베릴륨이 포함되지 않은 도재용착용 비귀금속 합금과 세라믹간의 전단결합강도와 계면특성 Shear Bond Strength and Interfacial Characterization of Ceramic to Beryllium Free Nonprecious Alloys for Porcelain Fused to Metal Crown원문보기
치과도재용 합금으로 사용되는 합금 중 베릴륨이 함유된 비귀금속 Ni-Cr합금과 베릴륨이 함유되지 않은 비귀금속 Ni-Cr합금 그리고 베릴륨이 함유되지 않은 비귀금속 Co-Cr 합금과 세라믹간의 결합강도와 파절양상 그리고 계면특성을 분석하고자 하였다. 결합강도는 만능시험기를 이용하여 전단력시험을 통하여 전단결합력을 측정하였으며, 전단시험에 의한 파단면을 이용하여 파절양상을 관찰하였다. 그리고 합금-도재간의 계면을 관찰하였다. 전단결합강도 측정 결과, 베릴륨이 포함된 T-3가 41.13(${\pm}5.11$)MPa로 가장 높게 나타났으며, 베릴륨이 포함된 VeraBond(40.72(${\pm}5.98$)MPa), Co-Cr 합금인 Wirobond(38.40(${\pm}9.66$)MPa), 베릴륨이 포함되지 않은 Verabond 2V(32.77(${\pm}4.31$)MPa), Bellabond N(28.63(${\pm}6.39$)MPa), Bellabond plus(24.97(${\pm}6.13$)MPa), Argeloy N.P. Star(22.69(${\pm}3.41$)MPa) 순으로 나타났다. 비귀금속 합금들과 세라믹간의 파절양상은 모든 시편에서 금속표면에 세라믹이 일부 부착된 복합파절(mixed failure) 양상을 보였다.
치과도재용 합금으로 사용되는 합금 중 베릴륨이 함유된 비귀금속 Ni-Cr합금과 베릴륨이 함유되지 않은 비귀금속 Ni-Cr합금 그리고 베릴륨이 함유되지 않은 비귀금속 Co-Cr 합금과 세라믹간의 결합강도와 파절양상 그리고 계면특성을 분석하고자 하였다. 결합강도는 만능시험기를 이용하여 전단력시험을 통하여 전단결합력을 측정하였으며, 전단시험에 의한 파단면을 이용하여 파절양상을 관찰하였다. 그리고 합금-도재간의 계면을 관찰하였다. 전단결합강도 측정 결과, 베릴륨이 포함된 T-3가 41.13(${\pm}5.11$)MPa로 가장 높게 나타났으며, 베릴륨이 포함된 VeraBond(40.72(${\pm}5.98$)MPa), Co-Cr 합금인 Wirobond(38.40(${\pm}9.66$)MPa), 베릴륨이 포함되지 않은 Verabond 2V(32.77(${\pm}4.31$)MPa), Bellabond N(28.63(${\pm}6.39$)MPa), Bellabond plus(24.97(${\pm}6.13$)MPa), Argeloy N.P. Star(22.69(${\pm}3.41$)MPa) 순으로 나타났다. 비귀금속 합금들과 세라믹간의 파절양상은 모든 시편에서 금속표면에 세라믹이 일부 부착된 복합파절(mixed failure) 양상을 보였다.
Ni-Cr and Co-Cr alloy uncontained Be element for using as dental porcelain alloy were analyzed the mechanical properties through bonding strength and fracture test after the bonding with porcelain. The bonding strengths between alloy and ceramic were measured through the shear bond strength test. Co...
Ni-Cr and Co-Cr alloy uncontained Be element for using as dental porcelain alloy were analyzed the mechanical properties through bonding strength and fracture test after the bonding with porcelain. The bonding strengths between alloy and ceramic were measured through the shear bond strength test. Consequently, the T-3 group contained Be element that had shear strength of 41.13(${\pm}5.11$)MPa was showed the highest shear strength than the other groups. The second highest group was a verabond contained Be element that had shear strength of 40.72(${\pm}5.98$)MPa. The results of the other groups according to the shear strength were Wirobond(38.40(${\pm}9.66$)MPa) belonged to Co-Cr alloy, and Verabond 2V(32.77(${\pm}4.31$)MPa), Bellabond N(28.63(${\pm}6.39$)MPa), Bellabond plus(24.97(${\pm}6.13$)MPa), Argeloy N.P. Star(22.69(${\pm}3.41$)MPa) uncontained Be element, respectively. The morphological aspects of the fracture surface between alloys and ceramic were observed that all groups were caused mixed failure as conformation attached ceramic fragments to metallic surface by fracture process.
Ni-Cr and Co-Cr alloy uncontained Be element for using as dental porcelain alloy were analyzed the mechanical properties through bonding strength and fracture test after the bonding with porcelain. The bonding strengths between alloy and ceramic were measured through the shear bond strength test. Consequently, the T-3 group contained Be element that had shear strength of 41.13(${\pm}5.11$)MPa was showed the highest shear strength than the other groups. The second highest group was a verabond contained Be element that had shear strength of 40.72(${\pm}5.98$)MPa. The results of the other groups according to the shear strength were Wirobond(38.40(${\pm}9.66$)MPa) belonged to Co-Cr alloy, and Verabond 2V(32.77(${\pm}4.31$)MPa), Bellabond N(28.63(${\pm}6.39$)MPa), Bellabond plus(24.97(${\pm}6.13$)MPa), Argeloy N.P. Star(22.69(${\pm}3.41$)MPa) uncontained Be element, respectively. The morphological aspects of the fracture surface between alloys and ceramic were observed that all groups were caused mixed failure as conformation attached ceramic fragments to metallic surface by fracture process.
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문제 정의
그러나 국내에서 시판되고 있는 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 합금과 Co-Cr 합금과 세라믹간의 결합강도와 파절양상 그리고 계면 특성에 관한 연구가 전무한 상태이다. 이에 본 연구에서는 베릴륨이 포함된 VeraBond 합금과 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 합금인 T-3, Argeloy N.P. Star, Bellabond Plus, Bellabond N, Verabond 2V 그리고 Co-Cr계 합금인 Wirobond C 등 7종의 금속과 Vintage 세라믹 분말을 사용하여 70개의 전단결합강도 측정용 시편과 7개의 계면 특성 측정용 시편을 제작하여 베릴륨이 포함되지 않은 비귀금속 합금들과 세라믹간의 결합강도 차이와 계면 특성을 분석하고자 한다.
제안 방법
계면 관찰시편은 전단결합강도 측정시편과 같이 직경 7mm, 두께 2mm의 레진 disk와 8mm 길이의 plastic sprue를 연결된 형태로 납형을 제작한 다음 7종의 합금을 사용하여 통법으로 각 군별로 1개씩 7개의 주조체를 제작하였고, 세라믹이 결합될 면은 통법에 의해 경면 연마한 다음 직경 50㎛의 산화알루미늄을 사용하여 샌드블라스팅 한 다음 10분간 초음파 세척하는 방법으로 처리하였으며, 세라믹 부위는 시편의 전체 면에 불투명도재를 축성하여 소성하는 방법으로 제작하였다.
3㎛의 알루미나 연마재를 이용하여 단계별 경면연마를 실시하였다. 그리고 직경 50㎛의 산화알루미늄을 사용하여 샌드블라스팅을 실시 한 다음 10분간 초음파 세척하는 방법으로 처리하였으며, 세라믹은 시편의 중앙부에 직경 5mm, 높이 5mm로 축성하여 소성하는 방법으로 제작하였다.
비귀금속 합금과 세라믹간의 결합력을 관찰하기 위하여 전단강도 측정시험을 실시하였다. 전단결합강도 측정시험은 만능시험기(MTS 858 Bionix Test system, USA.
비귀금속 합금과 세라믹간의 전단결합강도와 계면특성을 관찰하기 위하여 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금인 VeraBond (VV)를 대조군으로 하고 베릴륨이 포함된 T-3와 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 합금인 Argeloy N.P. Star, Bellabond Plus, Bellabond N, VeraBond 2V 그리고 Co-Cr 합금인 Wirobond C를 실험군으로 분류하고, 전단결합강도 측정 시편과 계면 특성 관찰 시편으로 분류하여 시편을 제작하였다[표 2].
비귀금속 합금과 세라믹간의 전단력을 관찰하기 위하여 전단결합강도 시험을 실시하고 비귀금속 합금과 세라믹간의 파단면을 관찰하였다. 파절양상을 관찰하기위하여 광학현미경을 이용하여 파단면을 관찰하였다.
비귀금속 합금과 세라믹의 결합된 계면을 관찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM-S3000N, Hitachi, Japan/ Energy X-ray Spectroscopy, EDS-EMAX, Horiba Japan)을 이용하였다. 주사전자현미경의 SEM 형상을 활용하여 합금의 산화막의 두께와 합금-세라믹간의 형상을 관찰하였다.
비귀금속 합금에 세라믹을 소성 후 계면특성을 관찰한 결과는 합금의 산화막과 합금-세라믹 계면의 형상을 관찰하였다. 비귀금속 합금 시편들의 계면에 형성된 산화막의 두께는 VV시편이 1.
전단결합강도 측정시편은 직경 7mm, 두께 2mm 의 레진 disk와 8mm 길이의 plastic sprue를 연결된 형태로 납형을 제작한 다음 lost wax법으로 주형을 제작하고 7종의 합금을 진공고주파 주조법으로 각 군별로 10개씩 70개의 주조체를 제작하였고, 세라믹이 결합될 면은 600번, 800번, 1000번의 샌드페이퍼로 1차연마 후 3㎛, 1㎛, 0.3㎛의 알루미나 연마재를 이용하여 단계별 경면연마를 실시하였다. 그리고 직경 50㎛의 산화알루미늄을 사용하여 샌드블라스팅을 실시 한 다음 10분간 초음파 세척하는 방법으로 처리하였으며, 세라믹은 시편의 중앙부에 직경 5mm, 높이 5mm로 축성하여 소성하는 방법으로 제작하였다.
비귀금속 합금과 세라믹간의 결합력을 관찰하기 위하여 전단강도 측정시험을 실시하였다. 전단결합강도 측정시험은 만능시험기(MTS 858 Bionix Test system, USA.)에 전단력 측정 전용 jig를 이용하였으며, jig의 하강은 1㎜/min의 속도를 가하여 하중을 취득하였다. 측정된 하중은 단면적으로 제산하여 전단력으로 산출하였다.
비귀금속 합금과 세라믹의 결합된 계면을 관찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM-S3000N, Hitachi, Japan/ Energy X-ray Spectroscopy, EDS-EMAX, Horiba Japan)을 이용하였다. 주사전자현미경의 SEM 형상을 활용하여 합금의 산화막의 두께와 합금-세라믹간의 형상을 관찰하였다.
비귀금속 합금과 세라믹간의 전단력을 관찰하기 위하여 전단결합강도 시험을 실시하고 비귀금속 합금과 세라믹간의 파단면을 관찰하였다. 파절양상을 관찰하기위하여 광학현미경을 이용하여 파단면을 관찰하였다.
대상 데이터
비귀금속 합금과 세라믹간의 전단결합강도와 계면특성을 관찰하기 위하여 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금인 VeraBond(Aalbadent, USA)와 T-3(Ticonium, USA)와 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 합금인, Argeloy N.P. Star(The argen Co., USA), Bellabond Plus(Bego, Germany), Bellabond N(Bego, Germany), Verabond 2V(Aalbadent, USA) 그리고 Co-Cr 합금인 Wirobond C(Bego, Germany)를 사용하였다[표 1].
세라믹 분말은 Vintage(Shofu. Japan)를 사용하였다.
데이터처리
실험결과 자료는 P=0.05 유의수준으로 통계프로그램 (SPSS Inc., ver 17.0k)을 이용하여 집단간의 일원배치 분산분석 (one-way ANOVA)을 실시 후 사후검정분석 (Scheffe)을 실시하였다.
성능/효과
Co-Cr 합금인 WV시편이 베릴륨이 포함되지 않은 AV시편과 BPV시편 그리고 BNV시편 보다 결합강도가 높게 나타났으며, 통계학적으로 유의차(p<0.05)가 있는 것으로 분석되었다.
국내에서 시판되고 있는 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 합금과 Co-Cr 합금과 세라믹간의 결합강도와 파절양상 그리고 계면특성을 분석하기위해 베릴륨이 포함된 VeraBond 합금을 대조군으로 하고 베릴륨이 포함된 T-3와 베릴륨이 포함되지 않은 Ni-Cr 합금인 Argeloy N.P. Star, Bellabond Plus, Bellabond N, Verabond 2V 그리고 Co-Cr계 합금인 Wirobond C 등을 실험군으로 하여 분석하였으며, 합금과 세라믹간의 전단결합강도를 측정한 결과, 베릴륨이 포함된 TV시편이 41.13(±5.11)㎫로 가장 높게 나타났으며, 베릴륨이 포함된 VV시편(40.72(±5.98)㎫), Co-Cr 합금인 WV시편(38.40(±9.66)㎫), 베릴륨이 포함되지 않은 V2VV시편(32.77(±4.31)㎫), BNV시편(28.63(±6.39)㎫), BPV시편(24.97(±6.13)㎫), AV시편(22.69(±3.41)㎫) 순으로 나타났다.
베릴륨이 포함된 VV시편과 TV시편과 Co-Cr 합금인 WV시편 간의 전단결합강도차이는 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금인 TV 시편(41.13(±5.11)㎫)과 VV시편(40.72(±5.98)㎫)이 Co-Cr 합금인 WV 시편(38.40(±9.66)㎫) 보다 전단결합강도가 높은 것으로 나타났으나, 통계학적으로 유의차(p>0.05)가 없는 것으로 분석되었다.
비귀금속 합금과 세라믹 계면의 SEM image 관찰결과 VV시편과 TV시편의 계면은 합금과 세라믹간의 간격이 긴밀하게 결합되어있는 것을 관찰할 수 있으며, AV시편, BPV시편, BNV시편의 계면에서는 결합은 되어있으나 약 3～4㎛ 간격이 관찰되었다. 그리고 V2VV시편과 WV시편의 계면에서도 결합은 되어있으나 약 2～3㎛ 간격이 관찰되었다[그림 4].
비귀금속 합금과 세라믹간의 전단력에 의한 결합력을 측정한 결과 VV시편은 40.72(±5.98)㎫, TV시편은 41.13(±5.11)㎫, AV시편은 22.69(±3.41)㎫, BPV시편은 24.97(±6.13)㎫, BNV시편은 28.63(±6.39)㎫, V2VV시편은 32.77(±4.31)㎫, WV시편은 38.40(±9.66)㎫의 결합력을 산출할 수 있었다[그림 1].
비귀금속 합금과 세라믹간의 파절양상을 분석한 결과는 모든 시편에서 금속표면에 세라믹이 일부 부착된 복합파절(mixed failure)의 양태를 보였다[그림 2].
시편들의 결합력을 통계 분석한 결과, 베릴륨이 포함된 TV시편과 VV시편이 베릴륨이 포함되지 않은 AV시편과 BPV시편 그리고 BNV시편 보다 결합강도가 높게 나타났으며, 통계학적으로 유의차(p<0.05)가 있는 것으로 분석되었다.
후속연구
본 연구를 종합하여 분석한 결과, 도재용착용 비귀금속 합금으로 베릴륨 대신에 Mo를 첨가한 Ni-Cr 합금은 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금과 Co-Cr 합금에 비해 전단결합강도가 낮은 것으로 나타나 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금의 대체합금으로는 적절치 않으며, 세라믹과의 전단결합강도를 증가시키기 위한 합금의 조성, 열팽창계수, 산화막의 두께 등의 연구가 계속될 필요성이 있다고 생각된다. 그러나 Co-Cr 합금은 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금에 비해 전단결합강도가 낮게 나타났으나, 통계학적으로 유의차가 없는 것으로 보아 Co-Cr 합금이 베릴륨이 포함된 Ni-Cr 합금의 대체 합금으로서의 가능성을 보인 것이라 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
금속-세라믹 보철용 합금은 무엇으로 대별되는가?
금속-세라믹 보철용 합금은 귀금속 합금과 비귀금속 합금으로 대별된다.
귀금속 합금의 사용에 제한을 받고 있는 이유는?
귀금속 합금은 주조성이 우수하고 내구성과 내식성이 우수하여 널리 사용되었으나 탄성률이 낮다는 점과 가격이 비싸다는 이유로 사용이 제한받고 있다. 그 반면에 비귀금속 합금은 물리적 성질이 우수하여 금속구조물을 얇게 제작할 수 있어 심미성을 증대시킬 수 있는 장점과 가격이 저렴하여 경제적인 면에서도 유리하다는 점 때문에 널리 사용되고 있다[3-6].
비귀금속 합금에서 Ni-Cr 합금의 사용에 제한이 있는 이유는?
Co-Cr 합금은 Cr의 함량이 많아 주조 온도가 높고, 주조 후 매몰재 제거가 어렵다는 이유로 Ni-Cr 합금이 주로 사용되었다. 그러나 Ni-Cr 합금의 성분 중 주성분인 니켈은 조직자극성, 알러지, 과민반응 및 세포독성을 나타내며, 최근에는 발암성까지 제기되고 있으며[7], 베릴륨은 합금의 주조성을 향상시키고, 도재와의 결합강도를 증가시키는 역할을 하나 독성이 있다는 점 때문에 베릴륨의 사용을 금하고 있다[8]. 국내에서도 베릴륨이 첨가되지 않은 Ni-Cr 합금과 생체안정성이 우수한 Co-Cr 합금의 사용만을 허용하고 있다[9][10].
참고문헌 (18)
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