[논문]냉각속도가 지르코니아-도재 수복물의 전장도재 내 잔류응력에 미치는 효과에 관한 문헌고찰

장재승; 김선재

doi:10.4047/jkap.2014.52.2.136

냉각속도가 지르코니아-도재 수복물의 전장도재 내 잔류응력에 미치는 효과에 관한 문헌고찰
The effet of cooling rate on the residual stresses in the veneer ceramics of zirconia-ceramic restorations: a literature review 원문보기

대한치과보철학회지 = The journal of Korean academy of prosthodontics, v.52 no.2, 2014년, pp.136 - 142

장재승 (연세대학교 용인세브란스병원 치과) , 김선재 (연세대학교 강남세브란스 치과병원 치과보철과)

초록
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최근 많이 이용되고 있는 지르코니아-도재 수복물은 그 적용범위가 점차로 증가하고 있다. 임상연구결과에서 지르코니아 코어는 매우 높은 성공율을 보이고 있으나 코어 위에 축성되는 전장도재는 기존에 이용되어온 금속-도재 수복물에 비해 높은 파절빈도를 나타내고 있다. 이러한 파절의 원인으로 여러가지 요소가 거론되고 있으나 아직 명확하게 설명하고 있지는 못하다. 최근 전장도재 축성 후 냉각과정에서 잔존하는 잔류응력이 전장도재의 파절에 영향을 미칠 수 있다는 연구결과가 속속 발표되고 있다. 본 고찰에서는 잔류응력이 무엇이며 도재 축성 후 냉각과정에서 어떤 기전을 통해 전장도재 내에 잔류응력이 발생하는지, 또한 기존의 금속-도재 수복물에서 발생하는 잔류응력과는 어떤 차이가 있는지 문헌고찰을 통해 살펴보고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

Nowadays, dental zirconia is widely used as a framework material for a fixed dental prosthesis as well as a single restoration. However, clinical studies have reported high incidence of veneer chipping of zirconia-ceramic restorations compared to that of metal-ceramics. Several factors were raised as the possible causes of veneer ceramic chipping, however, it is still in debate. Recently, residual stresses in the veneer ceramics after cooling process gathers attention as one possible cause of chipping and many studies reported that the rate of cooling significantly influenced the types and the amount of residual stress. The purpose of current review was to briefly describe the effect of cooling rate on the residual stress in zirconia-ceramics. It was also described that the different behavior of residual stress between zirconia-ceramics and metal-ceramics following different cooling rate.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

최근에는 전장도재 축성 후 냉각속도가 잔류응력에 영향을 미치는 중요한 요소임을 뒷받침하는 여러 실험논문들이 발표되고있다.^18-20 본 고찰의 목적은 지르코니아-도재 수복물에서 도재 chipping의 원인 중 하나로 알려진 전장도재 내 잔류응력이란 무엇이며, 냉각속도가 잔류응력의 종류와 크기에 영향을 미치는 다양한 요소들이 무엇인지 알아보는 것이다.
지르코니아-도재 수복물에서 금속-도재 수복물과 비교하여 높은 빈도로 보고되고 있는 전장도재 cohesive failure (chipping)의 원인 요소들 중 최근 많은 연구가 진행되고 있는 냉각속도 차이에 따른 도재 내 잔류응력의 양상에 대해 간단히 살펴보았다. 지르코니아는 열확산도가 매우 낮기 때문에 합금이나 알루미나 코어를 이용한 수복물에서 도재축성 후 전통적으로 사용된 급속냉각법이 전장도재 내에 인장응력을 증가시켜 파절의 진행에 유리한 양상으로 잔류응력이 형성된다는 것을 실험적으로 확인하였다.

제안 방법

Ts보다 높은 온도에서의 전장도재의 열팽창계수(αL)와 유리전 이온도보다 낮은 온도에서의 열팽창계수(αS)의 차이(Δα= αL -αS)를 다양하게 설정하여 전장도재 내 발생하는 잔류응력의 양과 방향을 비교하였다.
지르코니아는 열확산도가 매우 낮기 때문에 합금이나 알루미나 코어를 이용한 수복물에서 도재축성 후 전통적으로 사용된 급속냉각법이 전장도재 내에 인장응력을 증가시켜 파절의 진행에 유리한 양상으로 잔류응력이 형성된다는 것을 실험적으로 확인하였다. 유리전이온도보다 낮은 온도에서는 지르코니아와 전장도재 간 열팽창계수가 positive mismatch의 관계라고 할지라도 유리전이온도보다 높은 온도에서는 negative mismatch가 형성되는 점 또한 파절의 진행을 억제하지 못하는 방향으로 잔류응력을 형성하였다. 향후 전장도재의 chipping을 유발한다고 보고된 다른 요인들과 도재내의 잔류응력의 상호 작용에 대한 연구가 추가로 필요하다고 여겨진다.

성능/효과

0×10^-6 라고 보고된 바 있다.²² 즉 코어가 지르코니아인 경우에는 귀금속합금인 경우에 비해 코어를 통해 전장도재가 냉각되는 속도가 현저히 떨어지게 되어 전장도재의 표면과 내부사이 온도차가 더욱 커지는 효과가 나타나 열응력은 증가하여 결과적으로 잔류응력의 정도와 양상이 바뀌는 것이다.²² 반면에 서냉을 하는 경우에는 지르코니아 코어를 통해 전장도재가 천천히 냉각되는 것이 마찬가지이나 외기에 노출된 전장도재 표면의 온도 역시 서서히 감소하므로 열응력이 감소하여 결과적으로 단일성분 도재의 강화기전과 유사한 잔류응력의 양상이 나타나는 것이라 할 수 있다.
급속냉각 시, 열팽창계수 차이가 작은 경우와 큰 경우가 전혀 다른 응력양상을 초래하였는데, 열팽창계수 차이가 작은 조건에서는 negative mismatch인 경우도 positive mismatch인 경우와 마찬가지로 전장도재 표면에는 압축 응력이, 도재 내부에는 약한 인장응력이 형성되어 외부 결함의 진행에 저항하는 잔류응력이 형성이 되었다. 그러나 열팽창계수 간 차이가 큰 negative mismatch 조건에서는, 전장도재의 표면에 인장응력이 형성되어 교합면에서 기시하는 결함의 진행을 촉진하는 것을 확인하였다. 이와 달리 서냉 조건에서는 온도가 유리전이온도보다 높은 경우에는 도재는 점성 또는 점탄성 상으로 존재하므로 이론적으로는 냉각과정에서 발생하는 응력은 모두 상쇄되므로, 도재가 액체상 열팽창계수와 고체상 열팽창계수의 차이에 의한 negative mismatch는 발생하지 않으며, 도재 내 발생하는 잔류응력은 유리전이온도보다 낮은 온도에서 코어와 전장도재의 열팽창계수 차이에 의한 영향을 주로 받게된다.
3 mm의 해부학적 형태의 코어두께를 갖는 경우로 분류하여 모형을 제작하였다. 전장도재 소성 후 냉각과정에서 전장도재와 지르코니아 코어의 온도를 수복물의 다양한 부위에서 측정한 결과, 수복물의 내측과 외측 표면 간 온도차이는 지르코니아가 더 두꺼운 해부학적 형태의 코어를 가지는 모형에서 더 크다는 것을 확인하 였다. 또한 천천히 냉각을 한 경우, 급속도로 냉각을 한 경우보다 수복물 내측과 외측 표면 간 온도차이는 작다고 하였다.
지르코니아-도재 수복물에서 금속-도재 수복물과 비교하여 높은 빈도로 보고되고 있는 전장도재 cohesive failure (chipping)의 원인 요소들 중 최근 많은 연구가 진행되고 있는 냉각속도 차이에 따른 도재 내 잔류응력의 양상에 대해 간단히 살펴보았다. 지르코니아는 열확산도가 매우 낮기 때문에 합금이나 알루미나 코어를 이용한 수복물에서 도재축성 후 전통적으로 사용된 급속냉각법이 전장도재 내에 인장응력을 증가시켜 파절의 진행에 유리한 양상으로 잔류응력이 형성된다는 것을 실험적으로 확인하였다. 유리전이온도보다 낮은 온도에서는 지르코니아와 전장도재 간 열팽창계수가 positive mismatch의 관계라고 할지라도 유리전이온도보다 높은 온도에서는 negative mismatch가 형성되는 점 또한 파절의 진행을 억제하지 못하는 방향으로 잔류응력을 형성하였다.

후속연구

유리전이온도보다 낮은 온도에서는 지르코니아와 전장도재 간 열팽창계수가 positive mismatch의 관계라고 할지라도 유리전이온도보다 높은 온도에서는 negative mismatch가 형성되는 점 또한 파절의 진행을 억제하지 못하는 방향으로 잔류응력을 형성하였다. 향후 전장도재의 chipping을 유발한다고 보고된 다른 요인들과 도재내의 잔류응력의 상호 작용에 대한 연구가 추가로 필요하다고 여겨진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	금속도재관에 비한 완전도재관의 특징은 무엇인가?	보다 자연스럽고 아름다운 수복물에 대한 환자 및 치과의사의 요구도가 크게 증가하면서, 금속을 포함하지 않는 완전도 재관이 단일 치아는 물론 고정성국소의치에까지 적용되고 있다.1,2 금속-도재관과 비교해 완전도재관은 재료 자체의 투명도가 높아 보다 자연치아와 유사한 색조를 재현할 수 있다는 큰 장점을 가지고 있으나, 금속 코어보다 낮은 물리적 특성으로 인해 그 적용범위에 있어 특별한 고려가 필요하다.
	치과용 세라믹을 세라믹 구성성분의 특징에 따라 분류하면 어떤 것들로 구분되는가?	치과용 세라믹의 분류법은 그 기준에 따라 여러 가지가 있을수 있으나 한가지 쉬운 분류법은 세라믹 구성성분의 특징에 따라 (1) predominantly glass materials, (2) particle filled glasses, (3) poly-crystalline ceramic으로 구분하는 것이며,3 이 중 polycrystalline ceramic은 치과용 캐드캠(computer aided design / computer aided manufacturing; CAD/CAM)의 발달과 함께 그 사용이 크게 증가하고 있는 추세이다.1 최근 가장 많이 이용되는 yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (Y-TZP)는, 전치부 뿐 아니라 구치부 고정성국소의치의 코어재료로 3년 이상의 임상연구에서도 높은 생존율을 보이고 있다.
	금속-도재 수복물에 비해 지르코니아-도재 수복물에서 전장도재의 파절이 높게 나타나는 이유로 밝혀지는 것은 무엇인가?	금속-도재 수복물과 비교하여 지르코니아-도재 수복물에서 전장도재의 파절이 높게 나타나는 원인을 규명하기 위해서 많은 실험연구가 진행되었다. 현재까지는 교합조정 후 잔존하는 표면의 결함,12 지르코니아 코어와 전장도재 간 약한 결합강도,13,14 지르코니아 코어와 전장도재 간 부적절한 열팽창 계수 차이에서 기인하는 전장도재 내 잔류응력,15 전장도재를 적절하게 지지하지 못하는 형태의 코어구조16,17 등이 원인이라고 알려져 있다. 최근에는 전장도재 축성 후 냉각속도가 잔류응력에 영향을 미치는 중요한 요소임을 뒷받침하는 여러 실험논문들이 발표되고있다.

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