치과용 지르코니아 블록의 소결온도가 기계적 특성과 미세구조에 미치는 영향 The Effects of Sintering Temperature Influence on the Mechanical Property and Microstructure of Dental Zirconia Block원문보기
Purpose: Generally dental technicians clinically decide the sintering temperature of zirconia artificial teeth to match the color of the teeth. However, the sintering temperature influence the microstructure and mechanical strength of ceramic body. In this study, to evaluate the free choice of sinte...
Purpose: Generally dental technicians clinically decide the sintering temperature of zirconia artificial teeth to match the color of the teeth. However, the sintering temperature influence the microstructure and mechanical strength of ceramic body. In this study, to evaluate the free choice of sintering temperature which leads to color the problems in zirconia false teeth, the variation of microstructure, mechanical strength, and colortone of zirconia ceramics according to the change of sintering temperature was investigated. Methods: Bar type specimens were prepared from commercial zirconia blocks by cutting and polishing into $0.8cm(L){\times}1.0cm(W){\times}4.8cm(H)$. Specimens were fired from 1,400 to $1,700^{\circ}C$ at $50^{\circ}C$ intervals and held for 1hour at highest temperature. Apparent porosity, water absorption, firing shrinkage, bulk density, bend strength, whiteness were tested. Microstructures were observed by SEM. Results: When fired above $1450^{\circ}C$, all specimens showed 0% apparent porosity and water absorption, 20% firing shrinkage, and $6.1g/cm^3$ bulk density regardless of firing temperatures. SEM photomicrographs showed grain growth of zirconia occurred above $1,600^{\circ}C$. Whiteness was also largely changed above this temperature. Maximum bend strength of 1,05MPa was obtained at $1,550^{\circ}C$. Bend strength lowered slightly above this temperature and showed $950{\ss}\acute{A}$ at $1,700^{\circ}C$. Conclusion: In order to fit the colortone of zirconia artificial teeth, arbitrary choice of firing temperature higher than $1,500^{\circ}C$, up to $1,700^{\circ}C$ did not influence the mechanical strength.
Purpose: Generally dental technicians clinically decide the sintering temperature of zirconia artificial teeth to match the color of the teeth. However, the sintering temperature influence the microstructure and mechanical strength of ceramic body. In this study, to evaluate the free choice of sintering temperature which leads to color the problems in zirconia false teeth, the variation of microstructure, mechanical strength, and colortone of zirconia ceramics according to the change of sintering temperature was investigated. Methods: Bar type specimens were prepared from commercial zirconia blocks by cutting and polishing into $0.8cm(L){\times}1.0cm(W){\times}4.8cm(H)$. Specimens were fired from 1,400 to $1,700^{\circ}C$ at $50^{\circ}C$ intervals and held for 1hour at highest temperature. Apparent porosity, water absorption, firing shrinkage, bulk density, bend strength, whiteness were tested. Microstructures were observed by SEM. Results: When fired above $1450^{\circ}C$, all specimens showed 0% apparent porosity and water absorption, 20% firing shrinkage, and $6.1g/cm^3$ bulk density regardless of firing temperatures. SEM photomicrographs showed grain growth of zirconia occurred above $1,600^{\circ}C$. Whiteness was also largely changed above this temperature. Maximum bend strength of 1,05MPa was obtained at $1,550^{\circ}C$. Bend strength lowered slightly above this temperature and showed $950{\ss}\acute{A}$ at $1,700^{\circ}C$. Conclusion: In order to fit the colortone of zirconia artificial teeth, arbitrary choice of firing temperature higher than $1,500^{\circ}C$, up to $1,700^{\circ}C$ did not influence the mechanical strength.
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문제 정의
본 연구에서는 소성온도에 따른 미세구조의 변화, 꺾임강도의 변화, 백색도의변화를 조사하여 실제 임상에서 최적온도보다 높은 온도에서 소결하는데 따른 문제가 없는지를 알아보았다. 본 연구를 통해 지르코니아 블록의 온도에 따른 물성의 변화를 조사하여 치과기공사의 효율적인 임상 지침을 제시하고자 하였다.
일반적으로 이트리아 안정화 지르코니아의 적절한 소결온도는 분체에 따라 다르나 1,500℃~1,600℃ 이며, 그 이상의 온도에서는 비정상 입자성장으로 인한 정방정에서 단사정으로의 상변태를 유발시키고, 상변태에 따른 미세균열은 소결밀도를 감소시킨다고 알려져 있다(박홍채 et al, 1993). 본 연구에서는 소성온도에 따른 미세구조의 변화, 꺾임강도의 변화, 백색도의변화를 조사하여 실제 임상에서 최적온도보다 높은 온도에서 소결하는데 따른 문제가 없는지를 알아보았다. 본 연구를 통해 지르코니아 블록의 온도에 따른 물성의 변화를 조사하여 치과기공사의 효율적인 임상 지침을 제시하고자 하였다.
제안 방법
KSL 3110 규격에 따라 지르코니아 시편 블록 10개씩을 SiC 연마지(#100, 400, 800, 1200, 1400, 2000)로 순차적으로 연마한 다음 Fig.4의 UTM(Universal Testing Mechine, England, LLOYD Instrument, LR30K)을 사용하여, 3-point bending test로 측정한 파절 하중 값으로 다음의 공식을 이용하여 꺾임강도를 산출하였다.
소결된 시편의 건조무게(W1)를 잰 후, 물에서 3시간 동안 끓인 후 실온까지 냉각하고 가는 철사에 매달아 현수무게(W2)를 측정하였다.
시편을 연마한 다음 소성온도보다 50℃ 낮은 온도에서 15분간 열처리하였다.
열처리한 시편을 120초 동안 Gold 코팅하고 주사전자현미경(JSM-6700F, Joel, Japan)을 사용하여 미세구조를 관찰하였다.
대상 데이터
[Fig. 2]와 같은 원판형 지르코니아 블록 (ICE Zirkon Ceramic, High Dental Korea, Korea)을 사용하였다. 지르코니아 블록을 다이아몬드 커팅휠(MTI Cooperation, USA)을 사용하여 절단한 다음 0.
8㎝(H) 크기로 가공하여 시편으로 사용하였다. 시편은 소성온도별로 10개씩 만들었다.
이론/모형
지르코니아 시편의 흡수율, 기공률, 비중을 KSL 3114, 선수축률을 KSL 4004 규격에 따라 측정하였다.
성능/효과
1,450℃~1,700℃에서는 흡수율, 기공률은 0%였고, 수축률은 20%로 일정한 값을 나타내었다.
1. 1450℃~1700℃에서는 흡수율과 기공률은 0%, 수축률은 20%, 비중은 6.10g/㎤로 일정한 값을 나타내었고, 소성온도에 따른 흡수율, 기공율, 수축률, 비중의 차이는 없었다.
2. 기공률, 흡수율, 비중 측정 결과와 미세구조를 관찰한 결과를 볼 때 1450℃ 이상에서 완전 치밀화가 일어남을 알 수 있었다.
3. 미세구조를 관찰한 결과 1600℃ 이상에서 지르코니아의 비정상 입자성장이 활발하게 일어난 것을 볼 수 있었다.
4. 백색도 측정 결과 1450℃~1550℃에서는 약 80, 1600℃~1700℃에서는 약 65를 나타내었으며, 이는 미세구조와 관련된 것으로 판단된다.
5. 1550℃에서 가장 높은 꺾임강도 1050㎫을 나타내었고, 1700℃에서는 950㎫로 약간 낮은 값을 나타내었지만, 색조의 선택을 위하여 1700℃의 온도에서 소성 하여도 강도의 저하는 크지 않았으며, 임상에서 사용하여도 강도로 인한 문제는 없을 것으로 판단된다.
각 온도별로 소성한 시편의 백색도는 1,450℃~1,550℃에서는 약 80을 나타났으며, 1,600℃~1,700℃에서는 약65를 나타내었으며 1,550℃를 경계로 백색도의 변화가 크게 나타남을 알 수 있었다.
10g/㎤로 로 일정한 값을 나타내었고 소성 온도에 따른 흡수율, 기공율, 수축률, 비중의 차이는 없었다. 이러한 결과는 1,450℃이상에서 소성하면 일정한 치수를 유지하고 있는 것으로 판단되며, 소성온도에 따른 치수제어에는 문제가 없다는 것을 알 수 있었다.
지르코니아 블록 시편의 흡수율, 기공률, 선수축률, 비중을 측정한 결과 1,450℃~1,700℃에서는 흡수율, 기공률은 0%였고, 수축률은 20%, 비중은 6.10g/㎤로 로 일정한 값을 나타내었고 소성 온도에 따른 흡수율, 기공율, 수축률, 비중의 차이는 없었다. 이러한 결과는 1,450℃이상에서 소성하면 일정한 치수를 유지하고 있는 것으로 판단되며, 소성온도에 따른 치수제어에는 문제가 없다는 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지르코니아는 무엇인가?
지르코니아는 산화 지르코니움(Zirconium oxide, ZrO2)의 총칭으로 화학적 안정성, 체적 안정성을 보이며 다상(polymorphic)구조로 상전이 시에 발생하는 체적팽창이 균열의 진행을 억제하는 상전이 강화(transformation toughening)에 의한 높은 강도와 인성을 가지고 있으며, 기존의 상업용의 도재에 비해 매우 높은 굴곡강도 및 파괴인성(fracture toughness)을 지닌다(Piconi, 1999). 지르코니아 세라믹은 이러한 우수한 물리적 성질 때문에 통상적인 도재 수복물 제작 방법으로는 주조나 축성 가공이 어려워서 주로 CNC 선반을 이용한 CAD/CAM 작업을 하여 기계적인 절삭가공을 통해 수복물의 형태로 제작되고 세라믹 포스트, 단일관 및 브릿지, 임플란트 지대치, 교정용 브라켓(Lythardt R et al, 2002)등으로 그 활용 범위가 점점 확대되어 가고 있다.
지르코니아의 장점은 무엇인가?
현재 치과분야에서는 높은 심미성을 가진 보철물에 대한 요구가 증가하고 있으며 이에 지르코니아는 높은 파절강도, 높은 인장력, 마모저항성, 화학적으로 안정한 불활성, 높은 생체적합성 등의 보철재료로서 장점을 가지고 있으며 현재 치과 분야에서 오랜 기간 동안 보철재료로 사용되어온 금 합금을 대체할 수 있는 재료로 각광을 받고 있다(노재경, 2007).
지르코니아의 인공치아를 최적 소성온도보다 높은 온도로 소결할 때 발생하는 문제는 무엇인가?
현재 치과기공 임상에서는 연령대에 따른 치아 색조를 재현하기 위하여 최적 소성온도보다 높은 온도에서 인공치아를 소결하고 있다. 일반적으로 이트리아 안정화 지르코니아의 적절한 소결온도는 분체에 따라 다르나 1,500℃~1,600℃ 이며, 그 이상의 온도에서는 비정상 입자성장으로 인한 정방정에서 단사정으로의 상변태를 유발시키고, 상변태에 따른 미세균열은 소결밀도를 감소시킨다고 알려져 있다(박홍채 et al, 1993). 본 연구에서는 소성온도에 따른 미세구조의 변화, 꺾임강도의 변화, 백색도의변화를 조사하여 실제 임상에서 최적온도보다 높은 온도에서 소결하는데 따른 문제가 없는지를 알아보았다.
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