Abstract
Purpose : The aim of study is to evaluate flexural strength of zirconia sintered by different schedule.
Material & Methods : Zirconia specimen is milled according to ISO 6872: 2008 guidelines(N=6, n=3 per group). Two specimen group is sintered for 10 hours(standard schedule) and 2 hours(speed schedule) at peak temperature of 1550°C with silicon carbide sintering furnace. Flexural strength of specimens is measured by instron.
Result : The mean of the Standard schedul group is 556.23Mpa ±68.59, and the mean of the speed schedule group was 492.50Mpa ±80.55.
Conclusion : It is estimated that the Standard schedul group possesses about 20% more solid feature than the speed schedule group.
Keyword : Zirconia, SIC Furnace, Sintering time, 3-point bending test, Flexural strength

 

서론
치과용 지르코니아 재료 연구를 통한 기술의 발달로 기존의 세라믹이나 금속에 비해 지르코니아를 이용한 보철물의 제작 비중이 더 늘어나고 있다.
성공적인 보철물 제작에 있어서는 심미적인 특성과 마진의 적합도 및 기계적 특성들이 중요하다. 이러한 요인을 참고하여 우수한 지르코니아 보철물을 제작하기 위해 여러 가지 제작 과정에 있어 치과기공사는 다양한 시도를 하고 있다. 예를 들면, 적합도를 개선하기 위해 더 정밀한 스캐너와 밀링 기기를 선택하고, 자연치에 가까운 쉐이드를 얻기 위해서 여러 종류의 블록을 사용하거나 컬러링 용액을 적용하기도 하며, 소결 시간 및 온도를 조정하기도 한다.
심미적인 특성보다는 구강 내의 저작압에 견딜 수 있고, 크랙이나 파절 없이 보철물을 장기간 사용이 가능하게 하는 강도에 대한 물성이 중요할 것으로 생각된다.
강도에 대해서 지르코니아의 소결 온도별로 어떤 영향을 미치는지에 대한 선행연구가 활발히 이루어지는 데에 비해 지르코니아의 소결 시간에 따라 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구는 거의 이루어지고 있지 않다. 또한 실리콘 카바이드 열선을 이용한 소결로가 임상에서 많이 사용되고 있는 것과 비교해 마이크로웨이브 소결로를 이용한 연구만이 일부 이루어지고 있기 때문에 본 연구에서는 실리콘 카바이드 열선을 사용하는 소결로의 단시간과 장시간의 소결이 지르코니아의 굽힘 강도에 어떤 영향을 미치는지 평가하고자 한다.

 

연구 방법
① 시편 제작
ISO 6872 규격에 따라 시편의 형태를 디자인한 후 반소결 상태의 지르코니아 블록을 사용해 밀링하였다. (Figure.1)
최고온도는 1550°C로 설정하였고 6개의 시편을 3개씩 두 개의 그룹으로 나눠 한 그룹은 총시간 10시간 22분의 장시간 스케줄을 적용시키고 다른 한 그룹은 총 시간 2시간 12분의 단시간 스케줄을 적용시켜 실리콘 카바이드 열선을 사용하는 소결로(AUSTROMAT SiC, DEKEMA Dental-Keramik?en GmbH & Co, Freilassing, Germany)에 넣어 각각 소결했다.(Figure 2)

 

② 3-Point bending test
만능 재료 시험기(Instron 3345, Instron Corporation, Canton, MA, USA)에 굽힘 강도 시험을 위한 치구를 장착하였다. 소결된 두 그룹의 시편을 차례로 올린 후 크로스헤드를 시편의 중앙에 위치시킨 후 1mm/min로 시편이 파절되는 시점까지 힘을 가하여 최대 하중을 측정했다. (Figure 3)

 

③ 통계분석
두 그룹의 3점 굽힘 강도 시험 결과 값의 통계분석은 통계프로그램(IBM SPSS Statistics 24; IBM SPSS Inc)을 이용해 분석하였다. 장시간과 단시간을 적용시킨 두 지르코니아 시편 그룹의 평균값은 모수검정인 T-test를 이용해 분석했다.

 

결과
10시간의 장시간 소결시간을 적용한 지르코니아 시편 그룹의 굽힘 강도 평균은 578.15Mpa이었고 표준편차 값은 20.94이다.
2시간의 단시간의 소결시간을 적용한 지르코니아 시편 그룹의 굽힘 강도 평균은 459.44Mpa이고 표준편차 값은 41.49이었다. 두 그룹 사이의 평균은 유의한 차이를 보였다(p<0.05)  (Table 1)

 

결론 및 고찰
소결 시간을 다르게 적용한 지르코니아 시편 두 군의 굽힘강도 시험 결과, 짧은 시간이 소요되는 스케줄인 2시간의 지르코니아 시편 그룹의 굽힘강도 평균이 긴 시간이 소요되는 스케줄인 10시간의 지르코니아 시편 그룹의 굽힘강도 평균보다 약 20% 이상 낮은 것으로 밝혀졌다.
먼저 전체적인 수치에 있어서 시편 제작에 사용한 밀링 장비와 시편의 규격 및 형태, 시험에 쓰여진 치구의 모양이 다른 이유 등이 측정 값에 영향을 미쳤기 때문에 굽힘강도의 결과 값이 블록의 제조사에서 제시한 굽힘 강도보다 낮은 굽힘 강도의 시험 결과가 도출되어진 것으로 보인다.
기존에는 포세린의 소결에 관한 많은 연구들이 있었으나 CAD/CAM system의 발달로 지르코니아의 사용이 점차 늘면서 지르코니아의 소결에 관한 연구도 늘고 있다.
그러나 소결의 최적 온도 등에 관한  관한 연구들에 한정하여 이뤄지고 있으며, 소결 시간이나 장비에 관한 연구는 매우 부족하다.
현재 여러 매체에서 소결로에 관한 광고를 볼 수 있고 그 중에서는 소결로의 온도와 관련 있는 작동원리와 각각의 소결 스케줄 등에 관한 내용 등이 개별적으로 다르게 나타나 있다.
예를 들어 2시간의 단시간 소결이 가능한 소결로가 출시되어 기공소에서 이 소결로를 사용했을 때에 기공사들이 단시간의 소결 스케줄을 사용한 경우, 기존의 장시간 소결을 적용시킨 경우보다 결과적으로 최종 보철물에 색조나 강도 면에서 어떤 영향을 끼쳤는지 실제로 정확히 평가하기 어렵다.
일반적으로 많이 쓰이는 장시간의 지르코니아 소결에 반해 2시간이라는 짧은 시간의 소결을 적용시켰을 경우 급속 소결인 만큼 강도나 미세구조의 형성, 쉐이드와 같은 여러 면에서 일부 부작용이 따를 것으로 생각되어 연구를 시작하게 되었다.

 

그에 따른 결과로 단시간 소결을 적용시킨 지르코니아가 장시간 소결을 적용시킨 경우보다 낮은 강도를 보유하고 있다는 결과를 도출해내었다. 게다가 소결 시간에 관한 연구는 Microwave 방식의 소결로를 이용한 연구만이 일부 진행되고 있고 본 연구에서 쓰인 실리콘 카바이드 열선을 이용한 소결로나 칸탈선을 열선으로 사용하는 소결로 등에 대한 연구는 매우 부족하다.
이 연구는 단시간에 진행된 소결이 장시간 소결에 비해 지르코니아의 시편에 미치는 영향 중 강도에 관해서 평가가 이루어졌지만 색조나 미세구조의 변화 등 다른 영향에 관해서도 연구가 진행되어야할 것이다.