KR20040047143A - 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주성분이 금(Au), 백금(Pt), 팔라디움(Pd) 귀금속으로 제조된 치과용 합금으로 치과보철물을 제작할 때 사용하는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속 합금이다. 일반적으로 치과수복물의 주조에 사용되는 금속-세라믹용 귀금속합금은 독성이 없고, 세라믹과의 융착성이 우수하여야 한다. 금속-세라믹용 합금에서 금속은 강도는 우수하지만, 금속성 색상 때문에 자연치아의 심미성을 얻을 수 없다. 따라서 이러한 단점을 극복하기 위해 심미성이 우수한 세라믹과 금속의 뛰어난 기계적 성질 및 정밀성을 결합한 금속-세라믹 금관이 치과 보철에 사용되고 있는데, 이러한 합금을 금속-세라믹 금관용 치과 합금이라 한다.

치과 보철용 합금은 극심한 온도 및 산도의 변화, 수분의 존재 및 강한 저작압이 가해지는 등의 다양한 환경변화가 일어나는 인체의 구강내에서 사용되기 때문에 첫째로, 저작압에 견딜수 있는 강도를 가져야 하고 마모, 변형 등이 없어야 하며, 치아의 경도 및 강도와 비슷해야 한다. 요즈음은 심미성을 중요시하는 까닭에 자연치아와 비슷한 세라믹과 함께 사용한 금속-세라믹 치관이 사용되기 때문에 세라믹과 결합성도 우수하여야 한다. 또한 구강내에서 부식이나 변색등이 없어야 하며 인체 유해성이 없어야 한다. 또한 일반 치과기공소에서 전기주조나 산소-프로판가스를 사용하여 용해하는 동안에 쉽게 용해할 수 있어야 하며, 경제성이 있어야하는 등의 여러 가지 특성을 가져야 한다. 따라서 융점이 비교적 낮고 주조성이 우수하며 공기중에서도 산화가 발생하지 않는 75% 이상 금함량의 합금이 널리 사용되고 있으나, 강도가 약하여 길이가 긴 가공의치(long-span bridge)의 제조에 문제점을 가지고 있다. 시판중인 고금 금속-세라믹 합금을 이용하여 보철용 계속가공의치를 제작하는 경우, 길이가 짧은 가공의치(short-span bridge. 예; 3번 가공의치)는 가능하나 그 이상의 경우 약한 강도로 변형이 발생되거나 파절되는 경우가 종종 발생한다.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 백금(Pt)이나 팔라디움(Pd)을 첨가하여 부식저항성을 높이고 생체적합성을 우수하게 하며 기계적성질을 향상시킨다. 그러나 백금이나 팔라디움은 값이 비싸고 금합금을 희게하는 경향이 있으며, 특히 팔라디움은 수소와 다른 기체를 흡수하여 수소취성을 일으켜 주조물의 균열 및 파절을 일으키거나 합금에 기포를 발생시켜 주조성을 감소시키는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 이와같은 종래의 보철합금이 갖고있는 문제점을 해결하기 위하여 고가인 백금 및 팔라디움의 함량을 줄이고 결정립 미세화 효과를 가지고 있는 탄탈(Ta), 망간(Mn)을 소량 첨가시켜, 가격 경쟁력을 가지면서 기계적성질을 향상시켰다. 또한 다량의 팔라디움이 첨가됨으로써 발생하는 잦은 변색물의 발생과 파절, 주조성 저하, 치아 경도보다 더 강한 경도값을 갖는 등의 단점들을 해결하였으며, 이들 탄탈(Ta)과 망간(Mn)을 첨가함으로써 합금의 금색깔을 향상시켰다.

Description

금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금 및 그의 제조방법 {Dental Precious Alloy for Metal-Ceramic Crown and Method of Making the Same}

본 발명은 치과주조용으로 사용되는 독성이 없으며, 세라믹과 융착성이 우수한 치과보철물(금속-세라믹 금관)을 제작할 때 사용하는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속 합금에 관한 것이다.

금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금의 주성분은 금(Au), 백금(Pt), 팔라디움(Pd)의 귀금속으로 제조된 합금으로, 기계적성질 및 정밀성이 우수한 금속 상에 심미성이 뛰어난 세라믹을 부착 소성시켜서 주로 심미성 치과 보철용 합금으로 사용한다.

상기 치과용 금속-세라믹 금관용 합금은 인체의 구강내에서 직접 사용되기 때문에 독성이 없어야 하고, 저작압에 견딜수 있는 강도를 가져야 하고 마모, 변형 등이 없어야 하며, 치아의 경도 및 강도와 비슷해야 한다. 치아색과 유사해야 한다. 또한 요즈음은 심미성을 중요시하는 까닭에 자연치아와 비슷한 세라믹과 함께사용한 금속-세라믹 치관이 사용되기 때문에 세라믹과 결합성도 우수하여야 하며, 경제성을 가져야 하고, 일반 치과기공소에서 전기주조나 산소-프로판가스에 의해 쉽게 용해할 수 있어야 하는 등의 여러 가지 특성을 가져야 한다. 따라서 융점이 비교적 낮고 주조성이 우수하며 공기중에서도 산화가 발생하지 않는 75% 이상 금함량의 합금이 널리 사용되고 있으나, 강도가 약하여 길이가 긴 가공의치(long-span bridge)의 제조에 문제점을 가지고 있다. 시판중인 고금 금속-세라믹 합금을 이용하여 보철용 계속가공의치를 제작하는 경우, 길이가 짧은 가공의치(short-span bridge. 예; 3번 가공의치)는 가능하나 그 이상의 경우 약한 강도로 변형이 발생되거나 파절되는 경우가 발생한다.

이러한 문제점을 극복하기 위해, 부식저항성이 높고 생체적합성이 우수한 백금(Pt)이나 팔라디움(Pd)을 첨가하여 사용한다. 그러나 백금이나 팔라디움은 값이 비싸고 금합금을 희게하는 경향이 있으며, 특히 팔라디움은 수소와 다른 기체를 흡수하여 수소취성(주조물 균열 및 파절)을 일으키거나 합금에 기포를 발생시켜 주조성을 감소시키는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 이와같은 종래의 보철합금이 갖고있는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고가인 백금 및 팔라디움의 함량을 줄이고 소량의 탄탈(Ta)과 망간(Mn)을 첨가시켜, 가격 경쟁력을 높이고, 다량의 팔라디움이 첨가됨으로서 발생하는 잦은 변색물의 발생과 파절, 수소취성, 주조성 저하, 치아 경도보다 더 강한 경도값을 갖는 등의 단점들을 해결하였다. 금속-세라믹의 결합력과 기계적 성질을 향상시키기 위하여 탄탈과 망간을 첨가하였으며, 또한 이들을 첨가하여 합금의 금색깔이 향상되었다.

본 발명은 중량%로 금 85∼93%, 백금 5∼10%, 팔라디움 2∼6%, 은 0.1∼1.0%, 인듐 0.5∼3.0%, 이리듐 0.1∼0.4%로 이루어지는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금에 있어서, 상기 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금 100중량% 중에 탄탈(Ta) 0.1-0.3%, 망간(Mn) 0.1-0.4%이 포함되도록 구성되어진다. 이때 상기 탄탈(Ta)과 망간(Mn)의 첨가는 백금과 팔라디움의 부족분을 대신해서 첨가되도록 한다.

또 본 발명은 중량%로 금 85∼93%, 백금 5∼10%, 팔라디움 2∼6%, 은 0.1∼1.0%, 인듐 0.5∼3.0%, 이리듐 0.1∼0.4%, 탄탈 0.1∼0.3%, 망간 0.1∼0.4%로 이루어지는 치과용 금속-세라믹 금관용 합금조성물을 진공유도로에 장입하여 10-3 torr 까지 진공분위기를 조성한후 약 50 torr의 불활성가스(아르곤)를 주입하여 용해하고, 용해가 끝난 용탕을 진공상태에서 진공유도로 챔버안에 설치된 정밀 주조용 흑연 주형에 주입한 후, 열처리하고 그 후 압연기를 이용하여 주조체를 늘린 후 각인 및 절단을 하여 최종 제품을 만드는 단계로 이루어지는 치과용 금속-세라믹 금관용 합금조성물 제조방법이며, 이때 상기 탄탈(Ta)의 첨가는 백금(Pt)-탄탈(Ta) 모합금의 형태로 첨가하여 진공유도로에 투입하도록 하였다. 이때 상기 백금(Pt)-탄탈(Ta) 모합금의 첨가량은 무게비로 백금 95wt%, 탄탈 5wt%가 바람직하였다.

금(Au), 백금(Pt), 팔라디움(Pd) 등과 같은 귀금속을 포함하여 제조되어지는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금에 있어서 본 발명은 상기 주성분 중 고가인 백금(Pt)과 팔라디움(Pd)의 양을 줄이고, 대신 가격이 매우 저렴한 Ta, Mn을 첨가하여 기계적 성질을 향상시키고 세라믹과 융착성을 향상시켰다. 금속-세라믹합금에 있어서 첨가 원소의 효과는 상호간에 서로 복잡하게 작용하므로 그 함량이 각각의 특정범위를 초과하거나 미달하는 경우에는 첨가 원소의 효과를 상실하거나 역효과를 일으키게 된다. 따라서 본 발명의 결과는 수 많은 실험을 거듭하여 얻은 결과로서 중량 %로 첨가 원소의 함량은 탄탈(Ta) 0.1-0.3%, 망간(Mn) 0.1-0.4%로 제한하였다.

본 발명의 금속-세라믹용 합금의 조성 및 효과는 다음과 같다. 금은 금속-세라믹 합금의 기본이 되는 원소로 부식 및 변색 저항성, 연성을 높게 해준다. 백금, 팔라디움은 금합금을 단단하게 하기 위해서 쓰이며 값이 비싸고 용융온도가 높기 때문에 주조용 합금의 경우 사용량에는 제한이 있다. 팔라디움의 경우 수소와 다른 기체를 흡수하여 수소취성(주조물 균열 및 파절)을 일으키거나 합금에 기포를 발생시켜 주조성을 감소시키므로 그 양을 제한하여야 한다. 은, 동은 합금의 경도와 강도를 증가시키나, 변색, 부식 저항성 이 낮다. 특히 동은 세포독성이 있어 동을 첨가할 때 매우 신중을 기한다.

고가인 백금, 팔라디움의 일부를 가격이 저렴한 망간(Mn)으로 대체함으로써 기계적성질과 세라믹과 금속의 결합력을 향상시켰다. 0.1% 이하에서는 세라믹과의 융착성에 영향을 주지 못하고, 0.4% 이상 첨가되면 산화가 심하여 비금속 개재물로 작용하여 금속으로부터 세라믹의 박리 현상이 발생한다. Mn의 첨가량이 증가됨에 따라 기계적 성질과 금 색깔이 향상되며, 너무 많이 첨가될 경우 연성이 저하되고 강도와 경도가 너무 높아지므로 0.1 - 0.4%의 적당량을 첨가하여야 한다.

백금대신 첨가원소인 탄탈은 결정립 미세화제로서 기계적성질과 금속의 금색을 향상시키기 위해 합금에 첨가시켰다. 탄탈의 첨가량이 너무 많거나 적으면 결정립미세 효과가 나타나지 않아 기계적성질이 저하되어 그양을 0.1-0.3% 범위로 제한하였다.

본 발명의 금속-세라믹용 합금은 이상의 성분들을 이용하여 제조하였다. 이들 성분의 상호 역학관계를 고려하여 기계적, 화학적 성질이 우수하고 생체적합성이 뛰어난 합금을 제조하기 위해 수많은 실험이 행하여 진다. 또한 합금 제조시 탄탈은 융점이 높아 합금화가 매우 어려워서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 백금-탄탈을 우선 합금화시켰다(pre-alloying). 우선 합금화된 백금-탄탈 모합금을 이용하여 금속-세라믹용 합금을 제조하였다.

이상에서 설명하였듯이 본 발명의 금속-세라믹용 치과 귀금속합금은 인체에 해가되는 유독한 독성을 나타내는 성분을 전혀 함유하지 않았으며, 기존의 금속-세라믹용 치과합금보다 강도와 인성등 기계적 성질이 매우 우수하며, 부식, 변색 저항성 및 금속-세라믹의 융착성이 크게 향상되었다. 또한 생물학적실험 결과 생체적합성이 뛰어나고 주조성이 우수하며 향상된 금색깔을 갖는 여러 장점을 갖고 있다.

실시 예 1

무게비로(wt%) 금 91.0%, 백금 6.8%, 팔라디움 0.5%, 은 0.5%, 인듐 0.9%, 이리듐 0.1%, 탄탈 0.1% , 망간 0.1% (이때 탄탈은 백금-탄탈 모합금의 형태로 첨가함) 을 진공유도로에 장입하여 10-3 torr 까지 진공분위기를 조성한후 약 50 torr의 불활성가스(아르곤)를 주입하여 용해한다. 용해가 끝난 용탕을 진공상태에서 진공유도로 챔버안에 설치된 정밀 주조용 흑연 주형에 주입한다. 균질화를 향상시키기 위해 열처리한후 압연기를 이용하여 주조체를 늘린후 각인 및 절단을 하여 시험편을 만들었다.

이상과 같이 제조된 합금을 치과기공소에서 사용하는 산소-프로판가스 토치를 이용하여 용해한후 ISO 규격에 의거 기계적, 화학적 특성에 관한 시험을 행하였으며, 또한 ISO/TR 규격에 의거 단기간전신독성시험(경구)과 배양세포에 의한 한천중층시험등 생체적합성 실험을 행한 결과 매우 우수한 생체적합성을 나타내었다. 상기의 시험방법으로 측정된 본 발명합금의 물리적 특성은 항복강도 289 MPa, 인장강도 397 MPa, 연신율 12.6 %, 비커스경도 144 Hv, 열팽창계수 14.0 x 10-6/℃, 밀도 19.1 g/cm3, 융점 ∼1150℃ 및 금속-세라믹 결합강도 29 MPa의 수치를 보였다.

세라믹과의 융착성을 조사하기 위해 25×3×0.5 mm의 판재로 합금을 주조한 후 시편중앙에 8×3×1 mm로 세라믹을 올려 소성한 후 세라믹과의 결합특성을 조사하였다. 시험은 ISO 6892 규격에 의거 굽힘강도 시험을 행하였으며 시험결과 ISO 9693에 의거 6개의 시편중 4개 이상의 시편이 결합 파절/균열생성 강도가 25 MPa 이상으로 우수한 결합력을 보여 주었다.

본 발명은 종래의 금속-세라믹용 합금이 갖고있는 문제점을 해결하고 고가인 백금(Pt) 및 팔라디움(Pd)의 함량을 줄이고, 저가인 탄탈(Ta), 망간(Mn)을 소량 첨가시켜, 가격 경쟁력을 높였다. 또한 다량의 팔라디움이 첨가됨으로서 발생하는 잦은 변색물의 발생과 파절, 수소취성, 주조성 저하, 치아 경도보다 더 강한 경도값을 갖는 등의 단점들을 해결하였다. 금속-세라믹의 결합력과 기계적 성질 및 합금의 금색깔이 향상되었으며 부식이나 변색등이 없으며, 유독한 독성을 나타내는 성분을 함유하지 않아 인체에 해가 전혀 없어 생체적합성이 뛰어났다.

Claims (4)

1. 금, 백금 , 팔라디움, 은, 인듐, 이리듐으로 이루어지는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금에 있어서,

   상기 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금 100중량% 중에 탄탈(Ta) 0.1-0.3%, 망간(Mn) 0.1-0.4%이 포함되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 치과용 금속-세라믹 금관용 합금.
2. 제 1항에 있어서, 상기 탄탈(Ta)과 망간(Mn)은 백금과 팔라디움의 부족분을 대신해서 첨가되도록 구성되어짐을 특징으로 하는 치과용 금속-세라믹 금관용 합금.
3. 금, 백금 , 팔라디움, 은, 인듐, 이리듐, 탄탈, 망간으로 이루어지는 치과용 금속-세라믹 금관용 합금조성물을 진공유도로에 장입하여 10-3 torr 까지 진공분위기를 조성한후 약 50 torr의 불활성가스(아르곤)를 주입하여 용해하고, 용해가 끝난 용탕을 진공상태에서 진공유도로 챔버안에 설치된 정밀 주조용 흑연 주형에 주입하여 열처리하여 압연기를 이용하여 주조체를 늘린 후 각인 및 절단을 하여 최종 제품을 만드는 단계로 이루어지는 치과용 금속-세라믹 금관용 합금조성물 제조방법에 있어서, 상기 탄탈(Ta)의 첨가는 백금(Pt)-탄탈(Ta) 모합금의 형태로 첨가하여 진공유도로에 투입하도록 함을 특징으로 하는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금의 제조방법
4. 제 3항에 있어서 상기 백금(Pt)-탄탈(Ta) 모합금의 첨가량은 무게비로 백금 95wt%, 탄탈 5wt%임을 특징으로 하는 금속-세라믹 금관용 치과 귀금속합금의 제조방법.