[논문]도재용착용 Ni-Cr계 합금의 이트륨 첨가물이 도재전단결합강도에 미치는 영향

우제승; 노세라; 노형록; 임청하; 이정환

doi:10.14347/kadt.2019.41.2.71

도재용착용 Ni-Cr계 합금의 이트륨 첨가물이 도재전단결합강도에 미치는 영향
Effect of yttrium additives on the shear bond strength of porcelain fused to Ni-Cr alloy for porcelain fused metal crown 원문보기

대한치과기공학회지 = The Journal of Korean Academy of Dental Technology, v.41 no.2, 2019년, pp.71 - 80

우제승 (광주보건대학교 치기공과) , 노세라 ((주)휴덴스) , 노형록 (광주보건대학교 치기공과) , 임청하 (광주보건대학교 치기공과) , 이정환 (광주보건대학교 치기공과)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: In this study, to evaluate the effect of oxide changes on the shear bond strength according to the composition of Ni-Cr alloys for porcelain fused matal crown, T-4 alloys, Zeroy alloys and Zeroy-X alloys were selected. Methods: 20 specimens were fabricated using selected Ni-Cr alloys and porcelain powders. A Ni-Cr alloy having a diameter of 5 mm and a height of 25 mm was produced and the metal surface was polished. Porcelain powder was fired on the polished metal surface to a diameter of 5 mm and a height of 3 mm. The experiment group consisted of three groups, T-4(TNA), Zeroy(ZNA) and Zeroy-X(ZXA). The fabricated specimens were mounted on a jig of a universal testing machine(UTM) and fracture strength was measured by applying a shear force at a UTM crosshead speed of 0.5 mm/min. The fracture strength was calculated as the bond strength between the porcelain and the alloy. The surface of the fractured alloy was analyzed by X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM), and the components of the oxide were measured by energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX) line profile method. Results: In SEM, XRD and EDX analysis, yttrium tended to increase the mechanical and chemical bonding forces. The shear bond strength of ZXA group containing yttrium showed the highest value at 27.53 MPa. Conclusion: Based on the results of this study, it is considered that the yttrium-added Ni-Cr alloy is clinically acceptable in porcelain shear bond strength.

주제어

표/그림 (14)

표 Table 1. Composition of the experimental groups
표 Table 2. Approximate composition(wt%) of alloy used in this study
그림 Figure 1. Schematic diagram of specimen
그림 Figure 2. Schematic diagram of shear bond strength test set-up on UTM
표 Table 3. Firing schedule of porcelain used in this study
$Figure 3. X-ray diffraction patterns of specimen : TNA$ 그림 Figure 3. X-ray diffraction patterns of specimen : TNA
$Figure 4. X-ray diffraction patterns of specimen : ZNA$ 그림 Figure 4. X-ray diffraction patterns of specimen : ZNA
$Figure 5. X-ray diffraction patterns of specimen : ZXA$ 그림 Figure 5. X-ray diffraction patterns of specimen : ZXA
그림 Figure 6. SEM images of specimen surface after shear bond strength test
표 Table 4. Failure aspect in each group(n=20)
그림 Figure 7. Shear bond strength between porcelain and Ni-Cr alloys
표 Table 5. EDS analysis(wt%)
표 Table 6. Shear bond strength between porcelain and Ni-Cr alloys(MPa)
표 Table 7. Result of one-way ANOVA of shear bond strengths

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 실험재료로서 베릴륨을 함유하지 않는 Ni-Cr계 합금 중 T-4(Ticonium, NY, USA)와 Zeroy(Alphadent, Gyeonggido, Korea), 그리고 Zeroy 합금에 이트륨(Y)을 추가하여 조성한 ZeroyX(Ni-Cr-xY)를 선택한 다음, Ni-Cr계 합금의 금속도재간 결합관계를 금속산화막의 산화물 변화량 분석과 전단결합강도 실험 등을 통해 연구함으로써 도재용착주조관용 Ni-Cr계 합금 개발의 기초자료를 제시하기 위하여 Ni-Cr계 합금의 성분에 따른 산화물의 변화가 도재용착주조관의 전장도재와 하부 금속구조물간 전단결합강도에 미치는 영향을 조사하였다.

가설 설정

Ni-Cr 합금 3종의 전단결합강도 실험 후 표면산화물 성분과 파단면을 관찰하였다. 도재 소성과정에서 발생하는 Ni-Cr 합금 표면 산화물은 결합력에 많은 영향을 미친다. 일반적으로 Ni-Cr계 합금의 금속계면이 금속산화물은 NiO, Cr₂O 및 NiCr₂O₄가 형성되며, 이 금속산화물은 Ni-Cr계 합금의 조성 및 도재의 소성 등에 의한 외부에서 가해지는 열적 영향에 의하여 금속산화물의 성분 및 질이 결정된다.

제안 방법

Ni-Cr 합금 3종의 전단결합강도 실험 후 표면산화물 성분과 파단면을 관찰하였다. 도재 소성과정에서 발생하는 Ni-Cr 합금 표면 산화물은 결합력에 많은 영향을 미친다.
결합된 도재가 파절된 Ni-Cr 합금 표면을 XRD로 분석하여 각 실험군의 표면 산화물을 관찰하였다. TNA군의 XRD 분석결과는 Al-Cr-Ni, Cr-Ni-Si 그리고 Mo-Ni 관찰되었고 Al-Cr-Ni이 44°에서 관찰되었다(Fig.
도재용착용 Ni-Cr 합금의 성분에 따른 비귀금속 합금과 도재간의 전단결합강도 차이를 알기 위해 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금과 이트륨이 포함되지 않고 성분과 제조사가 다른 2가지의 Ni-Cr 합금 위에 도재 분말을 소성하여 20개의 시편을 제작한 다음, 합금 표면에서의 미세구조, 결정상과 금속 산화물 성분을 분석하여 이트륨이 비귀금속 합금과 도재와의 전단결합강도에 미치는 영향을 조사하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구에서는 도재용착용 Ni-Cr 합금 성분에 따른 비귀금속 합금과 도재간의 전단결합강도 차이를 알기 위해 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금과 이트륨이 포함되지 않고 성분과 제조사가 다른 2가지의 Ni-Cr 합금 위에 불투명 도재와 상아질 도재를 축성하고 소성하여 각 실험군당 20개의 시편을 제작한 다음 금속과 도재와의 전단결합강도를 측정하였고, 강도 실험 후 파단면을 관찰함으로서 미세구조, 결정상과 금속 산화물 성분을 분석하였다.
실험 시편은 X-선 회절기(Empyrean Alpha 1, Malvern Panalytical, Malvern, UK)를 이용하여 열처리 후 합금의 표면을 2θ 범위에서 X-선 회절분석 하였고, 전단결합강도 실험 후 파단면은 EDS(energy dispersive X-ray spectroscopy, Horiba, Kyoto, Japan)가 장착되어 있는 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM ; S-4700, HITACHI, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다.
전단결합강도를 측정하기 위하여 만능시험기(UTM ; RB 302 ML Universal Testing Machine, R&B Co. Ltd., Daejeon, Korea) 지그에 시편을 장착하고 crosshead 속도 0.5 ㎜/min으로 파절하중을 측정하였으며(Fig. 2), 파절강도는 파절하중을 단위면적으로 나누어 평가하였다.

대상 데이터

금속 재료는 국내에서 도재용착주조관에 사용되는 치과용 Ni-Cr계 합금 2종과 실험 합금인 Ni-Cr-xY을 설계하여 시편을 제작하였고(Table 1), 각 금속 재료의 구성 성분은 Table 2와 같고 비니어용 전장도재는 CeraMax(Alphadent, Gyeonggido, Korea)를 사용하였다.
358, NTIKahla GmbH, Kahla, Germany)로 연마한 다음 제조사의 지시에 따라 2차 소성을 실시하였다. 전단결합강도 실험군은 T-4(TNA), Zeroy(ZNA)와 Zeroy-X(ZXA) 등 3개의 실험군으로 하였으며, 각 실험군은 20개의 시편으로 구성하였다.

데이터처리

, IL, USA)을 이용하였다. 측정된 결과는 일원배치분산분석(Oneway ANOVA analysis)을 시행하였고, 분산분석에 의해 통계적 유의성을 검증한 다음 각 실험군 사이의 차이를 비교하기 위하여 Tukey HSD 방법을 통하여 사후검정을 실시하였다.

성능/효과

1. 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금 표면을 SEM으로 분석한 결과는 금속과 도재간의 기계적인 결합력이 가장 높게 생길 수 있는 다공성의 구조였다.
2. XRD와 EDX 분석에서 이트륨은 산화물 생성에 영향을 미쳐 화학적인 결합력을 증가시키는 경향을 보였다.
3. 이트륨이 포함된 ZXA군의 전단결합강도가 가장 높게 나타났으며 통계학적으로 유의한 차이를 보였다 (p<0.05).
결론적으로, 이트륨이 포함된 도재용착주조관용 NiCr 합금은 도재와의 전단결합강도가 기존의 Ni-Cr 합금에 비해서 많은 개선이 되었기 때문에, 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금은 도재전단결합강도 부분에서 임상적으로 허용 가능하다고 생각된다.
본 연구 결과에서 이트륨이 포함된 도재용착주조관용 Ni-Cr 합금은 도재와의 전단결합강도 부분에서 기존의 Ni-Cr 합금에 비하여 많은 개선이 있었음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 연구 결과로서 이트륨이 포함된 도재용착주조관용 Ni-Cr 합금은 도재와의 전단결합강도가 기존의 Ni-Cr 합금에 비해서 많은 개선이 되었기 때문에, 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금은 도재전단결합강도 부분에서 임상적으로 허용 가능하다고 생각된다. 앞으로의 연구에서는 동일한 성분의 Ni-Cr 합금에서 표면처리 방법, 도재소성 방법 등을 다르게 하여 전단결합강도의 변화를 측정할 필요가 있으며, 다양한 원소 성분을 Ni-Cr계 합금의 조성에 사용하여 성분별 조성 차이에 따른 전단결합강도에 관한 연구와 기계적 성질과 주조성 증가에 관한 연구도 계속되어야 한다고 생각된다
본 연구 결과에서 이트륨이 포함된 도재용착주조관용 Ni-Cr 합금은 도재와의 전단결합강도 부분에서 기존의 Ni-Cr 합금에 비하여 많은 개선이 있었음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 연구 결과로서 이트륨이 포함된 도재용착주조관용 Ni-Cr 합금은 도재와의 전단결합강도가 기존의 Ni-Cr 합금에 비해서 많은 개선이 되었기 때문에, 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금은 도재전단결합강도 부분에서 임상적으로 허용 가능하다고 생각된다.
SEM/EDS 분석 결과로 TNA군과 ZNA군에서 칼륨금속산화물이 관찰되었고, 규소와 알루미늄도 많이 관찰되었다. 특히, 금속-도재간 전단결합강도가 가장 높게 측정된 ZXA군에서는 다른 군에서는 관찰되지 않은 이트륨이 관찰되었으며, 전단결합강도 실험 후 파단면의 양상도 ZXA군에서 cohesive failure 양상이 많이 관찰되었다. 파절 양상은 항상 결합강도 결과와 일치하지 않을지라도 낮은 결합강도를 보이는 TNA군과 ZNA군에서는 adhesive failure와 cohesive failure가 혼재된 mixed failure이 많이 나타났고 높은 결합강도를 나타내는 ZXA군에서는 cohesive failure 양상이 많이 관찰되어 ZXA군에만 포함되어 있는 이트륨이 금속과 도재간의 전단결합강도를 높이는데 영향을 미친 것으로 생각된다.
특히, 금속-도재간 전단결합강도가 가장 높게 측정된 ZXA군에서는 다른 군에서는 관찰되지 않은 이트륨이 관찰되었으며, 전단결합강도 실험 후 파단면의 양상도 ZXA군에서 cohesive failure 양상이 많이 관찰되었다. 파절 양상은 항상 결합강도 결과와 일치하지 않을지라도 낮은 결합강도를 보이는 TNA군과 ZNA군에서는 adhesive failure와 cohesive failure가 혼재된 mixed failure이 많이 나타났고 높은 결합강도를 나타내는 ZXA군에서는 cohesive failure 양상이 많이 관찰되어 ZXA군에만 포함되어 있는 이트륨이 금속과 도재간의 전단결합강도를 높이는데 영향을 미친 것으로 생각된다.

후속연구

따라서, 본 연구 결과로서 이트륨이 포함된 도재용착주조관용 Ni-Cr 합금은 도재와의 전단결합강도가 기존의 Ni-Cr 합금에 비해서 많은 개선이 되었기 때문에, 이트륨이 포함된 Ni-Cr 합금은 도재전단결합강도 부분에서 임상적으로 허용 가능하다고 생각된다. 앞으로의 연구에서는 동일한 성분의 Ni-Cr 합금에서 표면처리 방법, 도재소성 방법 등을 다르게 하여 전단결합강도의 변화를 측정할 필요가 있으며, 다양한 원소 성분을 Ni-Cr계 합금의 조성에 사용하여 성분별 조성 차이에 따른 전단결합강도에 관한 연구와 기계적 성질과 주조성 증가에 관한 연구도 계속되어야 한다고 생각된다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	금속과 도재의 결합의 종류에는 어떤 것이 있나요?	성공적인 도재용착주조관을 완성하기 위해서는 금속과 도재의 결합이 매우 중요하다. 금속과 도재간의 결합은 일반적으로 합금 표면 요철에 의한 기계적 결합,도재와 금속의 열팽창계수 차이에 의한 열수축력에 의한 결합, 도재와 금속계면의 금속산화물에 의한 화학적결합, 그리고 분자간 인력(Van der Waals force)에 의한 결합이 알려져 있다(정인성 등, 2000). 금속-도재간의 화학적 결합은 금속계면의 금속산화물을 이용한 결합 관계이다.
	금속도재관의 하부코어로 사용되는 비귀금속 합금의 종류에는 어떤 것이 있나요?	도재용착주조관에서 금속도재관의 하부코어로 사용되는 비귀금속 합금은 주된 금속에 따라 크게 Ni-Cr계 합금, Co-Cr계합금, 티타늄(Ti) 합금으로 나누어진다. 국소의치의 금속상 재료로 사용되는 Co-Cr계합금은 고정성 보철물의 소재로는 흔히 사용되지 않았으나 Ni-Cr계 합금에 비해 알레르기 반응이 적고 부식저항성이 높아 근래에 들어 도재용착주조관에 적용이 되고 있다.
	치과 보철치료에서 전부도재관의 사용이 증가하고 있는 이유는?	치과 보철치료에 있어서 심미성을 중요시하는 환자들의 요구가 많아짐으로 자연치아의 색상 재현에 유리한치과용 강화 도재관과 지르코니아 도재관 등 전부도재관의 사용이 증가하고 있다. 심미성을 높일 수 있는 전부도재 수복 시스템은 1980년 후반부터 소개되기 시작하였으나 낮은 파절 강도로 인해 임상에서의 사용이 어렵기 때문에 하부코어의 투명도가 낮은 In-Ceram 제작방식은 사용이 제한적이며, 근래에는 leucite 분산도재를 열가압하여 수복물을 제작하는 IPS Empresssystem과 lithum disilicate glass ceramic을 사용하는 IPS Empress system Ⅱ가 사용되고 있지만 구치부에서 치아 상실이 긴 곳에서는 파절의 가능성이 남아있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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