KR20180098646A - 치과용 수복재의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 조성이 상이한 세라믹 재료의 영역들 또는 층들을 갖는 치과용 수복재를 블랭크로부터 제조하는 방법에 관한 것으로, 세라믹 재료를 몰드 내에 충전하는 단계, 세라믹 재료들을 가압하여 블랭크를 형성하는 단계, 몰드로부터 블랭크를 제거하는 단계, 블랭크를 온도 처리하는 단계를 포함하며, 여기서, 세라믹 재료는, 온도 처리 후의 층들 및/또는 영역들이 디지털 데이터 세트로서 이용 가능한 프로파일을 갖는 방식으로 몰드 내에 충전하는 방법 단계들을 사용한다. 이어서, 수축을 고려하여 치과용 수복재를 가상으로 윤곽형성하는 단계, 블랭크를 가상으로 표현하는 단계, 가상으로 표현된 블랭크 내의 가상으로 표현된 치과용 수복재를 층들 및/또는 영역들의 재료 특성을 고려하여 위치선정하는 단계, 가상으로 배열된 치과용 수복재 또는 몰드의 블랭크 내에서의 위치에 상응하는 블랭크를 위한 데이터를 결정하는 단계, 및 데이터를 기기로 전송하여, 블랭크로부터 치과용 수복재를 제조하는 단계가 있다.
Description
본 발명은 조성이 상이한 세라믹 재료의 영역들 또는 층들을 갖는 치과용 수복재(dental restoration)를 블랭크(blank)로부터 제조하는 방법에 관한 것이다.
US 8 936 848 B2에는 치아 대체물(tooth replacement)의 제조에 사용되며 화학 조성이 상이한 다수의 층들로 이루어진 이산화지르코늄 블랭크가 개시되어 있다. 이로부터의 개별 층들은 산화이트륨을 상이한 퍼센티지로 갖는다. 치아 대체물의 제조에 CAD(Computer Aided Design)/CAM(Computer Aided Manufacturing) 방법을 사용한다. 제공되어야 하는 치아 잔근(tooth stump)을 베스트 핏 방법(best-fit method)에 따라 치아 대체물에 맞추기 위해 다수의 치아 형상들로부터의 선택이 행해진다. 이어서, 선택된 치아를 위한 디지털 데이터를 수치 제어된 밀링기(milling machine)로 공급하여 블랭크로부터 치아 대체물을 제조한다.
이산화지르코늄의 바디(body)는 L*a*b* 색 공간 내의 직선을 따라 색도(chromaticity)가 감소 또는 증가하는 것으로 나타난다(US 2014/0328746 A1).
WO 2014/062375 A1에 따라 치과용 물체를 제조하기 위한 이산화지르코늄 블랭크는 정방형 결정 상(tetragonal crystal phase) 및 입방형 결정 상(cubic crystal phase)을 상이한 비율로 갖는 적어도 두 개의 재료 영역들을 갖고, 이때 상기 영역들 중 하나에서 비는 1을 초과하고 나머지 영역에서 비는 1 미만이다.
EP 2 371 344 A1은 표면으로부터 원하는 깊이까지 안정화제가 풍부한 세라믹체(ceramic body)에 관한 것이다.
이산화지르코늄은 치과용 수복재의 제조를 위한 세라믹 재료로 사용한다. 프레임워크(framework)는, 예를 들면, 이산화지르코늄의 블랭크로부터 밀링할 수 있고 이어서 소결(sintering)할 수 있다. 이어지는 처리 스테이지에서 베니어(veneer)를 프레임워크에 수동 적용하며, 여기서, 적어도 하나의 절치(incisor) 재료를 수동 적용하여 융합한다. 이들 모든 공정 조치들은 시간 소모적이며 게다가 치과용 수복재가 요건들을 충족시키는 것을 보장하지 못한다.
본 발명의 목적은, 힘든 후처리 없이도, 심미적인 요건을 충족시키고 특히 극심한 하중하에 있는 영역에서도 높은 강도를 갖는 치과용 수복재를 이용 가능하도록 하는 방식으로 전술된 유형의 방법을 개발하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 조성이 상이한 세라믹 재료의 영역들 또는 층들을 갖는 치과용 수복재를 블랭크로부터 제조하기 위한 방법이 제안되며, 이 방법은
a) 부을 수 있는 조건(pourable condition)에서 제1 세라믹 재료의 제1 층을 몰드(mold) 내에 충전하는 단계,
b1) 제1 층의 표면을 가로질러 볼 때 그 높이가 영역별로 상이하게 보이는 방식으로 제1 층을 구조화(structuring)하고, 이어서 부을 수 있는 조건에서 제1 층과는 조성이 상이한 제2 세라믹 재료를 제2 층으로서 몰드 내에 충전하거나, 또는
b2) 제1 층(414)을 충전한 후, 부을 수 있는 조건에서 제1 세라믹 재료와 상이한 추가의 세라믹 재료의 추가의 층(427)을 몰드 내에 충전하고, 제1 층의 재료를 추가의 층의 재료와 혼합하여 중간층(428)을 형성하고, 이어서 제2 세라믹 재료를 몰드 내에 충전하거나, 또는
b3) 제1 층을 충전한 후 제1 층 내에 적어도 하나의 제1 개방 캐비티(open cavity)(318)를 형성하고 이어서 적어도 하나의 제1 개방 캐비티 내에 제2 세라믹 재료를 충전하는 단계로서,
상기 세라믹 재료는 산화이트륨(Y2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및/또는 산화세륨(CeO2)으로 도핑된 이산화지르코늄을 함유하고, 제1 층(14)의 재료는 실온에 존재하는 안정화된 결정형의 색 및 비율의 측면에서 제2 층(24)의 재료와 상이한, 단계,
c) 세라믹 재료들을 가압하여 블랭크를 형성하는 단계,
d) 몰드로부터 블랭크를 제거하는 단계,
e) 블랭크를 온도 처리하는 단계로서,
여기서, 방법 단계 a) + b1), 또는 a) + b2), 또는 a) + b3)에 따라, 온도 처리 후의 층들 및/또는 영역들이 디지털 데이터 세트로서 이용 가능한 예정된 과정을 나타내는 방식으로, 세라믹 재료를 몰드 내에 충전하고/하거나 몰드 내에서 처리하는, 단계,
f) 치과용 수복재 또는 치과용 수복재에 상응하는 형태를, 수축을 고려하여 가상 설계하는 단계,
g) 블랭크를 가상으로 표현하고, 블랭크 내의 가상으로 표현된 치과용 수복재 또는 형태를, 층들 및/또는 영역들의 재료 특성을 고려하여 위치선정하는 단계,
h) 가상으로 배열된 치과용 수복재 또는 형태의 블랭크 내에서의 위치에 상응하는 블랭크를 위한 데이터를 결정하는 단계,
i) 데이터를 기기로 전송하여, 블랭크로부터 치과용 수복재 또는 형태를 유도하는 단계
를 포함한다.
본 발명에 따라, 특히 밀링(milling) 및/또는 그라인딩(grinding)에 의해 기계가공된(machined) 수복재는 상이한 재료 특성, 특히 상이한 반투명도(translucency) 및 강도의 층들 또는 영역들을 갖는 예비소결된 블랭크 내에 위치하여, 치과용 수복재 또는 치아 대체물로도 명명되는 제조된 치과용 대체물이 특히 반투명도 및 강도 측면에서 요건들을 최적으로 충족시키도록 한다. 치아 대체물이 예비소결된 블랭크로부터 제조되는 경우, 최종 소결 동안 발생하는 수축은 윤곽형성시에, 즉 치과용 치아 대체물의 윤곽형성 과정에서 고려된다. 또한 공정 단계 d) 후에, 블랭크는 완전히 소결되어, 상응하는 수축 인자를 고려할 필요가 없을 가능성이 자연스럽게 존재한다.
본 발명에 따라, 블랭크의 광학적 및 기계적 특성과 같은 재료 특성, 및 반투명도 및 강도와 같은 원하는 특성을 보장하며 블랭크에 존재하는 조성이 상이한 층들 또는 영역들의 프로파일은, 데이터베이스에 저장되어, 블랭크는 예를 들면 모니터 상에서 가상화될 수 있다. 블랭크의 이러한 가상의 표현에서, 예를 들면 치과용 CAD 소프트웨어에 의해 설계된 3차원 치아 대체물은, 예를 들면, 블랭크에 위치하는 절치(incisal) 및 상아질(dentin) 영역 내에 위치하여, 절치 단부(incisal edge) 또는 이의 일부가 원하는 색 프로파일 및/또는 반투명도를 갖는 블랭크의 영역에서 확장된다(extend). 이어서, 상아질 부위는, 블랭크의 재료가 요구되는 강도를 갖는 인접한 영역에 위치할 수 있다.
본 발명에 따른 교시는 베니어의 수동 적용 (이것이 발생할 수 있을지라도) 및 광택제(glaze)의 소성(firing)을 반드시 요구하지는 않는다. 이와 동시에, 수복재는, 극심한 하중하에 있는 이의 영역에서 높은 강도를 갖는 것이 보장된다.
특히, 본 발명은, 제1 세라믹 재료의 제1 층을 몰드 내에 충전한 후, 상기 층을 이의 표면을 가로질러 볼 때 그 높이가 영역별로 상이한, 즉, 일정한 충전 높이를 갖지 않는 방식으로 이의 표면 상에서 구조화하고, 이어서 세라믹 재료의 조성이 제1 층과 상이한 제2 층을 몰드 내에 충전하는 것을 제공한다.
대안적으로, 제1 층을 충전한 후, 세라믹 재료의 중간층을 제1 층과 상이한 몰드 내에 충전하고, 제1 층의 재료를 중간층의 재료와 혼합하고, 이어서 제2 층을 몰드 내에 충전할 가능성이 있다. 특히, 제1 층의 자유 표면으로부터 중간층의 높이의 대략 2배의 높이 이하에서 시작하여, 중간층의 재료가 제1 층의 재료와 혼합하는 것이 제공된다. 게다가, 특히, 제2 층의 재료와 동일한 중간층의 재료가 제공된다.
본 발명의 제1 대안에 따라, 부을 수 있는 재료(pourable material)의 제1 층을 몰드 내에 충전한다. 예를 들면, 이는, 예를 들면, 1g/㎤ 내지 1.4g/㎤, 특히 1.15g/㎤ 내지 1.35g/㎤ 범위의 벌크 밀도를 갖는 치아색 이산화지르코늄 과립일 수 있다. 40㎛ 내지 70㎛의 그레인 크기 D50를 가질 수 있는 과립을 충전한 후, 특히 서로 평행한, 바람직하게는 동심원형으로 또는 서로 평행하게 확장되는 상승부(elevation) 및 골부(valley)가 생성되는 방식으로 구조가 형성되기 전에 표면을 평활화시킨다. 이를 위해, 특히, 제1 층에 대해 이동, 특히 회전하며 특히 제1 층의 표면 영역을 파도형, 빗형 또는 톱니형 구획에 의해 구조화시키는 소자(element)에 의해 구조가 형성되는 것이 제공된다. 구조, 즉, 교대하는 상승부 및 골부를 형성하기 위한 표면의 가상의 "갈퀴질(raking)"이 존재한다.
특히, 상승부의 체적이 함몰부(depression) 또는 골부의 체적과 동일하거나 대략 동일한 방식으로 구조가 형성되는 것이 제공된다.
바람직하게는, 톱니형 소자는, 대칭으로 형성되고 이의 측부(flank)가 15° 내지 45°의 각을 둘러싸는 V형 치아를 가져야 한다. 인접 치아들 사이의 거리, 즉, 정점(peak)들 사이의 거리는 1mm 내지 4mm, 바람직하게는 1mm 내지 3mm여야 한다.
이어서, 부을 수 있는 제2 세라믹 재료를, 골부에 의해 형성된 구조의 저부(trough)로부터의 양이 증가하는 몰드 내에 충전하여, 그 결과, 상승부의 높이에 걸쳐 제2 층의 비율이 준연속적으로(quasi-continuously) 증가한다. 표면을 평활화한 후, 층을 가압하여, 대략 3g/㎤의 밀도를 수득한다. 이어서 예비소결을 700℃ 내지 1100℃, 특히 800℃ 내지 1000℃ 범위의 온도에서 예를 들면 100분 내지 150분의 기간 동안 수행한다. 이어서, 이러한 방식으로 제조된 블랭크로 작업하여, 예를 들면, 밀링 및/또는 그라인딩에 의해 원하는 치과용 수복재를 수득하며, 이산화지르코늄에 대한 최종 밀도가 예를 들면 6.00g/㎤ 내지 6.1g/㎤, 특히 6.04g/㎤ 내지 6.09g/㎤로 수득될 때까지 이를 후속적으로 소결한다.
완전 소결이, 예를 들면, 1300℃ 내지 1600℃의 온도에서 10분 내지 250분의 시간에 걸쳐 수행된다. 또한 완전 소결은 어느 정도 더 높은 온도에서도 수행될 수 있다. 소결이 예를 들면 출발 재료의 제조업자가 명시한 온도보다 100℃ 더 높은 온도에서 수행되는 경우, 이는 과소결(over-sintering)로 지칭되며, 이때 소결 시간은 완전 소결의 시간과 동일하다.
특히, 완전 소결은 1350℃ 내지 1550℃ 범위의 온도에서 6.03 내지 6.1g/㎤, 특히 6.04 내지 6.09/㎤의 달성 가능한 밀도로 수행된다.
층의 침투는, 블랭크의 높이를 가로질러 상이한 물리적 및 광학적 특성이 달성될 수 있다는 이점을 초래한다. 따라서, 제1 층이 필요한 정도로 착색되면 완전 소결 후에 치아색 단부 영역(edge region)이 수득될 수 있으며, 이때 치아 색의 강도는 연속으로 감소하고 이와 동시에 반투명도는 제1 층과 제2 층 재료의 침투에 의해 형성된 전이 영역에 걸쳐 원하는 방식으로 증가한다. 이어서 치과용 수복재가 층의 프로파일을 고려하여 특히 밀링에 의해 블랭크로부터 제조하며, 이때 치아 절치 재료가 제2 층의 영역으로 확장되도록 치과용 수복재를 블랭크에 "놓는다".
이와는 독립적으로, 층들 사이의 연속 전이(continuous transition)가 본 발명의 교시에 근거하여 제공되며, 즉, 색이 연속으로 감소하거나 증가하고/하거나 반투명도가 연속으로 감소하거나 증가한다. 추가로 굽힘 강도(flexural strength)는, 강하게 부하된 치과용 수복재의 영역이 지나치게 과부하되지 않는 영역보다 더 큰 굽힘 강도를 갖도록 조절될 수 있다. 이 경우, 제조될 치과용 수복재의 높이에 걸쳐 갑작스러운 전이는 없지만, 언급된 바와 같이 연속, 즉, 준연속 전이가 존재하며, 상이한 조성의 각각의 층들이 중첩 배열되기 때문에 선행 기술로부터 알려지지 않았을 가능성 - 계단형 변화가 초래되거나, 외부 표면에서만 독점적으로 높이가 아닌 전체 치과용 수복재에 걸친 재료 특성의 변화가 생긴다.
바람직한 방식에서, 소자를, 특히 몰드의 종축(longitudinal axis)을 따라 확장된 축 주위로 회전시켜 층 재료들을 혼합하여, 제1 층의 표면으로부터 재료를 대체하여 파도형 또는 톱니형 구조물을 얻어내는 것이 제안된다. 또한, 스탬프(stamp)로도 불리는 압력 소자(pressure element)를 이용하여 구조물을 형성할 수 있는 가능성이 있으며, 이 압력 소자는 제1 층에서 표면 방향으로 작용하고, 표면들 사이로 확장된 함몰부를 갖는 이의 표면에서 확장되어 있는 상승부를 가져서, 소자의 부정형(negative form)이 제1 층의 표면에 각인되게 된다. 이어서, 전술된 바와 같이, 제2 층의 세라믹 재료는 충전된 뒤 평활화되어, 층들을 독점적으로 함께 가압하고 이어서 가압된 물체를 예비소결한다.
사용되는 세라믹 재료는, 특히, 산화이트륨(Y2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및/또는 산화세륨(CeO2)으로, 특히 산화이트륨으로 도핑된 이산화지르코늄을 함유하는 재료이며, 제1 층의 재료는 실온에 안정화된 결정형 및/또는 색 측면에서 제2 층의 재료와는 상이하다.
게다가, 본 발명은 제1 층 및/또는 제2 층의 재료가 그룹 Pr, Er, Fe, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Mn, Tb로부터의 적어도 하나의 색 부여 화합물(color-imparting oxide), 바람직하게는 Fe2O3, Er2O3 또는 Co3O4로 착색되는 것을 제공한다.
본 발명은 또한, 제1 층과 제2 층이 제1 층과 제2 층의 전체 높이의 1/15 내지 1/4, 특히 1/10 내지 1/5인 높이 H에 걸쳐 이들의 중첩된 영역에서 완전침투됨을 특징으로 한다.
제1 층은 구조화되지 않은 상태에서 제1 층과 제2 층 전체의 대략 1/2 내지 2/3에 해당하는 높이를 가져야 한다.
제1 층이 높은 강도를 특징으로 하고 제2 층이 원하는 정도로 반투명해지기 위해, 추가의 개발에서 본 발명은 제1 층에서 4.5중량% 내지 7.0중량%이고/이거나 제2 층에서 7.0중량% 내지 9.5중량%인 산화이트륨의 퍼센티지를 제공하며, 여기서 제1 층에서의 산화이트륨의 퍼센티지는 제2 층에서보다 작다.
게다가, 예비소결 후 제1 층 및 제2 층에서 이산화지르코늄의 정방형 상 대 입방형 상의 비는 1 이상이여야 한다.
특히, 이산화지르코늄은 제1 층에서 적어도 95% 정방형 결정형을 갖는다. 제2 층에서, 정방형 결정 상은 51% 내지 80%여야 한다. 나머지는 특히 입방형 결정 상에 의해 형성되어야 한다.
제1 층과 제2 층을 위한 베이스 재료는 바람직하게는 하기의 조성을 중량 퍼센티지로 갖는다:
HfO2
< 3.0
Al2O3
< 0.3
기술적으로 발생되는 불가피한 성분들
≤ 0.2 (예를 들면 SiO2, Fe2O3, Na2O)
제1 층에서: Y2O3
4.5 내지 7.0
제2 층에서: Y2O3
7.0 내지 9.5
색 부여 화합물:
0 내지 1.5
ZrO2 = 100 - (Y2O3 + Al2O3 + HfO2 + 불가피한 성분들 + 색 부여 화합물)
본 발명은, 그 중에서도, 하기 측정치를 특징으로 한다. 우선, 주로 이산화지르코늄으로 이루어진 제1 치아색 세라믹 재료를 몰드 내에 충전한다. 충전 높이는 가압 전 블랭크 높이의 대략 1/2 내지 2/3에 상응한다.
이어서 표면은 특별히 구조화된 소자 또는 스탬프를 통해 구조화되며, 이때 이 구조물은 제1 재료로부터 제2 재료로의 특성의 연속 전이를 갖도록 설계될 수 있다. 또한, 제1 층의 표면 기하구조는 층 재료의 확산 계수에 의해 정렬될 수 있다.
바람직하게는, 제1 층이 위치한 몰드 내로 낮아지고 이어서 제1 층에 요구되는 정도로 함침되는 회전 소자가 사용된다. 소자를 회전시킴으로써 표면을 선택적으로 구조화하여, 파도형 또는 빗형 소자와 같이 층 측면 상에서 구조화한다. 대안적으로, 표면은 적합한 기하구조를 갖는 프레스 플런저(press plunger)에 의해 구조화할 수 있다.
이후에, 더 큰 반투명도를 갖고 더 큰 Y2O3 함량을 가져야 하는 제2의, 특히, 덜 착색된 세라믹 재료로 몰드를 충전한다. 이어서, 세라믹 재료의 통상의 가압 및 예비소결을 수행한다.
제1 층을 도입한 후에, 바람직하게는 착색되어 치아색을 수득하고 주로 이산화지르코늄인, 중간층 형성을 위한 재료를 몰드 내에 충전하는 경우는 본 발명으로부터 벗어나지 않는다. 이 재료는 제1 재료보다 덜 착색되어야 하며, 또한 제1 층보다 큰 산화이트륨 함량을 갖는 이산화지르코늄으로 필수적으로 이루어진다. 중간층은, 예를 들면, 몰드 내에 충전되는 층의 전체 높이의 1/10 내지 1/5의 높이를 가질 수 있다. 이어서 중간층 재료를 제1 층과 혼합한다. 이 경우, 혼합은, 중간층의 높이에 상응하는 깊이로 제1 층으로 적어도 침투하는 소자에 의해 수행한다. 이어서, 전술된 제2 층에 상응하는 층을 몰드 내에 충전하며, 이는 더 큰 반투명도를 초래하고 이는 제1 층보다 큰 산화이트륨 함량을 가져야 한다. 이어서, 전술된 바와 같이, 세라믹 재료를 가압하여 블랭크를 수득하며, 이를 예비소결시켜, 특히, 밀링에 의해 치과용 수복재를 유도한다. 추가의 가공 단계는 완전 소결이다. 중간층의 재료는 제2 층의 재료여야 한다.
대안적으로, 제1 세라믹 재료의 층을 몰드 내에 충전하여 제1 개방 캐비티가 상기 층에서 형성되고 제2 세라믹 재료를 제1 개방 캐비티 내에 충전하여 상기 재료들을 함께 가압한 다음 열처리하는 가능성도 있다.
본 발명에 따라, 부을 수 있는 재료의 층을 우선 몰드 내에 충전한다. 이 재료는 예를 들면 1g/㎤ 내지 1.4g/㎤, 특히 1.15g/㎤ 내지 1.35g/㎤의 벌크 밀도를 갖는 착색되지 않은 이산화지르코늄 과립형 재료일 수 있다. 40㎛ 내지 70㎛의 그레인 크기 D50를 가질 수 있는 과립형 재료를 충전한 후, 예를 들면 프레스 플런저를 사용하여 개방된 빈 공간을 형성한다. 이는, 예를 들면, 제1 세라믹 재료의 일부를 옮겨 놓거나, 또는 이들을 약간 압축(compression)하여 수행된다. 이어서, 제2 세라믹 재료는 이렇게 형성된 오목부(recess) 또는 캐비티(이는 특히 실질적으로 원뿔형 기하구조(conical geometry)를 갖는다) 내에 충전하며, 이때 치아 잔근 또는 지대치(abutment)의 형상으로 기하학적으로 정렬되어야 하는 블랭크로부터 치관(crown) 또는 부분 치관(partial crown)이 제조되어야 하고 이 재료들을 함께 가압한다.
제1 개방 캐비티를 충전하는 제2 세라믹 재료 내에 제2 개방 캐비티를 형성하는 것도 가능하다. 이러한 단계는 모든 재료들의 동시 가압에 의해 달성될 수 있다.
바람직하게는 압축을 바람직하게는 1000bar 내지 2000bar의 압력에서 수행한다. 이에 따라 대략 3g/㎤ 범위의 밀도가 달성된다. 이어서, 탈지(debinding) 및 예비소결을 700℃ 내지 1100℃, 특히 800℃ 내지 1000℃ 범위의 온도에서 100분 내지 150분의 기간 동안 수행한다.
탈지 및 예비소결은 DIN ISO 6872에 따라 측정된 10MPa 내지 60MPa, 특히 10MPa 내지 40MPa의 인장 강도를 수득하도록 수행되어야 한다.
제2 개방 캐비티가 제2 세라믹 재료에서 형성되고 제3 세라믹 재료가 후자에 충전되는 경우, 이의 조성은 제2 세라믹 재료의 조성과 상이해야 하며, 특히 이는 제2 또는 제1 재료보다 더 낮은 반투명도 및/또는 더 큰 굽힘 강도를 가져야 한다.
특히 본 발명은 제1 세라믹 재료의 층 내에 형성되어야 하는 여러 개의 제1 개방 캐비티들, 및 이들 내에 충전되어야 하는 제2 세라믹 재료를 제공한다. 이는 소위 네스트(nest)로 불리는, 복수의 개별 블랭크 구획들을 초래하여, 여러 치과용 수복재들이, 예비소결 후 밀링 및/또는 그라인딩에 의해 상응하는 블랭크의 구획들로부터 기계가공될 수 있다. 이에 따라, 상이한 기하구조의 수복재(이는 뿌리면 및/또는 상아질면 상의 각각의 재료 영역들의 기하학적 배열이 또한 상이할 수 있다)의 제조를 가능하게 하기 위해, 블랭크 구획들의 치수들을 서로 상이하게 할 수 있다. 따라서, 네스트/블랭크 구획들의 갯수 및 이들의 기하구조에 따라 하나의 블랭크로부터 상이한 형상들의 치아를 얻어낼 가능성이 있다. 이미 설명된 바와 같이, 상아질 코어는 제2 영역으로부터 형성되고 절치 단부는 제1 영역으로부터 형성된다.
특히, 본 발명은 제1 세라믹 재료의 열팽창 계수보다 높은 제2 세라믹 재료의 열팽창 계수 0.2㎛/m*K 내지 0.8㎛/m*K를 제공한다. 이들 재료의 상이한 열팽창 계수로 인해, 압축 응력이 블랭크로부터 만들어진 수복재 내의 예를 들면 치아 내의 제1 세라믹 재료에서, 즉, 절치 재료에서 생성되며 이는 강도의 증가를 초래한다.
게다가, 세라믹 재료를 원하는 정도로, 특히 절치 재료가 제2 세라믹 재료에 비해 더 반투명하며 덜 착색된 제1 영역에서 사용될 정도로, 착색할 수 있다.
치과용 수복재 또는 다른 몰드체(mold body)가 바람직하게는 예비소결된 블랭크로부터 기계가공에 의해 얻어지는 경우, 블랭크가 초기에 완전히 소결되고 이어서 특히 밀링 또는 그라인딩에 의해 몰드체를 얻는 것이 당연히 가능하다.
블랭크가 완전히 소결되는 시기와는 관계없이, 특히 본 발명은 1300℃ 내지 1600℃의 온도 범위에서 10분 내지 250분의 기간에 걸쳐 수행되는 소결을 제공한다. 소결은 다소 더 높은 온도에서 수행될 수도 있다.
완전 소결이 예를 들면 출발 재료의 제조업자가 명시한 온도보다 100℃ 더 높은 온도에서 제조업자에 의해 권고되는 시간 기간 동안 수행되는 경우, 이는 과소결로 지칭된다.
본 발명의 값들은, 출발 재료가 이산화지르코늄을 실질적으로, 특히 80중량% 넘게 함유하는 경우에 특히 적용된다.
이산화지르코늄은 특히 산화이트륨으로 도핑되지만, 산화칼슘, 산화마그네슘 및/또는 산화세륨으로도 도핑될 수 있다.
세라믹 재료가 착색되는 경우, 그룹 Pr, Er, Fe, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Mn, Tb로부터 선택된 적어도 하나의 색 부여 화합물, 바람직하게는 Fe2O3, Er2O3 또는 Co3O4가 사용된다.
따라서 본 발명은, 사용된 세라믹 재료가 산화이트륨(Y2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및/또는 산화세륨(CeO2)으로, 특히 산화이트륨으로 도핑된 이산화지르코늄을 함유함을 특징으로 하며, 이때 제1 세라믹 재료는 실온에서 안정화된 결정형 및/또는 색 측면에서 제2 세라믹 재료의 재료와는 상이하다.
게다가, 본 발명은 제1 및/또는 제2 세라믹 재료를 위해 산화이트륨의 퍼센티지가 제2 재료에서 4.5중량% 내지 7.0중량%이고/이거나 제1 재료에서 7.0중량% 내지 9.5중량%이고 제1 세라믹 재료에서의 산화이트륨의 퍼센티지가 제2 재료에서보다 높은 것이 사용되도록 제공한다.
제1 및 제2 영역의 재료는, 예비소결 후 2개 영역에서 이산화지르코늄의 정방형 결정 상 대 입방형 결정 상의 비가 ≥ 1이 되도록 선택되어야 한다.
제1 및 제2 세라믹 재료를 위한 출발 재료는 바람직하게는 하기의 조성을 중량 퍼센티지로 갖는다:
HfO2
< 3.0
Al2O3
< 0.3
기술적으로 발생되는 불가피한 성분들
≤ 0.2 (예를 들면 SiO2, Fe2O3, Na2O)
제1 층에서: Y2O3
7.0 내지 9.5
제2 층에서: Y2O3
4.5 내지 7.0
색 부여 화합물:
0 내지 3.5
ZrO2 = 100 - (Y2O3 + Al2O3 + HfO2 + 불가피한 성분들 + 색 부여 화합물)
결합제를 추가로 첨가할 수 있다. 이는 상기 언급된 중량 퍼센티지에서 고려되지 않는다.
본 발명에 따른 교시는 완전 소결 후에 일체형(monolithic) 치과용 수복재를 수득하며, 이는 베니어링(veneering)되지 않아야 하지만 베니어링된 경우에도 이는 본 발명으로부터 벗어나지 않는다.
본 발명의 추가적인 세부사항, 이점 및 특성은, 청구범위 및 이들의 특징 그 자체 및/또는 조합한 것들로부터, 뿐만 아니라 도면에 나타낸 바람직한 예시적인 양태에 대한 하기 설명으로부터 도출된다.
도 1a) 내지 1c)는 방법의 단계들을 수행하기 위한 어셈블리의 개략도이고,
도 2는 도 1b)의 더 상세한 도면이고,
도 3은 상이한 재료 특성들의 영역들을 갖는 블랭크이고,
도 4는 상이한 재료 특성들의 영역들을 갖는 추가의 블랭크이고,
도 5는 상이한 재료 특성들의 다수의 영역들을 갖는 블랭크의 상면도이고,
도 6은 도 4에 상응하는 블랭크이고,
도 7은 도 6에 따른 블랭크로부터 유도된 치아 대체물이고,
도 8은 도 7에 따른 치아 대체물에 상응하는 가상 모델과 함께, 도 6에 따른 블랭크의 가상 모델이고,
도 9는 도 8의 대안적인 표현이고,
도 10은 어셈블리, 및 이와 함께 수행될 수 있는 방법 단계의 개략도이고,
도 11은 도 10b)의 더 상세한 도면이고,
도 12는 블랭크의 특성을 보여주는 개략도이고,
도 13은 도 12에 따른 블랭크로부터 제조된 브릿지(bridge)의 개략도이고,
도 14는 또 다른 방법의 개략도이다.
도 2는 도 1b)의 더 상세한 도면이고,
도 3은 상이한 재료 특성들의 영역들을 갖는 블랭크이고,
도 4는 상이한 재료 특성들의 영역들을 갖는 추가의 블랭크이고,
도 5는 상이한 재료 특성들의 다수의 영역들을 갖는 블랭크의 상면도이고,
도 6은 도 4에 상응하는 블랭크이고,
도 7은 도 6에 따른 블랭크로부터 유도된 치아 대체물이고,
도 8은 도 7에 따른 치아 대체물에 상응하는 가상 모델과 함께, 도 6에 따른 블랭크의 가상 모델이고,
도 9는 도 8의 대안적인 표현이고,
도 10은 어셈블리, 및 이와 함께 수행될 수 있는 방법 단계의 개략도이고,
도 11은 도 10b)의 더 상세한 도면이고,
도 12는 블랭크의 특성을 보여주는 개략도이고,
도 13은 도 12에 따른 블랭크로부터 제조된 브릿지(bridge)의 개략도이고,
도 14는 또 다른 방법의 개략도이다.
본 발명에 따른 교시는 도면을 참조하여 설명되며, 동일한 소자에는 동일한 참조 기호가 필수적으로 제공된다. 이러한 교시에 근거하여, 특히, 치과용 수복재는 일체형 구조를 갖는 세라믹 재료로부터 제조되어, 즉시 사용할 수 있는 일체형 치아 대체물이 가능하게 된다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은, 상이한 조성 및 이에 따라 상이한 특성을 갖는 세라믹 재료의 영역을 가지며 따라서 특히 광학적 및 기계적 특성이 수복재에 요구되는 바와 같이 수득될 수 있는 블랭크를 제조하는 것을 제공한다. 따라서, 완전한 소결 직후에 일체형으로 제조된 치과용 치아 대체물을, 예를 들면 절단 단부를 수동 적용하고 소성할 필요성 없이도 사용할 수 있는 가능성을 제공한다.
높은 하중이 발생하는 영역에서 원하는 강도를 달성하는 것 또한 가능하다. 원하는 광학적 특성이 또한 달성 가능하다.
치과용 수복재가 제조될 수 있는 블랭크의 제조는, 치아의 예시적인 양태에서, 도 1 내지 3을 참조로 하여 기재되었다.
따라서, 특히, 산화이트륨-안정화된 이산화지르코늄이며, 하기의 조성을 중량 퍼센티지로 가질 수 있는, 제1 세라믹 재료(14) 형태의 부을 수 있는 과립형 재료를 우선 가압 도구(12)의 몰드(10) 내에 충전한다:
HfO2
< 3.0
Al2O3
< 0.3
Y2O3
7.0 내지 9.5
색 부여 화합물:
0 내지 1.5
기술적으로 발생되는 불가피한 성분들
≤ 0.2 (예를 들면 SiO2, Fe2O3, Na2O)
ZrO2
100 - (Y2O3 + Al2O3 + HfO2 + 색 부여 화합물
+ 기술적으로 발생되는 불가피한 성분들)
결합제를 또한 첨가할 수 있으며 이는 상기 중량 퍼센티지 값을 고려하지는 않는다.
그러나, 특히, 제1 세라믹 재료(14)가 절치 재료로 사용되어 높은 불투명화도가 요구되기 때문에, 이 조성물은 색 부여 화합물을 함유하지 않거나 색 부여 화합물을 단지 소량으로, 예를 들면 0.5중량% 이하로 함유하는 것이 제공된다. 비교적 높은 퍼센티지의 산화이트륨은, 정방형 결정 상 분획은 제조된 몰드 부분품(mold part), 즉, 치과용 수복재 중에서 단지 50 내지 60%이고 나머지는 입방형 일체형 결정 상이 되게 한다.
이어서, 개방 캐비티(18)이, 프레스 플런저(16)에 의해 재료(14)에 또는 이에 의해 형성된 층에 형성된다. 프레스 플런저에 의해, 재료(14)는 옮겨지거나 약간 압축된다. 캐비티(18)가 형성된 후(도 1b), 프레스 플런저(16)를 제거하고, 하기의 조성 중 하나를 중량 퍼센티지로 가질 수 있는 제2 세라믹 재료(20)를 캐비티(18) 내에 충전한다:
HfO2
< 3.0
Al2O3
< 0.3
Y2O3
4.5 내지 7.0
색 부여 화합물:
0 내지 1.5
기술적으로 발생되는 불가피한 성분들
≤ 0.2 (예를 들면 SiO2, Fe2O3, Na2O)
ZrO2
100 - (Y2O3 + Al2O3 + HfO2 + 색 부여 화합물
+ 기술적으로 발생되는 불가피한 성분들)
제조되어야 하는 치아의 상아질은 제2 세라믹 재료(20)로부터 형성되기 때문에, 착색 산화물 또는 산화물들 분획은 원하는 치아 색이 초래되는 정도로 존재해야 한다. 비교적 낮은 함량의 Y2O3은 또한, 완전 소결된 치아 대체물이 적어도 85%, 바람직하게는 적어도 90%로 높은 정방형 상 함량을 가져서 높은 강도를 초래하게 한다.
제2 세라믹 재료(20)를 캐비티(18) 내에 충전한 후(도 1c), 재료(14, 20), 또는 이로부터 형성된 층 또는 영역은 하부 또는 상부 프레스 플런저(22)에 의해 몰드(10) 내에서 가압되며, 이를 통해 압축이 달성된다. 가압 후, 블랭크(28)는 대략 3g/㎤의 밀도를 갖는다. 가압은 바람직하게는 1000bar 내지 2000bar의 압력에서 수행된다.
재료(14, 20)에 관해서는, 이들은 1g/㎤ 내지 1.4g/㎤의 벌크 밀도를 가져야 한다. 가압 후 밀도는 대략 3g/㎤이다.
도 1b)의 표현은 도 2에 더욱 상세하게 나타나 있다. 캐비티(18)가 제1 세라믹 재료(14)에서 또는 이 재료로 이루어진 층에서 프레스 플런저(16)에 의해 형성됨을 볼 수 있다. 바닥면에서, 몰드(10)는 프레스 플런저(22)에 의해 구획된다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 제2 캐비티(26)는, 프레스 플런저(22, 24)에 의한 이의 압축 후에 또는, 적절한 경우, 예를 들면 밀링을 통한 예비소결 후에, 제2 재료(20) 내에 형성될 수 있다.
그러나, 도 1c)에 따라, 바닥면에서 개방되어 재료(20)로 완전 충전된 캐비티(18)에서, 프레스 플런저(도시되지 않음)에 의해 제2 캐비티(26)를 형성할 수도 있다.
제2 캐비티(26)의 존재 여부와는 관계없이, 가압 후에 블랭크(28)의 예비소결을 특히 800℃ 내지 1000℃ 범위의 온도에서 100분 내지 150분의 시간 기간 동안 수행한다. 이 공정에서, 탈지를 먼저 수행하고 예비소결이 이어진다. 예비소결 후 블랭크(28)의 밀도는 약 3g/㎤이다. 예비소결된 블랭크(28)의 파괴 강도는 10MPa 내지 60MPa이여야 한다.
블랭크(28)는 블랭크(28)를 예를 들면 밀링기 또는 그라인딩기에 고정하기 위한 홀더(holder)(30)와 함께 제공되어, 도 6 내지 9와 관련하여 기재된 바와 같이, 치과용 수복재, 예를 들면 치아를 블랭크(28)로부터 수득한다. 제조되어야 하는 치아는, 블랭크(28) 내에 적어도 가상으로 놓여, 절치 영역은 제1 세라믹 재료(14)에 의해 형성된 영역(32)으로 확장되고 상아질 영역은 제2 세라믹 재료(20)에 의해 형성된 제2 영역(34)으로 확장된다. 이어서 블랭크(28)의 작업을 이들 데이터를 고려하여 수행한다.
도 4는, 제1 캐비티(18)를 제1 세라믹 재료(14) 내에 충전하고 제2 세라믹 재료(20)를 캐비티(18) 내에 충전한 후, 제2 캐비티(36)가, 적절한 경우, 도 1b)에 따른 방법에 따라 형성되고, 제3 세라믹 재료(38)가 상기 형성된 캐비티(36) 내에 충전됨을 보여주며, 상기 세라믹 재료(38)의 조성은, 제2 세라믹 재료와 상이하여, 특히, 더 높은 강도가 달성될 수 있다. 도 3과 관련하여 기재된 바와 같이, 캐비티(40)는 제3 세라믹 재료(38)에서 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 교시를 기반으로, 제2 세라믹 재료 및 가능하게는 제3 세라믹 재료로 이루어지고 상이한 기하구조의 상응하는 치아를 얻어내기 위한 상이한 기하구조를 가질 수 있는 복수의 영역(52, 54, 56)을 갖는 블랭크(48)(도 5)를 형성할 수 있다. 특히 상기 도면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 제2 세라믹 재료(20)로부터 형성된 소위 제2 영역(52, 54, 56)은 제1 세라믹 재료(50) 내에 매립되며, 즉, 이들은 제1 세라믹 재료(14)로 둘러싸여 있다. 제2 영역(52, 54, 56)은 기저면 상에서 차폐되어 있지 않다.
특히 도 2 내지 4로부터 볼 수 있는 바와 같이, 제2 영역들은 바닥 영역으로부터, 즉, 기저 영역(35)으로부터 출발하여 가늘어지는 외부 기하구조를 갖는다. 원뿔형 기하구조가 수득되고, 외곽선은 자유 형태 표면이다.
기저 영역(35), 또는 바닥면 상에서 이를 구획하는 기저 표면은 제1 영역(32)의 아랫면 또는 바닥 표면(33)과 동일 높이에서 합쳐진다.
네스트로도 불리는 블랭크 영역(52, 54, 56)을 생성하기 위해, 부을 수 있는 제2 세라믹 재료(20)를 전술된 방식으로 캐비티 내에 충전하고 이어서 재료(14, 20)를 함께 가압, 즉, 압축함으로써, 상응하는 개방 캐비티가 제1 재료(14)로부터 제조되어 제1 영역(50)으로 지정된 층에서 요구된다.
재료(14, 20)의 물리적 특성에 관해, 상이한 반투명도 및 강도에 추가하여, 이들은 서로 상이한 열팽창 계수를 또한 가져야 한다. 특히, 본 발명은 완전 소결 후 제1 세라믹 재료(14)는 제2 세라믹 재료(20)로부터 형성된 제2 영역(38, 52, 54, 56)의 것보다 낮은 0.2㎛/m*K 내지 0.8㎛/m*K의 열팽창 계수를 갖는 것을 제공한다. 그 결과, 압축 응력이 제1 영역(50)에서, 즉, 절치 재료에서 생성되며, 이는 강도의 증가를 초래한다.
블랭크(28, 48)는 본 발명에 따른 교시에 한정되지 않고 예를 들면 18mm×15mm×25mm 크기의 입방(cuboid) 형상 또는 예를 들면 직경 100mm의 디스크 형상을 가질 수 있다. 이로써, 도 5에 관해 기재된 바와 같이, 예를 들면 소위 상아질 코어인 복수의 제2 영역(52, 54, 56)이 예를 들면 디스크형 블랭크 내에서 형성되어 상이한 기하구조를 갖지만 반투명도 및 강도 측면에서 유리한 층 프로파일을 갖는 수복재를 제조할 수 있다는 것이 이점이다.
상이한 기하구조를 가질 수 있는 하나 이상의 제2 영역(52, 54, 56), 즉, 네스트들의 위치는 공지되어 있으며 데이터 세트로서 저장될 수 있다. 이어서, CAD 데이터 세트로서 존재하는 제조 대상 수복재들은 블랭크 구획들에 대해 그리고 블랭크 구획들 내에 위치하여, 치아 대체물이 밀링 및/또는 그라인딩에 의해 블랭크로부터 얻어질 수 있게 된다.
하기 방법은 본 발명의 교시에 따라, 전술된 바와 같이, 특히 밀링 및/또는 그라인딩에 의해, 상이한 조성의 층들 또는 영역들을 갖는 블랭크로부터 출발하여 제공되며, 도 6 내지 9에 관해 더 상세히 설명되어 있다.
대체로 도 3의 블랭크에 상응하는 블랭크가 도 6에 도시되어 있다. 이는, 블랭크(28)가 제1 영역(32)과 제2 영역(34)으로 이루어지고 여기서 캐비티(26)가 확장됨을 의미한다. 영역(32)의 반투명도는 영역(34)보다 크고 영역(34)의 강도는 영역(32)의 강도보다 크다. 따라서, 영역(32)은 도 7에 따른 치아(144)의 절치 영역에 관한 것으로, 이는 CAM법에 의해 블랭크(28)로부터 기계가공되어야 한다. 이어서, 영역(34)은 상아질 영역에 적합하다.
블랭크(28) 내의 영역 또는 층(32, 34) 및 캐비티(26)의 프로파일은, 층(32, 34)의 프로파일 및 위치는 블랭크(28)가 가상으로 표시될 수 있는 곳을 기반으로 데이터 세트에 저장되도록, 수행되고 사전 정의된 방법 단계들을 근거로 하여 공지되어 있다.
적합한 소프트웨어인 소위 CAD 프로그램을 사용하여 3차원 설계된 치아(144) 데이터가 또한 공지되어 있다. 블랭크(28)로부터 치아(144)를 제조하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이 치아(144)의 가상 모델(244)이 블랭크(28)의 가상 모델(228)에 위치한다. 이에 따라 치아의 모델(244)은, 필요한 경우 조작자의 개별 행동을 통해, 블랭크의 가상 모델(228)에 위치하여, 도 8에 도시된 바와 같이 절치 구획은 층(32)에 상응하는 가상의 층(232)으로 확장되고 상아질 부위는 층(34)에 상응하는 가상의 층(234)으로 확장된다. 절치 영역(135)은 크로스 해칭(cross-hatching)으로 나타내고 상아질 영역(137)은 심플 해칭(simple hatching)으로 나타낸다. 이어서, 치아(244)의 배치에 상응하는 블랭크(228)의 데이터를, 즉, 가상의 블랭크(228)와 가상의 치아(244) 사이의 교차 영역을 결정하여, 데이터를 수치 제어된 가공 기계로 통과시키고, 이어서 실제 블랭크(28)로부터 특히 밀링 또는 그라인딩을 통해 치아(144)를 제조한다. CAM법에 따라 제조한다.
도 9는 도 8에 상응하며 도 8과는 달리 가상의 치아(244)가 가상의 블랭크(228)의 또 다른 영역에 존재한다는 한계를 갖는 표현을 보여주며, 여기서 절치 재료의 영역은 영역(232)으로 확장되고 상아질의 영역은 층(234)의 영역으로 확장된다. 가상의 치아(244)를 가상의 블랭크(228) 내에 놓는 것은, 치아 또는 제조되어야 하는 수복재 상에 놓이는 요건들에 따라 수행된다.
다시 말해서, 블랭크(28) 내의 실제영역(32, 34)의 프로파일의 지식으로부터, 가상 모델(228)이 생성되며, 이때 가상으로 생성된 치아(244)는, 예시적인 양태에서 절치 및 상아질 영역이 치아(144)의 제조시 가상의 블랭크 및 이에 따른 실제 블랭크의 영역 또는 층으로 확장되어, 제조되는 치아(144)의 절치 및 상아질 영역이 예를 들면 요구되는 수준으로의 반투명도 및 강도의 측면에서 요건들을 충족시키도록 놓이게 된다.
일체형 수복재는, 대체로 후처리를 필요로 하지 않는, 특히 선행 기술에 따라 절치 영역에서 요구되는 베니어를 필요로 하지 않는 본 발명에 따른 교시사항을 기반으로 이용 가능하다.
본 발명에 따른 교시에 상응하여, 수복재는, 도 5에 도시된 바와 같이 블랭크(48)의 기본 바디(basic body)와 상이한 재료로 이루어진 네스트들을 갖는 블랭크로부터 제조될 수도 있다.
그러나, 전술된 방법으로부터 벗어나서, 반투명도 또는 강도와 같은 원하는 특성을 달성하기 위해 상이한 조성을 갖는 층 또는 영역을 갖는 블랭크를 제조하는 것도 가능하다. 따라서, 제1 층을 몰드 내에 충전하는 것이 가능하며, 이의 표면은 제1 층의 조성과 상이한 조성을 갖는 제2 층이 충전되기 전에 구조화된다. 재료 자체는 특히 도 1 내지 5에 관해 기재되어 있는 것들이다. 상응하는 블랭크는, 제1 층의 재료가 연속으로 또는 실질적으로 연속으로 감소하는 반면 제2 층의 재료는 증가하는 중간층을 갖는다.
대안적인 가능성은, 제1 층이 충전된 후, 제1 층의 세라믹 재료와 상이한 몰드 내에 세라믹 재료의 추가의 층이 충전되는 것이다. 이어서, 제1 층의 재료는 추가 층의 재료와 혼합되어 중간층을 형성한다. 이후에, 제1 층과는 조성이 상이하고 바람직하게는 추가의 층에 사용되는 재료에 상응하는 층이, 형성된 중간층 위에 놓여진다.
재료와 관련해서는 이전 설명을 또한 참조한다.
상응하는 블랭크의 생성이 이제 도 10 내지 도 14를 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 10a)에 따라, 하기의 조성을 중량 퍼센티지로 가질 수 있으며 특히 산화이트륨으로 안정화된 이산화지르코늄인 제1 재료(314)가 프레스(312)의 몰드(310) 내에 충전된다:
HfO2
< 3.0
Al2O3
< 0.3
기술적으로 발생되는 불가피한 성분들
≤ 0.2 (예를 들면 SiO2, Fe2O3, Na2O)
Y2O3
4.5 내지 7.0
색 부여 화합물:
0 내지 1.5
ZrO2 = 100 - (Y2O3 + Al2O3 + HfO2 + 불가피한 성분들 + 색 부여 화합물)
이후에, 제2 층(324)을 몰드(310) 내에 충전하며(도 10c), 이에 따라, 본 발명에 따른 교시에 한정되지 않고, 층(314) 및 층(324)의 전체 높이는 구조화되지 않은 상태인 층(314)의 높이의 2배이다. 제2 층은 하기의 조성을 중량 퍼센티지로 가질 수 있다:
HfO2
< 3.0
Al2O3
< 0.3
기술적으로 발생되는 불가피한 성분들
≤ 0.2 (예를 들면 SiO2, Fe2O3, Na2O)
Y2O3
7.0 내지 9.5
색 부여 화합물:
0 내지 1.5
ZrO2 = 100% - (Y2O3 + Al2O3 + HfO2 + 불가피한 성분들 + 색 부여 화합물)
층들의 재료는 자연적으로 교환 가능하며, 즉, 전술된 제1 층의 재료는 제2 층의 재료일 수 있고 그 반대일 수도 있다.
색 부여 화합물은 특히 그룹 Pr, Er, Fe, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Mn, Tb로부터 선택된 화합물, 바람직하게는 Fe2O3, Er2O3 또는 Co3O4이다.
제1 층(314)이 바람직하게는 제1 층과 제2 층(314, 324)의 전체 높이 H의 절반에 해당하는 높이를 갖는 경우, 제1 층(314)의 높이는 1/2 H 내지 2/3 H일 수도 있어 따라서 제2 층(324)의 높이는 1/3 H 내지 1/2 H일 수 있다.
평활화된 표면은 이어서 단계 b)에 따라 구조화된다. 이러한 목적으로, 예를 들면, 디스크형, 플레이트형 또는 웹형 소자(316)가 사용되며, 여기서, 예시적인 양태에서 층 측면 상에 치아 기하구조를 가져서, 상응하는 부정형 구조(negative structure)가 재료를 옮김으로써 층(314)의 표면(318)에 형성되며, 이러한 구조는 둘러싸는 골부를 갖는 동심원형-확장 상승부로서 존재한다. 도 11에 따라, 상승부(정점)와 골부(함몰부) 사이의 거리, 즉, 돌출부(projection)(320)와 골저부(valley bottom)(322) 사이의 순 거리(clear distance)는 모든 층들의 높이의 대략 1/5여야 한다.
특히, 상승부의 체적이 함몰부 또는 골부의 체적과 동일하거나 대략 동일하게 되도록 상기 구조가 형성되는 것이 제공된다.
제2 층(324)의 재료는 층(314)의 표면(318)에서 골부(326)의 기저부로 침투하기 때문에, 층(324, 314)이 도 10d)에 따라 가압된 후 층(314) 및 층(324)의 특성들 사이에 연속 전이가 존재한다. 전이층 또는 중간층은 도 10d)에서 참조 부호 328로 표시된다.
층(324)는 층(314)과 상이한 재료로 이루어진다. 차이점은 특히 색 첨가제 및 산화이트륨의 퍼센티지에 있다. 이는, 예비소결 후 층(324) 내의 입방형 결정 상의 비율이 층(314) 내에서의 비율보다 상당히 크게 되도록 선택된다. 층(314)에서 정방형 결정 상 분획은 85%를 초과하고, 층(324)에서 입방형 결정 상 분획은 30% 내지 49%이다. 나머지는 필수적으로 정방형 결정 상이다.
이들 상이한 결정 상 분획들은, 산화이트륨 퍼센티지는 층(314)에서 4.5중량% 내지 7중량%이고 층(324)에서 7중량% 내지 9.5중량%이고 이때 제1 층(314)에서의 퍼센티지는 제2 층(324)에서의 퍼센티지보다 작다는 사실에서 기인한다.
층(324)의 착색 산화물 함량은 층(314)에 비해 감소하며, 이는 0.0 내지 0.5중량%, 바람직하게는 0.005 내지 0.5중량% 범위여야 한다. 이러한 측정의 결과, 층(314)과 층(324) 사이에 연속 색 전이가 존재한다. 더 큰 산화이트륨 함량으로 인해, 층(324)은 층(314)보다 굽힘 강도가 더 낮고 반투명도가 더 높다.
도 13에 도시된 바와 같이, 특히 커넥터 하측(connector undersides)의 경우, 블랭크로부터 유도될 치과용 대체물의 과부하된 영역이 위치되는 층(314)이 가장 큰 강도를 갖는다.
층(314, 324)은 펀치(punch)(330)에 의해 가압되며 가압은 1000bar 내지 2000bar의 압력에서 수행된다.
부을 수 있는 재료, 즉, 몰드(310) 내에 충전되는 상태의 부을 수 있는 재료는 1g/㎤ 내지 1.4g/㎤의 벌크 밀도를 갖는다. 가압 후, 밀도는 대략 3g/㎤이다.
구조화는, 층(314 및 324)이 압축되기 전에 제1 층과 제2 층(314, 324)의 비혼합 영역들 사이의 전이 영역에서 2g/㎤ 이하의 밀도를 산출한다. 전이 영역은 또한 중간층(328)이라 칭할 수 있다.
가압 후, 생성된 블랭크(333)는 몰드(310)로부터 방출되어 통상의 방식으로 800℃ 내지 1000℃의 온도에서 100분 내지 150분의 기간에 걸쳐 예비소결된다. 상응하는 블랭크가 또한 도 13에 도시되어 있다. 블랭크(333)는 압축층(314), 압축층(324), 및 압축 중간층(328), 즉, 전이 영역을 갖는다.
치아 대체물이 블랭크(333), 예시적인 양태에서 브릿지(334)로부터 밀링되는 경우, 밀링 프로그램은, 브릿지(334)의 하부 영역이 가장 큰 굽힘 강도를 갖는 층(314) 내에서 특히 커넥터 베이스(connector base)(336)의 영역으로 확장되도록 설계된다. 반면, 브릿지의 절치 영역(34)은 층(324)에서 확장된다.
층(314)과 층(324) 사이의 준연속 또는 연속 전이가 발생하는 전이 영역, 즉, 중간층(328)에서, 상아질과 절치 사이의 전이가 있다. 상아질이 영역(314)에서 확장된다.
본 발명에 따른 교시의 실질적인 특징은 도 12를 참조하여 다시 기술된다. 따라서, 블랭크(333)는 도 12에서 층(314)과 층(324) 및 전이 영역(328)과 함께 도시된다.
도 12b는, 산화이트륨의 형태인 안정화제가 제1 층(314)에서 대략 5중량%이고 제2 층(324)에서 대략 9중량%이며 본 발명에 따른 중간층의 형성을 근거로, 산화이트륨의 퍼센티지는 연속으로 증가함을 설명하고자 하는 것이다. 이에 따라, 값 0.425H 및 0.575H는, 도 10 및 도 11에 도시된 소자(316)가 제1 층(314)에, 골부 형태는 표면(318) 하부 0.075H의 영역에서의 층(314, 324)의 전체 높이 H에 대해 확장되고 상승부 또는 정점은 표면(318) 상부 0.075H의 영역에서 확장되는 방식으로 침지됨을 예시하며, 이에 따라, 언급된 바와 같이 소자(316)의 톱니형 구조물의 정점(320)과 골부(322) 사이의 거리는 0.5H이다.
DIN ISO 6872에 따른 완전 소결된 층(314 및 324)의 측정은, 이산화지르코늄의 정방형 결정 상의 80% 이상이 존재하는 층(314)의 굽힘 강도 δB가 대략 1000MPa임을 보여주었다. 반면, 30 내지 49% 입방형 결정 상이 존재하는 층(324)의 굽힘 강도는 대략 660MPa이다.
도 12d는 층(314, 324)의 높이에 대한 반투명도의 변화를 도시한다.
도 14를 참조하면, 반투명도 및 강도 측면에서 상아질 영역과 절치 영역 사이의 수복재의 경우, 제1 층과 제2 층 사이의 실질적인 연속 전이를 갖는 블랭크/치과용 수복재의 제조를 위한 본 발명의 교시를 따르는 또 다른 방법이 기재된다.
따라서, 도 14a에 따라, 도 10에 따른 층(314)의 것과 일치해야 하는 제1 세라믹 재료를 몰드(310)에 우선 충전한다. 도 14의 상응하는 층이 414로 지정된다. 상기 층의 높이는 매트릭스(310) 내에 충전된 전체 층의 높이의 절반일 수 있다. 이어서, 예시적인 양태에서 층들의 전체 높이의 1/10인 두께를 갖는 층(427)을 층(414)에 적용한다. 층(427)의 재료는 도 10에 따른 제2 층(24)의 재료에 상응할 수 있다. 이어서, 층(427)을 층(427)의 두께에 상응하는 깊이에 걸쳐 층(414)의 표면 영역과 혼합한다. 이는, 층들의 전체 높이의 2/10의 두께를 갖는 중간층(428)을 형성한다. 이어서, 도 10에 따른 제2 층(324)에 상응하는 추가의 층(424)을 중간층(428)에 적용한다. 따라서 층(424)의 높이는 예시적인 양태에서 전체 높이 H의 4/10이다. 이후에, 층(424, 428, 414)은 도 10의 예시적인 양태에 따라 전체적으로 가압되어, 전술된 바와 같이 예비소결, 작업 및 완전 소결 단계가 수행된다. 작업 단계는 완전 소결 후에 자연적으로 뒤따를 수 있다.
Claims (5)
- 조성이 상이한 세라믹 재료의 영역들 또는 층들을 갖는 치과용 수복재(dental restoration)를 블랭크로부터 제조하는 방법으로서,
a) 부을 수 있는 조건에서 제1 세라믹 재료의 제1 층을 몰드(mold)(310) 내에 충전하는 단계,
b1) 상기 제1 층의 표면을 가로질러 볼 때 그 높이가 영역별로 상이하게 보이는 방식으로 상기 제1 층을 구조화하고, 이어서 부을 수 있는 조건에서 상기 제1 층과는 조성이 상이한 제2 세라믹 재료를 제2 층으로서 상기 몰드 내에 충전하거나, 또는
b2) 상기 제1 층(414)을 충전한 후, 부을 수 있는 조건에서 제1 세라믹 재료와 상이한 추가의 세라믹 재료의 추가의 층(427)을 상기 몰드 내에 충전하고, 상기 제1 층의 재료를 상기 추가의 층의 재료와 혼합하여 중간층(428)을 형성하고, 이어서 제2 세라믹 재료를 상기 몰드 내에 충전하거나, 또는
b3) 상기 제1 층을 충전한 후 상기 제1 층 내에 적어도 하나의 제1 개방 캐비티(open cavity)(318)를 형성하고 이어서 상기 적어도 하나의 제1 개방 캐비티 내에 제2 세라믹 재료를 충전하는 단계로서,
상기 세라믹 재료는 산화이트륨(Y2O3), 산화칼슘(CaO), 산화마그네슘(MgO) 및/또는 산화세륨(CeO2)으로 도핑된 이산화지르코늄을 함유하고, 상기 제1 층(14)의 재료는 실온에 존재하는 안정화된 결정형의 색 및 비율의 측면에서 상기 제2 층(24)의 재료와 상이한, 단계,
c) 상기 세라믹 재료들을 가압하여 블랭크를 형성하는 단계,
d) 상기 몰드로부터 상기 블랭크를 제거하는 단계,
e) 상기 블랭크를 온도 처리하는 단계로서,
여기서, 상기 방법 단계 a) + b1), 또는 a) + b2), 또는 a) + b3)에 따라, 온도 처리 후의 층들 및/또는 영역들이 디지털 데이터 세트로서 이용 가능한 예정된 과정을 나타내는 방식으로, 상기 세라믹 재료를 상기 몰드 내에 충전하고/하거나 상기 몰드 내에서 처리하는, 단계,
f) 상기 치과용 수복재 또는 상기 치과용 수복재에 상응하는 형태를, 수축을 고려하여 가상 설계하는 단계,
g) 상기 블랭크를 가상으로 표현하고, 상기 블랭크 내의 상기 가상으로 표현된 치과용 수복재 또는 상기 형태를, 상기 층들 및/또는 영역들의 재료 특성을 고려하여 위치선정하는 단계,
h) 상기 가상으로 배열된 치과용 수복재 또는 상기 형태의 상기 블랭크 내에서의 위치에 상응하는 상기 블랭크를 위한 데이터를 결정하는 단계,
i) 상기 데이터를 기기로 전송하여, 상기 블랭크로부터 상기 치과용 수복재 또는 상기 형태를 유도하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 여러 개의 제1 개방 캐비티(318)가 상기 제1 세라믹 재료(314)의 층 내에 형성되고, 상기 제2 세라믹 재료가 상기 캐비티 내에 충전됨을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 복수의 상기 제1 개방 캐비티(318) 중의 적어도 일부가 상이한 내부 기하구조를 가짐을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 상기 제2 세라믹 재료가 그룹 Pr, Er, Tb, Fe, Co, Ni, Ti, V, Cr, Cu, Mn으로부터의 원소로 이루어진 적어도 하나의 착색 산화물, 바람직하게는 Fe2O3, Er2O3 또는 Co3O4로 착색됨을 특징으로 하는, 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 및/또는 제2 세라믹 재료(314, 320)에 사용되는 재료가, 상기 제1 재료 중의 산화이트륨의 퍼센티지가 7.0중량% 내지 9.5중량%이고/이거나 상기 제2 및/또는 추가의 세라믹 재료 중의 산화이트륨의 퍼센티지가 4.5중량% 내지 7.0중량%인 재료이고, 상기 제1 세라믹 재료 중의 산화이트륨의 퍼센티지는 상기 제2 또는 추가의 세라믹 재료 중의 산화이트륨의 퍼센티지보다 큰 것임을 특징으로 하는, 방법.
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