KR20100065719A - Manufacturing method of zro2-al2o3 based ceramic block for tooth-restorative - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 치과용 보철물에 사용되는 인공치아 코어 재료에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지르코니아 세라믹에 알루미나를 도입하고 유/무기 바인더를 첨가한 후 냉간 등방압 프레싱(CIP) 및 예비소결(pre-sintering)을 통하여 제조하는 코어용 블록에 관한 것이다.The present invention relates to an artificial tooth core material used in dental prostheses, and more particularly, cold aisotropic pressing (CIP) and pre-sintering after introducing alumina into zirconia ceramics and adding an organic / inorganic binder. It relates to a core block to be manufactured through).
인공 치아용 재료에 있어서 금속-세라믹 조합은 심미적 관점에서 불리하다는 사실 이외에, 구강 내에 금속을 사용한다는 것은 금속의 생물학적 비친화성 위험으로 인해 많은 부작용이 제기되어 왔으며, 이러한 문제는 금속을 함유하지 않은 치아 수복물에 대한 요구로 이어짐에 따라 올-세라믹(세라믹-세라믹) 도재물의 실용화가 이어졌으며, 고강도의 인공치아 코어용 재료로 지르코니아 세라믹이 연구되어 사용되는 계기가 되었다.In addition to the fact that metal-ceramic combinations are disadvantageous in terms of aesthetics in artificial dental materials, the use of metals in the oral cavity has caused many side effects due to the risk of biocompatibility of the metals. The demand for restoration has led to the practical application of all-ceramic ceramics, and the zirconia ceramics have been studied and used as a material for high strength artificial tooth cores.
금속 재료와 비교할 때, 세라믹 재료는 경도, 내마모성, 내열성, 내식성 등의 우수한 성능을 갖는다. 그 중 지르코니아 세라믹은 그의 독특한 기계적 및 물리 적 성질로 인하여 광범위한 적용분야에서 사용된다. 지르코니아는 단점을 보완하기 위한 안정화 원소들 예로서 Y, Ce, Ca 및 Mg 등으로 도핑(doping)됨으로써 완전히 또는 부분적으로 안정화된 형태로 사용된다. 단단하고 강하지만 깨지기 쉬운 대부분의 기타 세라믹과는 달리, 부분적으로 안정화된 지르코니아 세라믹은 높은 파괴인성 및 내마모성뿐만 아니라 높은 경도 및 강도를 갖는다. 이러한 성질들로 인해 부분적으로 안정화된 지르코니아 세라믹은, 강도 높은 적용분야들, 예로서 절삭 도구, 전자 분야, 엔진 재료, 분쇄 매체 및 광학연결 부품들에의 사용에 적합한 것으로 알려져 있다.Compared with metallic materials, ceramic materials have excellent performances such as hardness, wear resistance, heat resistance, corrosion resistance and the like. Among them, zirconia ceramics are used in a wide range of applications because of their unique mechanical and physical properties. Zirconia is used in a fully or partially stabilized form by doping with stabilizing elements such as Y, Ce, Ca and Mg to compensate for the shortcomings. Unlike most other ceramics that are hard and strong but brittle, partially stabilized zirconia ceramics have high hardness and strength as well as high fracture toughness and wear resistance. Partially stabilized zirconia ceramics due to these properties are known to be suitable for use in high-strength applications such as cutting tools, electronics, engine materials, grinding media and optical connecting parts.
최근 가장 많이 사용하는 YSZ(yttria stabilized zirconia) 분말을 사용하는데 있어 성형성을 용이하게 하기 위하여 다양한 종류의 유기/무기 바인더가 첨가된다. 유기 바인더로 잘 알려진 예로는 폴리비닐 피롤리딘, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐 부티르, 폴리스타이렌과 이들의 혼합물 등이 있다. 무기 바인더로는 마그네슘 옥사이드, 암모니움 포스페이트, 콜로이달 실리카, 칼슘 설페이트, 에틸 실리케이트, 실리카, 마그네시움 포스페이트, 실리카 컴파운드 등이 있다.Various types of organic / inorganic binders are added in order to facilitate moldability in using yttria stabilized zirconia (YSZ) powder which is used most recently. Examples of well-known organic binders include polyvinyl pyrrolidine, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinyl butyr, polystyrene and mixtures thereof. Inorganic binders include magnesium oxide, ammonium phosphate, colloidal silica, calcium sulfate, ethyl silicate, silica, magnesium phosphate, silica compounds and the like.
종래 알루미나 세라믹스 기지 상에 지르코니아 입자를 분산시켜 알루미나-지르코니아 소결 복합체를 제조하고, 그것의 기계적 강도와 인성을 향상시키려는 많은 시도가 있어 왔다. 그러나 두 분말의 기계적 혼합에 의한 알루미나-지르코니아 소결 복합체의 제조에 첨가되는 지르코니아의 경우 초기 입자 크기가 크고, 알루미나의 치밀화를 위한 소결 온도가 높기 때문에, 소결체 내에서 2차상인 지르코니아 입자의 크기 제어가 힘들고 균일한 분산이 어려워 기계적 특성의 증진에 문제점이 있었다. 따라서 지르코니아-알루미나 복합 산화물 재료는, 두 분말의 기계적물리적 혼합이 아닌 졸-겔 공정 및 수열 합성법으로 제조하고 바인더를 첨가하여 균일한 분산 및 입자의 크기를 제어하고 접착력을 향상시켜 기계적 강도 및 인성에 대한 감소 없이 뛰어난 내마모성 및 경도를 제공하고자 한다.Many attempts have been made to prepare alumina-zirconia sintered composites by dispersing zirconia particles on conventional alumina ceramic substrates and to improve their mechanical strength and toughness. However, zirconia added to the production of alumina-zirconia sintered composites by mechanical mixing of two powders has a large initial particle size and a high sintering temperature for densification of alumina. Difficult and uniform dispersion is difficult to improve the mechanical properties. Thus zirconia-alumina The composite oxide material is manufactured by the sol-gel process and hydrothermal synthesis, not the mechanical and physical mixing of the two powders, and the addition of binders to control uniform dispersion and particle size and improve adhesion, without compromising mechanical strength and toughness. It is intended to provide wear resistance and hardness.
본 발명의 주요 목적은 지르코니아 기지 상에 알루미나의 함량을 조절하여 강도 및 인성의 우수한 밸런스를 유지하는 동시에, 우수한 내마모성 및 경도를 가진 지르코니아-알루미나 복합체 블록을 제공하기 위한 것이다.The main object of the present invention is to control the content of alumina on the zirconia base to maintain a good balance of strength and toughness, while at the same time zirconia-alumina having excellent wear resistance and hardness To provide a composite block.
본 발명의 지르코니아-알루미나 복합 세라믹 재료는 90 vol% 이상의 정방형 지르코니아로 이루어진 지르코니아 상 및 알루미나 상을 포함하고, 복합 세라믹 재료 중 알루미나 상의 양은 20∼70 vol%, 바람직하게는 40∼60 vol%의 알루미나 상을 함유한다. 알루미나 상의 함유량이 20 vol % 미만인 경우, 복합 세라믹 재료의 기계적 강도 및 내마모성을 충분히 개선할 수 없다. 한편, 알루미나 양이 70 vol%를 초과하면, 현저한 강도 및 인성 저하가 발생할 우려가 있다.The zirconia-alumina composite ceramic material of the present invention comprises a zirconia phase and an alumina phase composed of at least 90 vol% of square zirconia, and the amount of alumina phase in the composite ceramic material is 20 to 70 vol%, preferably 40 to 60 vol%. It contains a phase. When the content of the alumina phase is less than 20 vol%, the mechanical strength and wear resistance of the composite ceramic material cannot be sufficiently improved. On the other hand, when the amount of alumina exceeds 70 vol%, there is a fear that remarkable strength and toughness decrease.
특히, 알루미나 양이 40∼60 vol%인 경우는, 높은 수준의 강도와 인성 간 밸런스를 가지는 고신뢰성의 세라믹 재료를 제공할 수 있다.In particular, when the amount of alumina is 40 to 60 vol%, a highly reliable ceramic material having a high level of balance between strength and toughness can be provided.
상기 복합 세라믹 재료에 있어, 지르코니아 상은 3 내지 10 mol%의 이트리아를 안정화제로서 포함하는 것이 바람직하다.In the composite ceramic material, the zirconia phase preferably contains 3 to 10 mol% of yttria as a stabilizer.
즉, 상기 방법은, 안정화 지르코니아 분말을 알루미나 상의 양이 20 내지 70 vol%의 범위가 되도록 혼합하는 단계; 바인더를 첨가하여 소망하는 형상으로 성형(molding)하는 단계; 상기 복합 세라믹 재료가 산소-함유 대기 중에서 소결하 는 단계를 포함한다.That is, the method comprises the steps of mixing the stabilized zirconia powder so that the amount of alumina phase is in the range of 20 to 70 vol%; Adding a binder to mold into a desired shape; Sintering the composite ceramic material in an oxygen-containing atmosphere.
따라서 본 발명의 지르코니아-알루미나 복합 산화물 재료는, 두 분말의 기계적물리적 혼합이 아닌 졸-겔 공정 및 수열 합성법으로 제조하고 바인더를 첨가하여 균일한 분산 및 입자의 크기를 제어하고 접착력을 향상시켜 기계적 강도 및 인성에 대한 감소 없이 뛰어난 내마모성 및 경도를 가질 수 있다.Thus, the zirconia-alumina of the present invention The composite oxide material is manufactured by the sol-gel process and hydrothermal synthesis, not the mechanical and physical mixing of the two powders, and the addition of binders to control uniform dispersion and particle size and improve adhesion, without compromising mechanical strength and toughness. It may have wear resistance and hardness.
[실시예 1]Example 1
종래의 이트리아가 3mol % 도핑 되어 있는 안정화 지르코니아 파우더에 금속 염화물을 첨가하였고, 폴리비닐 알코올을 바인더로 사용하였다.Metal chloride was added to the stabilized zirconia powder doped with 3 mol% of conventional yttria, and polyvinyl alcohol was used as the binder.
증류수에 지르코니아와 알루미늄클로라이드 6수화물(AlCl36H2O)을 첨가하였고, 알루미나의 비율은 40 vol% 로 하였다. 상기 혼합물을 졸-겔 합성법으로 폐쇄계에서 산성 조건 하에서 80℃로 반응시켜 지르코니아 파우더 표면에 알루미나 입자를 코팅한 후 증류수를 건조하였다.Zirconia and aluminum chloride hexahydrate (AlCl 3 6H 2 O) were added to the distilled water, and the ratio of alumina was 40 vol%. The mixture was reacted at 80 ° C. under acidic conditions in a closed system by sol-gel synthesis to coat alumina particles on the surface of zirconia powder, and then distilled water was dried.
제조된 지르코니아-알루미나 복합 파우더와 증류수에 폴리비닐 알코올을 첨가하여 완전히 용해시킨 혼합물을 섞은 뒤 48시간동안 볼밀링하여 2차 입자 사이즈를 감소시키고 파우더끼리의 접착력을 증진시켰다. 분말을 일축프레싱 한 후, 냉간 등방압 프레싱으로 압착한 후 예비 소결을 시행하여 예비 소결된 지르코니아 블록을 제조하고, 코어 제작 후 상압 소결을 시행하였다.Polyvinyl alcohol was added to the prepared zirconia-alumina composite powder and distilled water, and then the mixture was completely dissolved, followed by ball milling for 48 hours to reduce the secondary particle size and enhance adhesion between the powders. After the uniaxial pressing of the powder, it was compressed by cold isostatic pressing and preliminarily sintered to prepare a presintered zirconia block, and after the core fabrication, atmospheric sintering was performed.
소결된 몸체의 상을 SEM으로 분석하고, XRD를 이용하여 알루미나의 결정상을 확인하였다. 굴곡강도는 3점 굽힘 강도에 대해 측정하고 경도는 비커스 경도를 측정하였다.The phase of the sintered body was analyzed by SEM and the crystal phase of alumina was identified using XRD. Flexural strength was measured for three-point bending strength and hardness was measured for Vickers hardness.
[실시예 2][Example 2]
상기 실시예 1과 동일한 공정으로 분말을 합성하고 소결체를 제조하되, 첨가되는 바인더의 종류를 폴리비닐 피롤리딘(PVP)으로 달리하였다.In the same process as in Example 1 to synthesize a powder and to prepare a sintered body, the type of binder added was changed to polyvinyl pyrrolidine (PVP).
[실시예 3]Example 3
상기 실시예 1과 동일한 공정으로 분말을 합성하고 소결체를 제조하되, 첨가되는 바인더의 종류를 폴리에틸렌글리콜(PEG)로 달리하였다.In the same process as in Example 1 to synthesize a powder and to prepare a sintered body, the type of binder added was changed to polyethylene glycol (PEG).
[비교예 1]Comparative Example 1
상용의 지르코니아 분말에 폴리비닐 알코올을 첨가하고 소결하여 제조한 블록의 굴곡 강도와 비커스 경도를 측정하였다.Flexural strength and Vickers hardness of blocks prepared by adding polyvinyl alcohol and sintering to commercially available zirconia powder were measured.
[비교예 2]Comparative Example 2
실시예 1과 동일한 공정으로 분말을 합성하고 소결체를 제조하되 바인더를 첨가하지 않고 제조하였다.Powders were synthesized in the same manner as in Example 1 to prepare a sintered body, but without adding a binder.
[표1]Table 1
[표2][Table 2]
도1은 본 발명의 지르코니아-알루미나 복합 산화물 재료에 바인더가 첨가된 SEM 사진이다.1 is a SEM photograph of a binder added to a zirconia-alumina composite oxide material of the present invention.
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Publications (1)
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