KR20150029841A - 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 치과 또는 기공소에서 세라믹 크라운(all ceramic crown) 또는 도재 라미네이트(porcelain laminate) 방식으로 제작하는 맞춤형 세라믹 치아수복물(custom-made ceramic restoration)을 알루미나 또는 지르코니아 소재의 기성형 세라믹 치아수복물로 대체하여 트라이-인(try-in) 및 즉시보철(immediate provisionalization)을 가능하게 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 치과용-수의과용 기성형 세라믹 치아수복물에 관한 것이다.
본 발명의 기성형 세라믹 치아수복물은 자연 치아의 형상을 그대로 재현할 수 있고 장기간 사용하여도 시술한 상태의 치아수복 형태를 그대로 유지할 수 있으며, 용이하게 제작이 가능하고 제조원가가 절감되며, 시술시 즉시 수정작업 또는 재작업을 통해 치료기간을 단축하고 치료비용에 대한 환자의 부담을 덜어주며, 오염방지와 접착력 향상을 꾀할 수 있고 환자별 치아수복물의 크기, 시멘팅 위치확보가 용이하며, 높은 강도와 인성의 유지가 가능하다.

Description

기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법 및 이에 의해 제조된 치과용-수의과용 기성형 세라믹 치아수복물{Method of Manufacturing Preformed Ceramic Tooth Restoration, and Dental-Veterinary Preformed Ceramic Tooth Restoration Manufactured Thereby}

본 발명은 치과 또는 기공소에서 세라믹 크라운(all ceramic crown) 또는 도재 라미네이트(porcelain laminate) 방식으로 제작하는 맞춤형 세라믹 치아수복물(custom-made ceramic restoration)을 알루미나 또는 지르코니아 소재의 기성형 세라믹 치아수복물로 대체하여 트라이-인(try-in) 및 즉시보철(immediate provisionalization)을 가능하게 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법 및 이 방법으로 제조되는 치과용-수의과용 기성형 세라믹 치아수복물에 관한 것이다.

일반적으로 충치와 같은 치아의 손상으로 인해 치아가 본래의 기능을 수행하지 못하는 경우, 치아의 손상부위를 제거하고 치아수복물로 치아의 손상부위를 둘러싸는 방식의 보철치료를 통하여 치아의 형태와 기능을 회복하게 된다.

치아수복물로는 크라운(crown), 인레이(inlay), 온레이(onlay), 스텀프(stump), 비니어(veneer) 등이 있으며, 치아수복물 소재로서 지금까지 금(Au) 합금과 같은 귀금속 합금이 많이 사용되어 왔다.

그러나 금 합금과 같은 귀금속 합금은 값이 비싸고 원래의 치아와 색상이 다르기 때문에 비용과 심미적인 이유에서 그 사용이 점차 감소하고 있으며, 귀금속 합금 대신에 비용이 저렴한 금속 합금을 사용하려는 시도가 있으나 금속 합금은 인체유해성 논란이 있다.

이에 따라 근래에는 가능한 한 자연 치아에 상응하는 심미성의 외관을 제작할 수 있는 세라믹으로 치아수복물을 제조하려는 연구가 진행되고 있으며, 이러한 치아수복물로서 올 세라믹 크라운 또는 도재 라미네이트를 이용한 크라운, 비니어 등의 세라믹 치아수복물 시술에 대한 관심이 높아지고 있다.

치의료용 크라운/비니어 시술은 치아 보철시 우식된 부위를 삭제하고 치아를 크라운으로 덮어주거나, 매우 얇은 비니어를 치면(tooth surface)에 직접 적용시키는 술식(operation)으로서, 변색치, 치간이개(diastema), 왜소치, 파절된 치아 등의 손상된 치아에 대하여 전치부(anterior region)의 심미개선 또는 구치부(posterior region)의 수복을 목적으로 전부피개관 대신에 보존적으로 널리 사용되고 있으며, 최소한의 치질 삭제로 자연스러운 치아 형태의 재현이 가능하고 치은 자극이 적으며 치아의 태(態) 조절이 용이한 장점이 있다.

이러한 치의료용 크라운/비니어는 일반적으로 맞춤형 크라운 및 전통방식의 도재 라미네이트 방식으로 제작되어 사용되고 있으나, 강도와 심미성을 동시에 만족시키지 못하고 강도 저하로 인하여 변색과 파절이 발생하며, 맞춤형으로 제작되어 시술이 잘못됐을 경우 수정이 어렵고 재작업해야 하는 단점을 갖고 있다.

또한, 일반적인 맞춤형 크라운 및 도재 라미네이트 방식은 기공소 또는 치과에서 포세린 빌드업(porcelain build-up) 또는 캐드캠(CAD/CAM) 가공을 통하여 제조되는데, 빌드업 제조시 미세 기공으로 인한 결함이 발생할 경우 재작업이 필요하므로 가공비용 및 시술시간이 과다하게 발생하는 단점이 있으며, 캐드캠 가공은 0.2~0.5 ㎜의 얇은 치아수복물 가공이 어려워 가공 후 추가 수작업을 해야 하는 단점이 있다.

따라서 치료기간을 단축하고 치료비용에 대한 환자의 부담을 덜어줄 수 있는 세라믹 치아수복물의 시술을 위하여는 일반적인 맞춤형 크라운 또는 도재 라미네이트 방식보다 강도가 높고 투광성이 좋은 기성형 세라믹 치아수복물의 개발이 필요하나, 이러한 기성형 세라믹 치아수복물 및 기성형 트라이-인 치아수복물의 제품개발은 아직까지 미진한 수준에 머물고 있다.

종래의 기성형 세라믹 치아수복물의 경우, 보철작업시 바로 기성형 세라믹 치아수복물을 시적하게 되어 개별환자의 치아 크기 선택 및 시멘팅 위치 확보에 따른 트라이-인 과정에서 타액(saliva) 및 혈(blood)에 의한 오염으로 접착유지력이 저하되어 재사용할 수 없으며, 지르코니아의 경우 오염 제거를 위한 고압증기멸균시 저온열화에 따른 강도저하 현상이 발생하므로, 이를 방지하기 위한 기성형 트라인-인 치아수복물이 필요하다.

또한, 일반적인 세라믹은 분말 가압 성형공정을 통하여 제조되는데, 성형시 압력 불균형이 발생하고 이에 따라 결함이 발생하며 추가적인 정밀가공 단계가 필요하므로 가공 비용이 과다하게 발생하는 단점이 있다.

이러한 세라믹 치아수복물 제조의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원인은 한국등록특허공보 제10-1071554호를 통하여 지르코니아 또는 알루미나를 원재료로 하여 소아보철용 유치관으로 널리 활용될 수 있는 세라믹 유치관의 제조방법을 제안한 바 있다.

상기 발명은 지르코니아 또는 알루미나, 중합체 및 조색제를 포함하는 원재료를 가열하여 사출성형한 다음 사출물 중의 중합체를 추출 및 탈지하고 소결 후 바렐가공하여 제조되며, 심미성과 생체친화성이 높고 용이하게 제작이 가능하며 대량생산을 가능하게 함으로써 제조원가가 절감되어 유치관 뿐만 아니라 여타의 치아수복물 소재로서 널리 활용될 수 있도록 하였다.

그런데 상기의 방법을 이용하여 제조되는 치아수복물은 그 내부의 미세 기공을 완전히 제어하지 못하여 유치관과 같은 단기간 치료를 목적으로 하는 임시 치아수복물의 소재로서는 사용에 문제가 없으나, 장기간 사용해야 하는 3차원적 입체구조의 크라운 또는 얇은 판형의 비니어와 같은 치아수복물을 제조할 경우 미세 기공에 의해 단부의 파절과 표면 마모가 발생하기 쉬워서 시술된 치아수복물의 내구성이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 자연 치아의 형태 및 심미성을 재현할 수 있으면서 강도물성과 인성물성이 우수하여, 장기간 사용하여도 시술한 상태의 치아수복 형태를 그대로 유지할 수 있는 치과용-수의과용 기성형 세라믹 치아수복물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 치아수복물의 골격을 이루는 알루미나 또는 지르코니아, 사출성형시 점도를 낮추어 연성을 부여하는 중합체 및 자연치와 유사하거나 구별되는 색상을 부여하기 위한 조색제를 포함하는 원재료를 혼합하는 단계; 상기 혼합된 원재료에 함유된 중합체가 연성을 갖도록 원재료를 가열하는 단계; 상기 가열된 원재료를 사출성형하는 단계; 상기 사출성형된 사출물의 취성을 낮추고 연성이 생기도록 하는 중합체 추출 단계; 상기 중합체 추출에 의해 중합체 중 일부가 추출된 사출물로부터 중합체 성분을 완전히 제거하기 위하여 탈지하는 단계; 기계적 물성을 향상시키기 위하여 상기 중합체 성분이 제거된 탈지체를 상압 소결하는 단계; 투광성 및 기계적 물성을 향상시키기 위하여 상기 상압 소결된 소결체를 가압 소결하는 단계; 탈탄 및 투광성 재현을 위하여 상기 가압 소결된 소결체를 열처리하는 단계; 및 상기 열처리된 소결체의 외면을 연마하여 광택성을 부여하고 버를 제거하기 위하여 열처리된 소결체를 바렐가공하는 단계;를 포함하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 원재료는 지르코니아 또는 알루미나 80~90 중량%, 중합체 9~19 중량% 및 조색제 0.005~5 중량%를 함유하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중합체는 에틸렌비닐아세테이트, 파라핀왁스, 저밀도 폴리에틸렌 및 스테아린산을 포함하는 것이 바람직하고, 에틸렌비닐아세테이트 7~30 중량%, 파라핀왁스 50~65 중량%, 저밀도 폴리에틸렌 15~35 중량% 및 스테아린산 1~5 중량%를 함유하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 조색제는 백색 산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철 및 분홍색 산화어븀으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것이 바람직하다.

또한, 상기 중합체 추출 단계는 사출물을 아세톤, N-메틸피롤리돈 또는 이들의 혼합 용제에서 40~90 ℃의 온도로 1~24 시간 교반하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탈지하는 단계는 중합체의 일부가 추출된 사출물을 500~1200 ℃의 온도로 6~48 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지고, 상기 상압 소결하는 단계는 중합체가 제거된 탈지체를 1200~1650 ℃의 온도로 6~48 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지며, 상기 탈지하는 단계와 상압 소결하는 단계는 하나의 퍼니스에서 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가압 소결하는 단계는 상압 소결된 소결체를 500~1500 bar의 압력하에서 1200~1650 ℃의 온도로 6~24 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 가압 소결된 소결체를 열처리하는 단계는 가압 소결체를 500~1500 ℃에서 열처리하는 과정으로 이루어지는 것이 바람직하고, 외부공기와 차단된 상태에서 이루어지는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 치과용-수의과용 기성형 세라믹 치아수복물을 제공한다.

본 발명의 세라믹 치아수복물은 자연 치아의 형태, 투광성 및 심미성을 알루미나 또는 지르코니아 치아수복물에 구현하여 도재 빌드업 또는 캐드캠 가공을 하지 않아도 자연 치아 그대로의 모습을 재현할 수 있다.

또한, 일반적인 도재 라미네이트 방식보다 강도물성과 인성물성이 우수하여 장기간 사용하여도 시술한 상태의 치아수복 형태를 그대로 유지할 수 있으며, 사출성형을 이용하여 용이하게 제작이 가능하고 대량생산이 가능함으로써 제조원가가 절감되고 가격이 저렴하여 치아수복물로서 널리 활용될 수 있다.

또한, 알루미나 또는 지르코니아를 사출성형하여 기성형 치아수복물 및 기성형 트라이-인 치아수복물로 제조하므로 시술시 즉시 수정작업 또는 재작업을 통해 치료기간을 단축하고 치료비용에 대한 환자의 부담을 덜어준다.

또한, 본 발명의 기성형 트라이-인 치아수복물은 핑크(pink), 블루(blue), 블랙(black) 등 다양한 색상으로 제조될 수 있어서 식별성 확보가 용이하고 타액과 혈에 의한 오염을 제거하여 시적할 기성형 치아수복물의 오염방지와 접착력 향상을 꾀할 수 있으며, 환자별 치아수복물의 크기, 시멘팅 위치확보가 용이하고 치아수복물의 고압증기 멸균과정의 생략으로 높은 강도와 인성의 유지가 가능하다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기성형 세라믹 치아수복물의 제조공정도이다.
도 2는 본 발명의 탈지공정과 소결공정이 하나의 로(furnace) 내에서 인-시츄(in-situ)하게 이루어지는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 가압 소결 공정을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.

단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

본 발명은 심미성과 강도를 동시에 충족시키고 대량 생산이 가능하며, 제품의 품질 안정성을 도모할 수 있고 사출성형을 이용하여 용이하게 제작할 수 있는 보철용 기성형 세라믹 치아수복물 및 그 제조방법을 제시한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 기성형 세라믹 치아수복물의 제조공정이 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법은 치아수복물의 골격을 이루는 알루미나 또는 지르코니아, 사출성형시 점도를 낮추어 연성을 부여하는 중합체 및 자연치와 유사하거나 구별되는 색상을 부여하기 위한 조색제를 포함하는 원재료를 혼합하는 단계(S10); 상기 혼합된 원재료에 함유된 중합체가 연성을 갖도록 원재료를 가열하는 단계(S20); 상기 가열된 원재료를 사출성형하는 단계(S30); 상기 사출성형된 사출물의 취성을 낮추고 연성이 생기도록 하는 중합체 추출 단계(S40); 상기 중합체 추출에 의해 중합체 중 일부가 추출된 사출물로부터 중합체 성분을 완전히 제거하기 위하여 탈지하는 단계(S50); 기계적 물성을 향상시키기 위하여 상기 중합체 성분이 제거된 탈지체를 상압 소결하는 단계(S60); 투광성 및 기계적 물성을 향상시키기 위하여 상기 상압 소결된 소결체를 가압 소결하는 단계(S70); 탈탄(decarburizing) 및 투광성 재현을 위하여 상기 가압 소결된 소결체를 열처리하는 단계(S80); 및 상기 열처리된 소결체의 외면을 연마하여 광택성을 부여하고 버(Burr)를 제거하기 위하여 바렐가공(barrel finishing)하는 단계(S90);를 포함한다.

먼저, 주재료인 지르코니아(ZrO₂) 또는 알루미나(Al₂O₃) 80~90 중량%, 사출성형공정 시 점도를 갖도록 하는 성분인 중합체 9~19 중량% 및 색상발현을 위한 조색제 0.005~5 중량%를 혼합하여 원재료를 준비한다.

상기 중합체는 에틸렌비닐아세테이트(ethylene vinyl acetate, EVA), 파라핀왁스(paraffin wax), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE) 및 스테아린산(stearic acid)을 포함하는 것이 바람직하며, 중합체 전체 무게를 기준으로 에틸렌비닐아세테이트 7~30 중량%, 파라핀왁스 50~65 중량%, 저밀도 폴리에틸렌 15~35 중량%, 스테아린산 1~5 중량%를 함유하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 조색제는 자연치와 유사하거나 구별되는 색상을 부여하기 위한 것으로서, 무기물 조색제인 백색 산화티탄(TiO₂), 적색 산화철(Fe₂O₃), 황색 산화철(Fe₂O₃), 분홍색 산화어븀(Er₂O₃) 또는 이들을 2 종 이상 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

상기 적색 산화철 또는 황색 산화철은 알루미나 또는 지르코니아와 함께 혼합되어 소결이 이루어지면 자연치의 색상과 유사한 연한 노란색을 띠게 되고 산화티탄은 백색을 띠어 자연치의 색상과 매우 유사한 색상을 부여하며, 산화어븀은 분홍색을 띠어 자연치와 매우 다른 색상을 나타내어 트라이-인 치아수복물로 적용할 수 있다.

상기 트라이-인 치아수복물은 시술시 본 작업인 기성형 치아수복물 작업 전에 실시하는 예비시험작업 용도로 이용되는데, 핑크, 블루, 블랙 등 다양한 색상을 구현할 수 있어서 자연치와 뚜렷이 구분되는 색상을 나타낼 수 있으므로, 각 환자별 치아에 대한 치아수복물의 크기, 형태, 색상, 치합 등의 적합성 여부를 즉시 판별할 수 있도록 해주고 정확한 시멘팅 위치를 미리 가늠할 수 있도록 함으로써, 시술시 즉시 수정작업 또는 재작업을 통해 치료기간을 단축하고 치료비용에 대한 환자의 부담을 덜어준다.

또한, 트라이-인 치아수복물의 시술과정에서 타액과 혈에 의한 오염이 트라이-인 치아수복물에 의해 일부 제거되므로 본 작업인 기성형 치아수복물 작업시 오염이 줄게 되어 기성형 치아수복물의 접착력이 향상되는 효과가 있다.

상기 혼합공정 후, 원재료 입자들의 크기 균일성을 확보하고 미세화하기 위하여 분쇄공정을 추가할 수 있으며, 상기 분쇄는 습식 볼 밀링(ball milling) 공정을 이용할 수 있다.

볼 밀링 공정을 구체적으로 설명하면, 원재료인 세라믹(알루미나 또는 지르코니아), 중합체 및 조색제를 볼 밀링기(ball milling machine)에 장입하고 물 또는 알코올과 같은 용매를 혼합한 다음, 볼 밀링기를 일정속도로 회전시켜 원재료 입자들을 기계적으로 분쇄하고 균일하게 혼합한다.

볼 밀링에 사용되는 볼은 지르코니아나 알루미나와 같은 세라믹으로 이루어진 볼을 사용할 수 있으며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2 가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다.

볼의 크기, 볼 밀링기의 분당 회전속도, 밀링시간 등을 조절하여 목표하는 입자의 크기로 분쇄하는데, 예를 들어, 볼의 크기 1~30 ㎜, 볼 밀링기의 회전속도 50~500 rpm, 밀링시간 1~48 시간의 범위로 설정할 수 있다.

이와 같은 볼 밀링 작업에 의해 원재료는 미세한 크기의 입자로 분쇄되고 구형의 균일한 입자크기 분포를 갖게 된다.

다음은 상기 혼합된 원재료를 40~180 ℃의 온도로 1~12 시간 가열하며, 가열에 의해 원재료에 함유된 수분(습식 볼 밀링 공정에서 용매로 사용된 물 또는 알코올 성분)이 제거되고 중합체는 점도가 낮아져 연성을 갖게 되어 사출성형 공정을 용이하게 한다.

상기 가열이 완료되면 원재료를 사출성형기에 투입하여 사출성형하는데, 사출성형시 사출온도는 130~200 ℃가 바람직하며, 사출성형 공정은 일반적으로 잘 알려져 있는 공정이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이와 같은 사출성형 공정에서 사출된 사출물은 취성이 강하여 작업시 매우 주의를 요하게 되며, 이에 따라 원활한 가공 및 제품의 품질을 향상시키기 위해서는 사출성형된 사출물에 대하여 취성을 낮추고 연성이 생기도록 하는 공정이 요구된다.

이를 위하여 상기 사출물에 함유되어 있는 중합체의 추출공정을 실시할 필요가 있으며, 40~90 ℃의 추출액에서 1~24 시간, 바람직하게는 6~12 시간 교반하여 중합체에 포함된 에틸렌비닐아세테이트, 파라핀왁스, 저밀도 폴리에틸렌 및 스테아린산의 일부를 추출액 중으로 용출시켜 제거한다.

상기 추출액으로는 중합체 성분을 용해시킬 수 있는 아세톤(acetone), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrollidone) 또는 이들의 혼합물과 같은 용제를 사용하는 것이 바람직하다.

다음은 상기 중합체 추출공정에 의해 중합체 중 일부가 추출된 사출물로부터 중합체 성분을 완전히 제거하기 위하여 탈지공정을 수행하며, 탈지공정은 500~1200 ℃, 바람직하게는 600~1000 ℃에서 6~48 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어진다.

탈지공정을 거치지 않게 되면 사출물에 잔류하는 중합체 성분이 후술하는 소결공정 과정에서 기포를 형성하여 소결체의 기계적 특성을 나쁘게 하는 요인으로 작용할 수 있으며, 소결체에 기공(void) 또는 미세 크랙(crack)을 발생시킬 수 있다.

그런데 상기 중합체 추출공정 및 탈지공정에 의해 중합체가 제거된 사출물은 사출성형 직후의 사출물과 비교하여 취성이 낮아지는 반면에 연성이 커져서 보철 시술작업 중 제품을 변형시킬 우려가 있다.

이를 방지하기 위하여 상기 탈지공정의 중합체가 제거된 탈지체를 상압 소결하는데, 상압 소결공정은 탈지체의 기계적 물성을 향상시키기 위하여 수행하는 공정으로서, 중합체가 제거된 탈지체를 1200~1650 ℃에서 6~48 시간 동안 열처리하는 공정으로 이루어진다.

상기 탈지공정과 상압 소결공정은 이하에서 설명하는 바와 같이 하나의 퍼니스(furnace, 로(爐))에서 연속적으로 이루어져야 공정 효율성을 확보할 수 있다.

도 2는 탈지공정과 소결공정이 하나의 퍼니스 내에서 인-시츄(in-situ)하게 이루어지는 공정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 중합체 중 일부가 추출된 사출물을 퍼니스에 장입한 다음, 퍼니스에 구비된 가열수단을 이용하여 퍼니스의 온도를 중합체가 타는 온도보다 높고 소결온도보다 낮은 온도인 500~1200 ℃의 온도로 상승시킨다(도 2의 t1 구간).

이때, 승온속도는 1~50 ℃/분인 것이 바람직하며, 승온속도가 50 ℃/분을 초과하는 경우에는 급격한 온도변화에 의해 사출물에 열적 스트레스가 작용할 수 있고 1 ℃/분 미만인 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

퍼니스의 온도가 500~1200 ℃의 온도에 도달하면 6~48 시간 동안 유지하여(도 2의 t2 구간) 중합체를 태워서 제거하는데, 사출물에 잔류하는 중합체 성분인 에틸렌비닐아세테이트, 파라핀왁스, 저밀도 폴리에틸렌 및 스테아린산은 500~1200 ℃의 온도에서 타거나 증발되어 완전히 제거되며, 상기와 같이 사출물에 존재하는 중합체 성분을 탈지공정을 통해 사출물로부터 쉽게 제거할 수 있다.

탈지공정이 완료된 후, 퍼니스의 온도를 목표하는 상압 소결온도인 1200~1650 ℃로 상승시키고(도 2의 t3 구간) 이때의 승온속도는 5~50 ℃/분인 것이 바람직하며, 승온속도가 50 ℃/분을 초과하는 경우에는 급격한 온도변화에 의해 탈지체에 열적 스트레스가 작용할 수 있고 5 ℃/분 미만인 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

퍼니스의 상압 소결온도인 1200~1650 ℃에 도달하면 6~48 시간 동안 유지하여 소결하며(도 2의 t4 구간), 소결온도는 입자의 확산, 입자들 사이의 네킹(necking) 등을 고려하여 상기 온도가 바람직한데, 소결온도가 너무 높은 경우에는 과도한 입자의 성장으로 인해 기계적 물성이 저하될 수 있고 소결온도가 너무 낮은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 특성이 나빠지는 문제가 있다.

이와 같이, 소결온도에 따라 소결체의 미세구조, 입경 등에서 차이를 나타내며, 이는 소결온도가 낮은 경우 표면 확산이 지배적인 반면에 소결온도가 높은 경우에는 격자 확산 및 입계 확산까지 진행되기 때문이다.

또한, 소결시간이 48 시간을 초과하면 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 더 이상의 소결효과를 기대하기 어렵고, 소결시간이 6 시간 미만이면 불완전한 소결로 인해 소결체의 특성이 좋지 않을 수 있다.

상압 소결작업이 완료되면 퍼니스를 냉각시키며, 퍼니스의 냉각은 가열수단의 전원을 차단하여 자연냉각되도록 하거나 인위적으로 온도 하강률(예를 들어 10 ℃/분)을 설정하여 냉각시킬 수도 있다.

그런데 상기 상압 소결물에는 원재료의 혼합 중에 혼입된 공기가 사출성형 과정에서 사출물의 내부에 미세 기공을 형성하고 이러한 미세 기공은 탈지 및 소결과정에서도 그대로 잔존하여, 본 발명에 따라 제조되는 치아수복물의 파절과 표면 마모를 유발하는 문제가 있다.

따라서 상기 상압 소결물에 잔류하는 미세 기공을 제거할 필요가 있으며, 이를 위하여 본 발명에서는 상기 상압 소결된 소결체를 가압상태에서 다시 소결하여 소결체의 기계적 물성 및 투광성을 향상시킨다.

상기 가압 소결은 열간 정수압 소결법(hot isostatic pressing, HIP)을 응용하여 수행되며, 500~1500 bar의 압력하에서 1200~1650 ℃, 바람직하게는 1200~1500 ℃에서 6~24 시간 동안 열처리하는 공정으로 이루어진다.

도 3에는 가압 소결 공정을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있으며, 이를 참조하여 상세히 설명하면, 먼저 상압 소결된 소결체를 퍼니스에 장입한 다음 퍼니스에 구비된 가열수단과 압력장치를 이용하여 퍼니스의 온도를 목표하는 가압 소결 온도인 1200~1650 ℃로 상승시킨다(도 3의 t1 구간).

이때의 압력은 500~1500 bar가 바람직하고 승온속도는 5~50 ℃/분인 것이 바람직하며, 승온속도가 50 ℃/분을 초과하는 경우에는 급격한 온도변화에 의해 소결체에 열적 스트레스가 작용할 수 있고, 5 ℃/분 미만인 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

퍼니스의 가압 소결 온도인 1200~1650℃에 도달하면 6~24 시간 동안 유지하여 소결하며(도 3의 t2 구간), 상기 소결온도는 입자성장을 억제하면서 고밀도의 소결체를 제조할 수 있는 가장 적절한 온도범위이다.

가압 소결작업이 완료되면 퍼니스를 냉각시키며(도 3의 t3 구간), 퍼니스의 냉각은 가열수단의 전원을 차단하여 자연냉각되도록 하거나 인위적으로 온도 하강률(예를 들어 10 ℃/분)을 설정하여 냉각시킬 수도 있다.

가압 소결은 고압하에서 수행되어 소결물의 온도 상승이 억제되므로 횡단면, 길이, 넓이 방향으로 균일한 품질을 얻을 수 있고 100 % 밀도로 평활한 표면의 가압 소결물이 얻어지므로, 기계적 물성이 향상되면서 자연스럽게 매끈하고 기복이 없는 판상의 비니어와 같은 치아수복물을 얻을 수 있다.

다음은 상기 가압 소결된 가압 소결체의 탈탄 및 투광성 재현을 위하여 가압 소결체를 500~1500 ℃에서 열처리하는데, 가열시 소결체의 표면에서 탈탄이 발생하여 심부의 경도는 유지되면서 표면의 인성은 높아지며, 이는 탄소함유량에 따른 세라믹의 성질 변화가 탄소의 함유량이 많을수록 세라믹의 경도가 높아지고 탄소의 함유량이 적을수록 세라믹의 인장강도가 증가하는 데서 기인한다.

탈탄 열처리 과정에서 외부공기의 침투에 의해 산소의 비율이 높아지면 소결체의 표면 탈탄이 원활하게 이루어지지 않으므로 열처리시 외부공기와 차단된 상태에서 탈탄 열처리를 수행하는 것이 바람직하다.

탈탄 열처리가 완료되면, 소결체의 외면을 연마하여 광택성을 부여하고 미세 버를 제거하기 위하여 12~72 시간 동안 바렐가공을 수행하며, 바렐가공은 처리대상부품을 회전용기에 넣고 연마제와 함께 회전시켜서 연마 다듬질하는 가공법으로서, 일반적으로 버 제거, 각의 모서리 다듬기, 표면 다듬질 또는 광택 다듬질에 이용되고 이러한 바렐가공은 당 업계에서 공지된 기술이므로 이에 대한 설명은 생략한다.

상기와 같이 제조되는 본 발명의 기성형 세라믹 치아수복물은 특히 크라운 또는 비니어의 제조에 적합하며, 사출성형, 가압소결 과정을 통하여 별도의 제작과정을 거치지 않아도 3차원적 입체구조의 크라운 또는 얇은 판형의 비니어 형태를 구현할 수 있으므로, 제조과정이 단축되어 그만큼 제조시간과 비용을 절감할 수 있다.

Claims (11)

1. 치아수복물의 골격을 이루는 알루미나 또는 지르코니아, 사출성형시 점도를 낮추어 연성을 부여하는 중합체 및 자연치와 유사하거나 구별되는 색상을 부여하기 위한 조색제를 포함하는 원재료를 혼합하는 단계;
   상기 혼합된 원재료에 함유된 중합체가 연성을 갖도록 원재료를 가열하는 단계;
   상기 가열된 원재료를 사출성형하는 단계;
   상기 사출성형된 사출물의 취성을 낮추고 연성이 생기도록 하는 중합체 추출 단계;
   상기 중합체 추출에 의해 중합체 중 일부가 추출된 사출물로부터 중합체 성분을 완전히 제거하기 위하여 탈지하는 단계;
   기계적 물성을 향상시키기 위하여 상기 중합체 성분이 제거된 탈지체를 상압 소결하는 단계;
   투광성 및 기계적 물성을 향상시키기 위하여 상기 상압 소결된 소결체를 가압 소결하는 단계;
   탈탄 및 투광성 재현을 위하여 상기 가압 소결된 소결체를 열처리하는 단계; 및
   상기 열처리된 소결체의 외면을 연마하여 광택성을 부여하고 버를 제거하기 위하여 열처리된 소결체를 바렐가공하는 단계;를 포함하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 원재료는 지르코니아 또는 알루미나 80~90 중량%, 중합체 9~19 중량% 및 조색제 0.005~5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 중합체는 에틸렌비닐아세테이트, 파라핀왁스, 저밀도 폴리에틸렌 및 스테아린산을 포함하는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 중합체는 에틸렌비닐아세테이트 7~30 중량%, 파라핀왁스 50~65 중량%, 저밀도 폴리에틸렌 15~35 중량% 및 스테아린산 1~5 중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 조색제는 백색 산화티탄, 적색 산화철, 황색 산화철 및 분홍색 산화어븀으로 이루어진 군 중에서 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 중합체 추출 단계는 사출물을 아세톤, N-메틸피롤리돈 또는 이들의 혼합 용제에서 40~90 ℃의 온도로 1~24 시간 교반하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 탈지하는 단계는 중합체의 일부가 추출된 사출물을 500~1200 ℃의 온도로 6~48 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지고, 상기 상압 소결하는 단계는 중합체가 제거된 탈지체를 1200~1650 ℃의 온도로 6~48 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지며, 상기 탈지하는 단계와 상압 소결하는 단계는 하나의 퍼니스에서 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 가압 소결하는 단계는 상압 소결된 소결체를 500~1500 bar의 압력하에서 1200~1650 ℃의 온도로 6~24 시간 동안 열처리하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 가압 소결된 소결체를 열처리하는 단계는 가압 소결체를 500~1500 ℃에서 열처리하는 과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 가압 소결체의 열처리는 외부공기와 차단된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 기성형 세라믹 치아수복물의 제조방법.
11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 치과용-수의과용 기성형 세라믹 치아수복물.

Images