KR20090109204A - 표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비뚤어진 치아의 치열을 교정하기 위하여 치아에 설치하는 치열교정용 브라켓을 자연치아와 유사한 색도를 갖는 안정화된 지르코니아 소재에 의하여 보다 용이하게 제작하도록 하는 브라켓의 제조방법으로서 브라켓 원재료 기판의 성형 및 열처리를 통하여 적정 경도값을 갖도록 하여 가공 및 연마작업을 수월하게 하도록 함과 아울러 평면 및 슬롯 홈 가공시 파손됨을 방지하고, 최종 완성품의 강도 저하나 변색이 방지되도록 하는 표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법에 관한 것임.

치아교정, 브라켓, 세라믹, 지르코니아, 색도

Description

표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법{Preparation of Surface-Coated Brackets for Orthodontics}

본 발명은 치열교정용 브라켓에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비뚤어진 치아의 치열을 교정하기 위하여 치아에 설치하는 치열교정용 브라켓을 자연치아와 유사한 색도를 갖는 안정화된 지르코니아 소재에 의하여 보다 용이하게 제작하도록 하는 표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 치아가 삐뚤어지고 치열이 고르지 못한 상태를 치의학적인 용어로 "부정교합"이라 하며, 이러한 부정교합을 바로잡아 주기 위하여 시술하는 치료를 교정치료라 한다.

사람에 있어 치아는 매우 중요한 신체부위로서 가장 중요한 기능은 아래. 위 치아가 서로 맞물려 음식물을 부수어 소화가 잘되도록 돕는 기능으로서, 치아의 배열이 고르지 못하여 이 기능이 원활히 이루어지지 않은 경우 위에 부담이 되어 만성적으로 소화에 어려움이 생길 수 있고, 아래/위턱의 부조화로 인해 악관절에도 나쁜 영향을 미치게 되며, 치아나 치열이 부정교합의 상태인 경우, 외모가 보기 흉하게 일그러지며, 음식물을 씹기가 어렵고, 치아의 사이로 바람이 새서 말을 할 때 발음이 불명확해지는 등 여러 가지 장애가 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 장애를 해소하기 위해 치아를 바로잡아 주는 치열교정장치는 다양하게 개발되어 사용되고 있으며, 대체적으로 종래의 치열교정장치는 양측에 쌍구속날개를 갖고 있는 브라켓과 교정선 및 결속타이 등으로 이루어져 있다.

그런데 이러한 치열교정장치는 대부분 금속재로 이루어져 교정치료시 치아의 외부로 노출되는 브라켓이 금속재질의 이질감 및 외관상 보기에 흉하여 심미감을 주지 못하여 이용자의 심리적 거부감을 느끼게 하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점으로 근래에는 이용자의 심리적 거부감을 줄이기 위해 눈에 잘 띄지 않는 지르코니아나 알루미나 등의 투명 세라믹 재질을 사용하는 것이 일반적인 추세이다.

이러한 투명 세라믹 재질의 브라켓은 소결공정을 통해 제조되는 것이 대부분이었으나 소결공정에 의해 제작된 투명 브라켓은 그 투명도가 좋지 못한 단점이 있었다.

물론 기존의 철제 브라켓에 비하면 투명 재질을 사용하기 때문에 외관상 눈에 띄는 정도가 훨씬 덜하기 하지만 소결체라는 특성상 완전한 무색 투명체를 얻기 어려우므로 이러한 브라켓을 치면에 착용하게 되면 여전히 시각적으로 부각되기 때문에 사용자가 심리적으로 위축될 가능성이 많았다.

이를 개선하기 위한 선행기술로서 특허등록 제10-0592118호(발명의 명칭: 치 열교정용 브라켓 제조방법)이 공지되어 있다. 특허등록 제 10-0592118호의 발명은 세라믹 단결정체를 성장시키는 성장단계; 성장된 단결정체를 원하는 브라켓 모양에 맞게 기계적으로 가공하는 가공단계; 및 가공된 브라켓 표면을 연마하는 폴리싱단계를 포함하며, 상기 가공단계는 브라켓의 모양에 맞게 상기 단결정체를 1차로 가공하는 1차가공단계; 1차가공된 브라켓 중 치면에 부착될 부착면에 표면적 증가를 위해 엠보싱 형상을 만드는 엠보싱가공단계; 엠보싱 가공 후 브라켓의 모양을 세밀하게 2차로 가공하는 2차가공단계; 및 2차가공된 브라켓의 모서리부를 라운딩 가공하는 라운딩가공단계를 포함하고, 상기 1차가공단계 전과 상기 2차가공단계 후에는 각각 응력을 제거하기 위한 1,2차열처리단계가 더 포함된 제조방법에 의해 가공되었다.

그러나 상기 선행기술은 매우 복잡한 가공단계를 통하여 제작되게 되므로 제작 원가의 상승 및 생산성이 좋지 못한 문제점이 있었다.

특히, 지르코니아에 의한 브라켓의 제조에 있어서는 성형 및 열처리가 매우 중요하며, 이는 후공정인 가공과 연마가 수월하게 이루어질 수 있도록 적정의 경도값이 요구된다.

만약에 경도가 크면 가공 및 연마가 어려워 가공 공구의 수명이 짧아지고, 곡면가공이 힘들어지며, 반대로 경도가 너무 작으면 평면 및 슬롯 홈 가공시 기판이 너무 약해 깨지기 쉽고, 미세기공으로 연마유 등이 침투하여 최종 제품에서 강도 저하 및 변색이 되는 문제가 있다.

상기 문제점을 개선하기 위한 본 발명은 브라켓 원재료 기판의 성형 및 열처리를 통하여 적정 경도값을 갖도록 하여 가공 및 연마작업을 수월하게 하도록 함과 아울러 평면 및 슬롯 홈 가공시 파손됨을 방지하고, 최종 완성품의 강도 저하나 변색이 방지되도록 하는 표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조은 3Y-TZP(3mol% Y₂O₃)에 산화철(Fe₂O₃) 0.1~2.0 mol%을 첨가하여 혼합한 혼합물을 분쇄 및 혼합하여 과립의 합성 분말을 가압프레스에 의해 기판형태의 형성체를 형성하는 기판성형공정과; 상기 기판성형공정에 의해 성형된 기판을 경도가 300 ~ 700Hv가 되도록 가열온도 1100 ~ 1250℃ 범위에서 열처리하는 예비소결공정과; 상기 예비소결공정에 의해 열처리된 기판을 브라켓 형상으로 가공하는 형상가공공정과; 상기 형상가공공정에 의해 가공된 브라켓 표면에 세라믹 코팅입자를 적층하는 세라믹입자 적층공정과; 상기 적층공정에 의해 세라믹 코팅입자가 적층된 브라켓을 1350 ~ 1520℃로 가열하여 코팅접합 및 소결하는 본소결코팅공정을 포함한다.

본 발명에 있어서 상기 세라믹 코팅입자는 지르코니아에 융제(flux)를 10 ~ 60wt% 첨가하여 구형의 과립상으로 형성되도록 함을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 의한 브라켓은 자연치와 유사한 색상으로 심미적 효과를 극대화 할 뿐만 아니라 우수한 파절강도로 기존의 알루미나, 사파이어 브라켓의 파절위험을 줄여줄 뿐만 아니라, 미리 소결시킨 후 가공이 이루어지기 때문에 공구의 소모가 현저하게 줄어들고 세라믹 입자의 표면코팅을 통한 표면개질에 의해 브라켓과 접합본드의 우수한 접합강도와 탈착시 교정치의 손상을 최소화하는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조 공정도를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명 실시예에 따른 산화철 함량과 브라켓의 색채계 특성관계 그래프로서 본 발명에 사용된 안정화 지르코니아/ 산화철 소재의 브라켓은 3Y-TZP(3mol% Y₂O₃)에 산화철( Fe₂O₃ ) 0.1~2.0 mol%을 첨가하여 실제 자연치아와 매우 유사한 색상의 브라켓을 제조할 수 있음을 보여준다.

본 발명 실시예의 제조공정은 기판성형공정과 예비소결공정과 브라켓 형상 가공공정과 세라믹입자 적층공정 및 본소결코팅공정으로 이루어진다.

상기 기판성형공정은 3Y-TZP(3mol% Y₂O₃)에 산화철(Fe₂O₃) 0.1~2.0 mol%을 첨가하여 혼합한 혼합물을 분쇄 및 혼합하여 과립의 합성 분말을 가압프레스에 의해 기판형태의 형성체를 형성하는 공정이다.

즉, 상기 기판형태의 형성체는 지르코니아에 산화철을 첨가하여 만든 원료를 분쇄하고 골고루 혼합하여 과립의 합성분말을 제조하고, 상기 과립의 합성분말을 일축가압프레스로 가압하여 기판(500×600×30mm)형태로 성형한다.

상기 예비소결공정은 상기 기판성형공정에 의해 성형된 기판을 경도가 300 ~ 700Hv가 되도록 가열온도 1100 ~ 1250℃ 범위에서 열처리하는 공정이다.

상기 형상가공공정은 상기 예비소결공정에 의해 열처리된 기판을 브라켓 형상으로 가공하는 공정이다.

상기 예비소결공정에 의해 열처리된 기판은 경도가 300 ~ 700Hv로서 경도에 따라 연마가공시간은 5 ~ 48시간이 소요된다.

즉 도 3은 본 발명 실시예에 따른 기판의 경도와 가공시간의 관계 그래프로서 상기 예비소결공정에 의해 열처리된 기판의 경도가 300Hv일 경우 비교적 경도가 작아서 쉽게 연마가공이 이루어져 약 5시간이 소요되었으며, 기판의 경도가 700Hv일 경우 비교적 경도가 커서 연마가공시간이 약 48시간 정도 소요되었다.

상기 세라믹입자 적층공정은 상기 형상가공공정에 의해 가공된 브라켓 표면에 세라믹 코팅입자를 적층하는 공정이다.

상기 브라켓의 베이스면에 세라믹 입자를 코팅하기 위해서는 먼저 브라켓의 고정화작업이 요구되며, 열팽창계수 및 본소결 온도를 고려하여 세라믹 코팅입자 소재를 사용하여야 한다.

상기 세라믹 코팅입자는 지르코니아에 융제(flux)를 10 ~ 60wt% 첨가하여 구형의 과립상으로 형성되도록 한다.

상기 융제(flux)는 코팅입자의 접착온도를 낮춰주고, 접착력을 높여주며 기공 형성제 역할을 하는 것이다.

그러나 과다한 융제 첨가는 구형의 입자 형상을 허물어트리며, 표면 거칠기 및 표면적을 감소시켜 본드의 접착력이 저하된다.

따라서, 다공성 과립 코팅입자는 적당량(10 ~ 60wt%)의 융제를 첨가시켜 젖음성 및 표면적을 향상시킬 필요가 있다.

상기 본소결코팅공정은 상기 세라믹입자 적층공정에 의해 세라믹 코팅입자가 적층된 브라켓을 1350 ~ 1520℃로 가열하여 코팅접합 및 소결하여 마무리하는 공정이다.

도 4는 본 발명 실시예에 따른 세라믹 코팅분말의 융제 첨가량과 코팅 표면층의 거칠기의 관계 그래프로서 융제의 첨가량이 10wt% 일 경우 표면층 거칠기는 약 15㎛ 정도로서 가장 심하게 거친면이 형성되었으며, 30wt% 에서 50wt% 를 첨가할 경우 가장 바람직한 상태가 됨을 보여주고 있다.

이와 같은 본 발명은 치아를 바로잡아 주는 치열교정장치의 브라켓을 세라믹 으로 제조하여 자연치아와 같은 색상을 발현하여 심미적으로 우수하고 생체 친화성이 우수하며 높은 강도와 인성을 가지는 지르코니아 브라켓을 용이하게 하는 기술로서 치의료용품의 산업화에 적용될 수 있는 매우 유용한 기술이다.

도 1은 본 발명 실시예에 따른 지르코니아 브라켓의 제조 공정도.

도 2는 본 발명 실시예에 따른 산화철 함량과 브라켓의 색채계 특성관계 그래프

도 3은 본 발명 실시예에 따른 기판의 경도와 가공시간의 관계 그래프.

도 4는 본 발명 실시예에 따른 세라믹 코팅분말의 융제 첨가량과 코팅 표면층의 거칠기의 관계 그래프.

Claims (2)

1. 3Y-TZP(3mol% Y₂O₃)에 산화철(Fe₂O₃) 0.1~2.0 mol%을 첨가하여 혼합한 혼합물을 분쇄 및 혼합하여 과립의 합성 분말을 가압프레스에 의해 기판형태의 형성체를 형성하는 기판성형공정과;

   상기 기판성형공정에 의해 성형된 기판을 경도가 300 ~ 700Hv가 되도록 가열온도 1100 ~ 1250℃ 범위에서 열처리하는 예비소결공정과;

   상기 예비소결공정에 의해 열처리된 기판을 브라켓 형상으로 가공하는 형상가공공정과;

   상기 형상가공공정에 의해 가공된 브라켓 표면에 세라믹 코팅입자를 적층하는 세라믹입자 적층공정과;

   상기 적층공정에 의해 세라믹 코팅입자가 적층된 브라켓을 1350 ~ 1520℃로 가열하여 코팅접합 및 소결하는 본소결코팅공정을 포함하는 표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 세라믹 코팅입자는

   지르코니아에 융제(flux)를 10 ~ 60wt% 첨가하여 구형의 과립상으로 형성되 도록 함을 특징으로 하는 표면 코팅된 치열교정용 지르코니아 브라켓의 제조방법.

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