[최신 치의기공임상학술논문] 치과용 도재 소성 횟수나 위치가 2축 굴곡강도에 미치는 영향 : 예비연구 Effect of number and position of porcelain specimens in the furnace on biaxial flexural strength : Pilot test
부산가톨릭대학교 보건과학대학 치기공학과
Department of Dental Laboratory Science, College of Health Science, Catholic University of Pusan
Jae-Hong Kim, Se-Yeon Kim, Doo-Hyeon Hwang
김재홍, 김세연, 황두현
* 교신저자(Corresponding author) : 김재홍(kjhong@cup.ac.kr)
<서론>
일반적으로 한 개의 치과도재 수복물(dental porcelain restoration)를 제작할 때, 다양한 도재분말을 적층하기에 색조혼합을 방지하며 소성수축으로 인한 형태를 파악하고자 여러 번 반복소성하게 된다. 또한, 형태 수정 및 부족한 부위가 발생할 경우 임상에서는 빈번하게 반복소성이 이루어지고 있으며, 이러한 반복소성은 우리가 원하는 자연치의 색조와 투명성에 영향을 미친다고 알려져 있다. 치과도재는 압축강도(compressive strength)가 높기 때문에 비교적 압축력에 잘 저항한다. 그러나 치과도재는 인장강도(tensile strength)가 20~60MPa이므로 인장력에는 쉽게 깨지는 문제가 있으며, 소성이 덜된 도재는 유리화가 완료되지 않았으므로 비교적 약하다. 반면에, 이것을 적정온도에서 소성하면 강도가 증가하는 반면, 과소성(over-firing)할 경우 많은 석영의 핵(quartz core)이 유리기질(glass matrix)에 녹아 망상구조(core network)가 약화되므로 강도가 약해지는 결과가 초래된다. 치과용 도재 소성 시 횟수나 위치가 도재의 구조와 궁극적으로는 강도에 미치는 영향에 대한 여러 연구가 있으나, 연구들 간에는 일치된 결과가 나오지 않았다. 따라서 본 실험에서는 반복소성 및 소성로 내 위치가 치과도재의 2축 굴곡강도에 미치는 영향을 알아보고자 한다.
<연구방법 및 재료>
1. 법랑질 도재 시편제작
치과용 도재의 기공과정과 동일하게 유리판 위에서 증류수와 혼합한 후 몰드 내에 주입하였다. 몰드는 지름이 13.5㎜, 두께 1.5㎜ 크기의 디스크형을 사용하였으며, 일정한 두께 및 형태로 축성 되도록 동일한 실험자가 제작을 하였다. 이 때 1.5㎜의 두께로 설정한 이유는 소성 시 수축 및 소성 후 연마를 고려한 것이다. 이후 제조회사에서 제공한 매뉴얼에 따라 국산 치과용 도재 전용 소성로(Smile1000, KI, Korea)를 이용하여 법랑질 도재가 축성된 시편을 제작하였다. 반복소성 횟수 설정은 최소한의 소성으로 1회, 2회, 3회로 설정하였으며, 각 실험군당 3개의 시편을 제작하였다.
시편의 위치는 소성로 내 트레이에 정중앙에 1개의 시편(P1)을 배치하고, 8개의 시편(P2~P9)을 트레이 바닥에 참고지점을 표기하여 주변부위에 동일한 간격으로 배치하였다. 시편의 표면을 연마하기 위하여 SiC paper #220을 이용하여 두께가 1.2㎜가 되게 균일하게 양면을 연마하였다. 연마가 완료된 시편은 초음파세척기에서 5분간 세척한 후 표면을 건조시켰다.
2. 2축 굴곡강도 측정
2축 굴곡 강도 측정에는 ISO 6872 규정에 따라 그림과 같이 piston-on-3 ball 시험을 사용하였다. 시편을 지지하는 3개의 쇠구슬의 직경은 1.5mm이었으며 각 구슬의 중심을 이은 원형의 지름은 10mm로 하였다. 피스톤의 원통형의 지름은 1.2mm로 하였다. 이후 만능재료 시험기(Instron 5966, Instron, USA)를 이용하여 0.5mm/min의 하중 속도로 측정하였다. 2축 굴곡 강도를 측정할 때 사용한 식은 다음과 같다. 측정된 결과는 평균과 표준편차를 MPa 단위로 나타냈다.
<결과>
소성로에서의 반복소성에 따른 도재 시편 그룹별 2축 굽힘강도를 비교한 결과, 소성횟수가 증가할수록 모든 위치(P1~P9)에 있는 도재시편은 점점 감소하는 수치를 보였다. 또한, 동일한 소성횟수 그룹의 소성로 내 위치별 2축 굽힘강도의 차이는 P1(중앙)을 기준으로 P2~P9(가장자리) 시편은 모두 상대적으로 작게 나타나는 결과를 보였다.
<결론>
본 연구에서 소성로 위치와 횟수에 따른 치과도재의 2축 굽힘강도를 측정하였으며 소성횟수가 증가함에 따라 굽힘강도는 감소하는 경향을 보였고, 소성로 가장자리에 있는 도재시편은 중앙부위에서 소성된 그룹보다 낮게 측정되는 결과가 나타났다. 이를 토대로 소성횟수는 치과용 도재의 강도에 영향을 주는 요인이라고 볼 수 있으며, 소성 위치도 일부 치과도재의 기계적 성질에 관여할 수 있는 요인이라 할 수 있겠다. 또한, 본 실험에 활용된 치과도재 소성로의 열 전달성과 진공 안정성은 일부 확보되었다고 사료된다. 이와 같은 결과는 최근 게재된 선행연구와도 유사하다고 볼 수 있으나, 제한된 소수의 시편으로 측정된 데이터이기에 실험결과의 일반화에는 일정 정도의 한계를 내포한다.
<Acknowledgment>
본 학술논문은 ㈜케이아이와 부산가톨릭대학교 산학협력단의 ‘Porcelain& Sintering furnace(Smile1000,Smile2000) 치과기공 임상적용을 위한 평가’ 연구용역에 의한 결과의 일부 내용이며, 예비 실험(pilot experiment)과정 중에 도출 되었다.
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