) 또는 자연치와 유사한 색상을 얻기 어려우며, 환자의 높은 요구를 만족시키기에 한계가 있으므로, 스테인 어플라잉에 의해, 주변 치아와의 유사한 색상을 얻는 색조/계조를 구현한다. 철산화물, 니켈산화물, 니오브산화물, 티탄산화물, 바나듐산화물, 망간산화물 등 금속산화물이 스테인의 주요 재료가 된다. 전술한 에칭 단계에서 형성된 미세 다공들에는 전술한 컬러링 단계에서 컬러링재료가 1차 침투되고 소결 후에는 스테인이 더 침투된다. 글레이징액은 광택을 제공함과 더불어 스테인을 유지시키는 한다.

[제2 실시예]

이제 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 치과 보철물 제조방법은, 높이 차이에 따라 색조/계조가 달라지는 지르코니아 블록을 준비하는 지르코니아 블록 준비 단계(S1)와, 지르코니아 블록을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡을 형성하는 조각 단계(S2)와, 상기 지르코니아 캡의 외부면에 다공성 표면을 형성하는 에칭 단계(S3)와, 상기 지르코니아 캡의 다공성 표면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계(S4)와, 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡을 소결(sintering)하는 소결 단계(S5)와, 소결된 지르코니아 캡의 표면에 포세린 파우더와 스테인과 글레이징을 적용하는 포세린 및 스테인 어플라잉 단계(S6)와, 포세린 및 스테인 어플라잉 단계(S6)를 거친 지르코니아 캡을 2차 소결하는 단계(S7)와, 2차 소결된 지르코니아 캡(3)의 표면에 표면보호층 형성하는 표면보호층 형성 단계(S8)를 포함한다.

제2 실시예의 지르코니아 블록 준비 단계(S1), 조각 단계(S2), 에칭 단계(S3), 컬러링 단계(S4)와, 및 소결 단계(S5)는 제1 실시예와 거의 동일한 방식으로 수행될 수 있다. 에칭 단계(S3)는 제1 실시예의 스테인 어플라잉 단계 대신에 포세린 및 스테인 어플라잉 단계(S6)가 적용됨으로써 생략될 수 있다. 표면호보층 형성 단계(S8)는 지르코니아 캡 표면을 보호함과 동시에 지르코니아 캡 표면에 존재할 수 있는 미세 크랙 등 표면 결함을 가려 심미성을 높여준다.

< 포세린 및 스테인 어플라잉 단계>

포세린 및 스테인 어플라잉 단계(S6)는 먼저 시중에서 구입한 포세린 파우더를 더욱 미세하게 분말화하는 것을 포함한다. 글레이징액과 함께 포세린 파우더와 스테인을 함께 적용하는 이유는 포세린 파우더들의 입자 사이 간극이 스테인이 수용 유지되는 홈을 형성하기 위한 것인데 기존 시중에서 판매되는 포세린 파우더를 그대로 적용하는 경우 간극이 너무 커져 스테인을 제대로 유지하는 기능을 할 수 없기 때문이다. 글레이징액을 지르코니아 캡의 표면에 바른 후 그 위에 더욱 미세하게 분말화된 포세린 파우더와 스테인의 혼합물 또는 각각을 적용한다. 스테인은 제1 실시예와 마찬가지로 철산화물, 니켈산화물, 니오브산화물, 티탄산화물, 바나듐산화물, 망간산화물 등 금속산화물이 주요 재료가 된다.

<표면보호층 형성 단계>

표면보호층 형성 단계(S8)는 추가 소결 단계를 거친 지르코니아 캡을 포세린로에 넣고 300~500 ℃의 저온으로 5~10초간 가열하고, 그 저온 가열 후 10초 이내에 지르코니아 캡의 표면을 덮도록 페트롤라툼(Petrolatum)을 도포하고, 페트롤라툼을 공기 중에서 냉각하여 페트롤라툼으로 이루어진 표면보호층을 형성한다. 다음, 표면보호층이 형성된 지르코니아 캡을 물로 냉각함과 동시에 세척한다. 여기에서, 300~500 ℃의 가열 온도는 선행 단계에서 스테인과 함께 적용된 포세린에 영향을 주지 않으면서 후에 페트롤라툼을 녹인 후 고착시킬 수 있는 온도이다.

페트롤라툼은 전술한 것과 같은 300~500 ℃의 저온 가열 후에 붓을 이용하여도포된다.

2.................................지르코니아 블록
3.................................지르코니아 캡
Z1, Z2, Zn........................지르코니아 분말층

Claims (3)

1. n층의 지르코니아 분말층들을 압축 성형하여 높이를 따라 투명도가 다르도록 제작된 지르코니아 블록을 준비하는 단계;
   캐드캠을 이용하여 상기 지르코니아 블록을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡을 형성하는 단계;
   상기 조각에 의해 형성된 지르코니아 캡의 외부면에 다공성 표면을 형성하도록, 1~3% 농도의 불산수용액을 이용하여 에칭하는 단계;
   다공이 형성된 지르코니아 캡의 다공성 표면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계;
   상기 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡을 1차 소결하는 단계;
   1차 소결된 지르코니아 캡의 표면에 글레이징 액과 스테인을 바르는 스테인 어플라잉 단계; 및
   스테인 어플라잉 단계를 거친 지르코니아 캡을 2차 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조방법.
2. n층의 지르코니아 분말층들을 압축 성형하여 높이를 따라 투명도가 다르도록 제작된 지르코니아 블록을 준비하는 단계;
   캐드캠을 이용하여 상기 지르코니아 블록을 치아 형상으로 조각하여 지르코니아 캡을 형성하는 단계;
   지르코니아 캡의 외부면에 바탕색을 입히고 컬러 그라데이션을 형성하는 컬러링 단계;
   상기 컬러링 단계를 마친 지르코니아 캡을 1차 소결하는 단계;
   1차 소걀된 지르코니아 캡의 표면에 글레이징 액을 바르고, 추가로 더 분말화된 포세린 분말과 스테인을 함께 적용하는 포세린 및 스테인 어플라잉 단계; 및
   포세린 및 스테인 어플라잉 단계를 거친 지르코니아 캡을 2차 소결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 2차 소결을 거친 지르코니아 캡의 표면에 표면 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 표면 보호층을 형성하는 단계는, 상기 2차 소결을 거친 지르코니아 캡을 포세린로에 넣고 300~500 ℃의 저온으로 5~10초간 가열하고, 저온 가열 완료 후 10초 이내에 지르코니아 캡의 표면을 덮도록 페트롤라툼(Petrolatum)을 도포하고, 페트롤라툼을 공기 중에서 냉각하여 페트롤라툼으로 이루어진 표면보호층을 형성하는 것을 특징으로 하는 치과 보철물 제조방법.

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