KR20160015852A

KR20160015852A - 치과용 세라믹의 연삭 가공을 위한 다이아몬드 피복된 전착 다이아몬드 버

Info

Publication number: KR20160015852A
Application number: KR1020140098729A
Authority: KR
Inventors: 이재우; 김수한; 반갑수
Original assignee: 주식회사 한국씨브이디다이아몬드공구
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2016-02-15

Abstract

본 발명은 세라믹 의치의 연삭시에 본드층의 마멸을 방지하여 다이아몬드 입자의 탈락을 방지하고, 버(Bur)의 수명을 향상시키기 위한 전착 다이아몬드 버를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 버(Bur) 본체의 금속 표면에 피착된 니켈 도금층에 다이아몬드 입자가 결합되어 있는 전착 다이아몬드 버에 있어서, 상기 니켈 도금층의 표면에 니켈 도금층 보다도 내마모성 및 비점착성이 우수한 도금층을 피착시킴에 의해 2층의 전착층으로 형성되어 있고, 하층인 니켈 도금층의 표면에 피착되는 도금층으로는 Ni-P 합금을 전기 도금법에 의해 20∼24㎛의 두께로 형성시키고, 니켈 도금층의 상층을 이루는 Ni-P 도금층은, 전기 도금 개시 초기인 11∼13분간의 평균 전류 밀도를 9∼11A/dm²의 범위로 하고, 그 이후는 전기 도금의 종료시 까지의 평균 전류 밀도를 2∼3A/dm²의 범위에서 도금하고, HFCVD 장비를 사용하여 메탄가스 볼륨 농도 (CH4/H2)=0.02∼0.03, 압력 40∼50Torr, 서브스트레이터 온도 750∼800℃, 필라멘트 온도 1900∼2000℃, 증착시간 5∼6hr의 조건으로 다이아몬드를 피복한 것을 특징으로 하는 다이아몬드 피복된 전착 다이아몬드 버를 제공한다.
본 발명에 의해 세라믹 의치의 연삭시에 도금층의 조기 마멸이 방지되고, 그 결과 다이아몬드 입자의 조기 탈락이 방지되어 공구수명이 증가된다.

Description

치과용 세라믹의 연삭 가공을 위한 다이아몬드 피복된 전착 다이아몬드 버{Electrodeposited diamond bur with diamond coating for grinding of the dental ceramic}

본 발명은 치과용 세라믹의 연삭 가공을 위한 다이아몬드 피복된 전착 다이아몬드 버에 관한 것이다.

피삭재인 지르코니아 세라믹은 치과용 의치의 소재로 많이 사용되고 있으며, 치과용 의치의 완성 부품은 복잡한 곡면의 형상을 가지는 경우가 많으므로 전착 다이아몬드 버가 많이 사용되고 있다. 또한, 치과용 지르코니아 세라믹 의치는 고온에서의 소결에 의해 제조되며, 경도 및 취성이 매우 높은 특성을 가지고 있으므로, 전착 숫돌의 입자로써 CBN 등의 고경도 입자를 사용하더라도 마멸에 의한 공구 수명이 매우 짧기 때문에 경도가 가장 높은 다이아몬드 입자가 전착 다이아몬드 버의 구성재료로 주로 사용되어 왔으며, 다이아몬드 입자를 지지하기 위한 도금층의 형성을 위하여, 니켈을 1층만 전기 도금하는 방식을 주로 채택하여 왔다.

다이아몬드 전착 버를 사용하여 치과용 지르코니아 세라믹 의치 재료를 연삭할 때, 세라믹 의치 재료의 경도가 매우 높기 때문에 다이아몬드 입자의 마멸과 동시에 니켈 도금층도 피삭재에 접촉됨에 의해 단시간에 심하게 마멸되며, 절삭칩이 경질의 분말로 되어 있기 때문에 도금층의 이러한 마멸 현상이 다른 재료의 연삭에 비해 현저히 나타나게 된다. 니켈 도금층이 마멸되면, 다이아몬드 입자를 지지하고 있는 도금층의 두께가 얇아져서 다이아몬드 입자를 지지하는 니켈 도금층의 지지력이 약해지게 된다. 따라서 다이아몬드 입자가 도금층으로부터 탈락하게 되며, 종래의 전착 다이아몬드 숫돌은 다이아몬드 입자가 1층으로 되어 있기 때문에 다이아몬드 입자의 탈락은 공구수명을 현저하게 저하시키는 문제가 있었다.

종래의 세라믹 의치 재료 연삭용 다이아몬드 전착 버는 상기한 바와 같이, 본드층이 1개층으로 니켈 도금된 것이며, 경도가 낮기 때문에 본드층의 마멸이 상당히 빠르고, 다이아몬드 입자의 탈락이 큰 문제로 되어 왔다. 또한, 니켈 도금은 비점착성이 낮기 때문에 절삭칩이 본드층의 표면에 부착되기 쉽고, 연삭성이 나쁜 문제가 있었다.

대한기계학회논문집, 제21권 제9호, 1997년, 이재우, 페라이트의 연삭성에 관한 연구, p.1507 및 한국공작기계기술학회지, 제6권 제3호, 1997년, 이재우, 페라이트의 연삭저항 및 연삭면 특성, p.17에 따르면 전착다이아몬드 숫돌을 사용하여 페라이트를 연삭하는 경우에 연삭저항이 상당히 크다는 것이 보고되어 있다. 또한, 한국정밀공학회지, 제14권 제3호, 1997년, 이재우, Sr 페라이트의 총형연삭특성, p.21 및 대한기계학회 1997년도 춘계학술강연논문집, 1997년 5월 7일, 대한기계학회, 이재우, 페라이트의 연삭성에 관한 연구, p.203에서는 전착 다이아몬드 숫돌을 사용한 페라이트의 연삭에서 상기의 높은 연삭저항에 의해 다이아몬드 입자의 탈락이 현저히 발생하고 있다고 보고하고 있다. 대한기계학회 1998년도 생산 및 설계부분 학술대회논문집, 1998년 5월 8일, 대한기계학회, 이재우, Ba 페라이트의 초고속 연삭, p.26 및 한국정밀공학회 1998년도 춘계학술대회논문집, 1998년 5월 12일, 한국정밀공학회, 이재우, 자성페라이트의 초고속 연삭에 관한 연구, p.818에서는 페라이트의 연삭에서 다이아몬드 입자의 탈락이 전착 숫돌의 수명에 현저한 영향을 미친다고 보고하고 있다. 또한, 한국공작기계기술학회 1998년도 춘계학술대회논문집, 1998년 5월 16일, 한국공작기계기술학회, 이재우, Ni-Zn 페라이트의 평면 연삭 특성, p.19에서는 전착 다이아몬드 숫돌로 페라이트를 연삭하는 때에, 다이아몬드 입자의 탈락이 연삭시의 페라이트의 파괴에 상당히 큰 영향을 미치고 있음을 보고하였다. 이러한 현상은 다이아몬드 전착 버를 사용하여 페라이트와 유사한 성질을 가지는 의치용 세라믹을 연삭 가공하는 때도 같은 경향을 나타낸다.

이러한 다이아몬드 입자의 탈락을 억제하기 위한 수단으로 일본특허공보 제 소63-72466호와 같이 숫돌 본체의 연삭부 표면에 전착 도금법에 의한 니켈 도금 및 화학 도금법에 의한 Ni-P 합금 도금을 교대로 행하여 4개 층 이상의 다층의 도금층을 형성한 후에 열처리를 실시하는 방법, 일본특허공보 제 평8-22507호와 같이 숫돌 본체의 연삭부 표면에 전착 도금법에 의한 니켈 도금 및 화학 도금법에 의한 Ni-P 합금 도금을 교대로 행하여 4개 다층의 도금층을 형성시키고 열처리를 실시하는 방법, 일본 특허공보 제 평8-309666호와 같이 숫돌 본체의 연삭부 표면에 전착 도금법에 의한 니켈 도금을 행하고, 화학 도금법에 의한 Ni-P 합금 도금층을 중간층으로 두고, 그 위에 전착 도금법에 의한 니켈 도금을 행함에 의해 3개 층으로 도금층을 형성시키고 열처리를 실시하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 이러한 방법들은 다이아몬드 입자의 결합력 향상에는 효과가 있으나, 도금 공정이 매우 복잡하고 열처리를 추가적으로 행하여야 하기 때문에 제조 비용이 너무 높아서 실용화에는 많은 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 다이아몬드 전착 버를 사용한 치과용 지르코니아 세라믹 의치 재료의 연삭시에 도금층의 마멸을 방지하여 다이아몬드 입자의 탈락을 방지하고, 숫돌의 수명을 향상시키기 위한 다이아몬드 피복된 전착 다이아몬드 버(Bur)를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 전착 다이아몬드 버 본체의 연삭부 표면에 피착된 니켈 도금층에 다이아몬드 입자가 결합되어 있는 전착 다이아몬드 버에 있어서, 상기 니켈 도금층의 표면에 니켈 도금층 보다도 내마모성 및 비점착성이 우수한 도금층을 피착함에 의해 2층의 전착층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 니켈 니켈 도금층의 표면에 니켈 도금층 보다도 내마모성 및 비점착성이 우수한 도금층을 피착시킴에 의해 2층의 전착층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 하층인 니켈 도금층의 표면에 피착되는 도금층으로는 Ni-P 합금을 전기 도금법에 의해 20∼24㎛의 두께로 형성시키고, 니켈 도금층의 상층을 이루는 Ni-P 도금층은, 전기 도금 개시 초기의 11∼13분간의 평균 전류 밀도를 9∼11A/dm²의 범위로 하고, 그 이후는 전기 도금의 종료시 까지 평균 전류 밀도를 2∼3A/dm²의 범위에서 도금하고, HFCVD 장비를 사용하여 메탄가스 볼륨 농도 (CH₄/H₂)=0.02∼0.03, 압력 40∼50Torr, 서브스트레이터 온도 750∼800℃, 필라멘트 온도 1900∼2000℃, 증착시간 5∼6hr의 조건으로 다이아몬드를 피복한 전착 다이아몬드 버인 것에 그 특징이 있다.

이상에서 서술한 바와같이 본 발명은, 니켈 도금층의 표면에, 니켈 도금에 비하여 경도가 높고, 내마멸성이 우수한 Ni-P 도금층이 피착되므로, 치과용 세라믹 의치의 연삭시에 도금층의 조기 마멸이 방지되고, 그 결과 다이아몬드 입자의 조기 탈락이 방지되어 공구수명이 증가된다. 또한, 니켈 도금층의 표면에 피착된 Ni-P 도금층은 니켈 도금층이 비하여 절삭칩에 대한 비점착성이 우수하기 때문에, 절삭칩이 다이아몬드 입자간의 표면에 부착하기 어렵게 되어 연삭성이 향상된다. 본 발명의 도금층은 2층으로 형성되고, 2층의 도금 모두 전기 도금에 의해 행해지며, 도금층에 대한 열처리가 필요 없기 때문에 공정이 간단하며 제조비가 저렴하고, Ni-P 합금의 도금시에 도금의 초기와 후기에서의 평균전류밀도를 달리함에 의해, 도금층의 하층인 니켈 도금층과 상층인 Ni-P 도금층과의 밀착성이 높아서, 하층부와 상층부의 박리가 발생하지 않는다.

도 1은 본 발명의 다이아몬드 피복된 다이아몬드 전착 버의 사진
도 2는 본 발명의 다이아몬드 전착 버의 도금부를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 다이아몬드 피복된 다이아몬드 전착 버의 SEM 사진
도 4는 본 발명의 다이아몬드 피복된 다이아몬드 전착 버의 SEM 사진
도 5는 종래의 다이아몬드 피복된 다이아몬드 전착 버의 SEM 사진
도 6은 종래의 다이아몬드 피복된 다이아몬드 전착 버의 SEM 사진

본 발명의 구성은, 숫돌 본체의 표면에 피착된 니켈 도금층에 다이아몬드 입자가 결합되어 있는 전착 숫돌에 있어서, 상기 니켈 도금층의 표면에 니켈 도금층 보다도 내마모성 및 비점착성이 우수한 도금층을 피착시킴에 의해 2층의 전착층으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명은, 하층인 니켈 도금층의 표면에 피착되는 도금층으로는 Ni-P 합금을 전기 도금법에 의해 20∼24㎛의 두께로 형성시키고, 니켈 도금층의 상층을 이루는 Ni-P 도금층은, 전기 도금 개시 초기의 11∼13분간의 평균 전류 밀도를 9∼11A/dm²의 범위로 하고, 그 이후는 전기 도금의 종료시 까지 평균 전류 밀도를 2∼3A/dm²의 범위에서 도금하고, HFCVD 장비를 사용하여 메탄가스 볼륨 농도 (CH₄/H₂)=0.02∼0.03, 압력 40∼50Torr, 서브스트레이터 온도 750∼800℃, 필라멘트 온도 1900∼2000℃, 증착시간 5∼6hr의 조건으로 다이아몬드를 피복한 전착 다이아몬드 버인 것에 그 특징이 있다.

니켈 도금층의 표면에 Ni-P 도금층을 전기 도금법으로 형성하는 때에, 전기 도금 개시로부터 15∼20분 동안의 평균 전류 밀도를 15∼17A/dm²의 범위로 하여, 니켈 도금층과 접하는 Ni-P 합금 도금층의 P함량을 낮추어서 하층인 니켈 도금층과의 밀착성을 좋도록 하며, Ni-P 합금 도금의 후기는 평균 전류 밀도를 4∼5A/dm²의 범위에서 도금하여 Ni-P 도금층 중에서 전착 숫돌 표면부 및 표면부와 가까운 부분의 P함량을 높여서 경도를 높게 함에 의해 표층부의 내마멸성을 향상시킨다.

니켈 도금층의 표면에, 니켈 도금에 비하여 경도가 높고, 내마멸성이 우수한 Ni-P 도금층이 피착되므로, 세라믹 의치의 연삭시에 도금층의 조기 마멸이 방지되고, 그 결과 다이아몬드 입자의 조기 탈락이 방지되어 공구수명이 증가된다. 또한, 니켈 도금층의 표면에 피착된 Ni-P 도금층은 니켈 도금층이 비하여 절삭칩에 대한 비점착성이 우수하기 때문에, 절삭칩이 다이아몬드 입자간의 표면에 부착하기 어렵게 되어 연삭성이 향상된다.

본 발명의 도금층은 2층으로 형성되고, 2층의 도금 모두 전기 도금에 의해 행해지며, 열처리가 필요 없기 때문에 공정이 간단하며 제조비가 저렴하고, 하층인 니켈 도금층과 상층인 Ni-P 도금층과의 밀착성이 높아서, 하층부와 상층부의 박리가 발생하지 않는다.

또한, HFCVD 장비를 사용하여 메탄가스 볼륨 농도 (CH₄/H₂)=0.02∼0.03, 압력 40∼50Torr, 서브스트레이터 온도 750∼800℃, 필라멘트 온도 1900∼2000℃, 증착시간 5∼6hr의 조건으로 다이아몬드를 피복하는 것이 가장 건전한 다이아몬드 피막이 생성된다.

[실시예]

이하, 실시예에 의해 당 발명을 한층 더 상세하게 설명한다.

피삭재로는 지르코니아 세라믹의 완전소결체를 사용하였고, 다이아몬드 입자의 크기는 ＃80이다. 전착 다이아몬드 입자의 파쇄성은 입자 크기를 균일하게 한 후에 진동밀 장치에 4분간 넣어둔 후의 중량 ％를 측정한 것이다. 연삭방식은 상향 연삭이며, 전착 다이아몬드 버의 원주속도는 1800m/min, 연삭깊이는 0.6mm, 이송속도는 0.6m/min로 하였으며, 절삭액은 수도수를 사용하였다. 또한, 다이아몬드 입자의 탈락율은 연삭 개시 30분 후와 연삭 개시 3시간 후의 다이아몬드 입자의 탈락 개수를 비교한 것으로, 2단 레프리카 법을 사용하여 전착 다이아몬드 숫돌의 마멸면에 대한 레프리카 필름을 생성시킨 후에 광학 현미경으로 다이아몬드 입자의 탈락 상태를 관찰하였다.

표 1은 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1∼비교예 4의 전착조건을 보인다. 실시예 1 및 실시예 2는 금속으로 된 숫돌의 본체 표면에 전기도금법에 의하여 평균전류밀도를 2.0A/dm²로 하여 2시간 통전하여 니켈 도금층을 100㎛의 두께로 형성시킨 후에, 상기 니켈 도금층의 표면에 Ni-P 합금을 전기도금 하였으며, 전기 도금액의 조성으로는, NiSO₄·6H₂O 260g/L, NiCl₂·6H₂O 60g/L, 아인산 10g/L를 사용하여, 도금액의 온도를 65℃, 도금초기의 PH는 1.3으로 하며, 각반을 행하지 않고 전기 도금 개시 초기의 12분 동안에 평균 전류 밀도를 10A/dm²로 하여 전류를 가하였으며, 그 이후는 전기 도금의 종료시 까지 평균 전류 밀도를 2.5A/dm²로 낮추어 25분간 통전함에 의해 합계 20㎛ 두께의 Ni-P합금의 전기 도금 피막을 형성시켰다. 비교예 1 및 비교예 2는 하층의 니켈 도금은 실시예 1 및 실시예 2와 동일하게 하였으나, 비교예 1은 상층부인 Ni-P 합금을 도금할 때는 초기의 12분 동안의 평균 전류 밀도를 12A/dm²로 하고, 후기의 평균 전류 밀도를 10A/dm²로 한 것이다. 또한, 비교예 2는 상층부인 Ni-P 합금의 도금에서 초기와 후기의 구분 없이 37분 동안의 평균 전류 밀도를 7A/dm²로 일정하게 유지하였다. 비교예 3 및 비교예 4는 세라믹 의치 연삭용의 통상적인 전착다아몬드 버로서 단층의 니켈 도금층으로 형성되어 있으며, 비교예 3과 비교예 4는 다이아몬드 입자의 파쇄율을 달리한 것 이외의 다른 모든 조건은 동일하다.

표 1에서 Ni 전기 도금층의 빅커스 경도는 120이나 Ni-P 합금의 전기 도금층 경도는 모든 조건에서 2배 이상이 됨을 알 수 있다. 상층부에 Ni-P 합금을 도금한 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2에서의 도금층의 경도를 비교하면 실시예 1과 실시예 2의 빅커스 경도가 290으로 가장 높기 때문에, 내마멸성이 가장 높다.

또한, 실시예 1과 실시예 2의 다이아몬드 탈락율은 0％를 보이므로, 비교예 3 및 비교예 4에서 보이는 종래의 전착 다이아몬드 버에 비해 현저히 향상됨을 나타내었다.

● 실시예 1, 2 및 3은 HFCVD 장비를 사용하여 메탄가스 볼륨 농도 (CH₄/H₂)=0.02∼0.03, 압력 40∼50Torr, 서브스트레이터 온도 750∼800℃, 필라멘트 온도 1900∼2000℃, 증착시간 5∼6hr의 조건으로 다이아몬드를 피복하였다.

1 : 전착 다이아몬드 숫돌
2 : 다이아몬드 입자
3 : 니켈 도금층
4 : Ni-P합금 도금층
5 : 전착 다이아몬드 버의 본체
10 : 다이아몬드 피복된 다이아몬드 버
12 : 다이아몬드 피복된 다이아몬드 입자
13 : 다이아몬드 피복된 Ni-P합금 도금층

Claims

숫돌 본체의 연삭부 표면에 피착된 니켈 도금층에 다이아몬드 입자가 결합되어 있는 전착 숫돌에 있어서, 상기 니켈 도금층의 표면에 니켈 도금층 보다도 내마모성 및 비점착성이 우수한 도금층을 피착시킴에 의해 2층의 전착층으로 형성하며, 본 발명은, 하층인 니켈 도금층의 표면에 피착되는 도금층으로는 Ni-P 합금을 전기 도금법에 의해 20∼24㎛의 두께로 형성시키고, 니켈 도금층의 상층을 이루는 Ni-P 도금층은, 전기 도금 개시 초기의 11∼13분간의 평균 전류 밀도를 9∼11A/dm²의 범위로 하고, 그 이후는 전기 도금의 종료시 까지 평균 전류 밀도를 2∼3A/dm²의 범위에서 도금하고, HFCVD 장비를 사용하여 메탄가스 볼륨 농도 (CH₄/H₂)=0.02∼0.03, 압력 40∼50Torr, 서브스트레이터 온도 750∼800℃, 필라멘트 온도 1900∼2000℃, 증착시간 5∼6hr의 조건으로 다이아몬드가 피복된 전착 다이아몬드 버.