를축성한경우타이타늄과도재의결합을향상시킨다고보고하였고, Lee 등 7) 의연구에서는 gold sputter 코팅을시행한경우타이타늄표면에가장많은도재가부착되었음을보고하였다. 이러한문헌은타이타늄에표면처리를시행할경우타이타늄과도재와의결합력이향상되는것을보여주나이는평판형태의타이타늄에

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경미 선우
6 years ago
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1 대한치과보철학회지 :Vol. 45, No. 2, 2007 타이타늄표면코팅처리에따른타이타늄도재관의파절강도비교 전남대학교치의학전문대학원보철학교실 김지혜 박상원 방몽숙 양홍서 박하옥 임현필 오계정 김현승 이광민 이경구 Ⅰ. 서론귀금속합금은주조성이좋고연성, 전성, 부식저항성이높으며도재의색조표현에유리하여도재전장금관에가장널리사용되어왔으나 1970년대금의가격이상승하면서니켈-크롬합금이나팔라듐합금과같은비귀금속이대체금속으로사용되었다. 그러나비귀금속은기계적성질은우수한반면비귀금속의구성요소인니켈 (Ni) 이나베릴륨 (Be) 은알러지와암유발성질을가지고있고또한생체적합성과부식저항성이낮은단점등을가지고있다. 1-4) 타이타늄과타이타늄합금은우수한내식성과생체적합성, 높은강도와미세경도그리고귀금속합금에비해경제적이라는장점때문에치과임플랜트에서장기간사용되어왔으며최근에는단일관이나고정성가공의치, 금속알러지가있는가철성국소의치환자에서도사용범위가확대되어귀금속의대체금속으로주목받고있다. 5-9) 그러나치과보철분야에서사용시타이타늄은용융점이높고산소와고온에서높은화학반응을하며, 10) O2, N2, C와의친화성이크고 883 이상의온도에서두꺼운산화충을형성하여 11) 낮은열팽창계수를갖는전용도재를사용해야하는단점을가지고있다. 8) 이는도재소성온도에서타이타늄의산화와타이타늄주조시표면에형성되는두꺼운산화층인 α-case 층이주요요인으로이층은타이타늄의연성과피로저항성을감소시켜타이타늄-도재결합력을저하시킨다 ) 이를 해결하기위해타이타늄전용도재소성로를사용하고아르곤등의가스분위기하에서도재를소성하거나낮은열팽창계수를갖는타이타늄전용도재가개발되었다 ) 타이타늄도재관에관한임상적인보고는아직희소하나 Kaus 등 14) 이나 Walter 등 18) 은임상적관찰에서귀금속관에비하여타이타늄관의상대적으로높은도재파절율을보고하였는데이러한보고들은타이타늄과도재의결합강도가아직불충분하다는것을알려준다. 이러한타이타늄-도재수복물의낮은결합강도는도재를축성하는동안과도한타이타늄산화물표면 (Ti oxide scale) 의형성이결정적인실패의주원인이다. 타이타늄-도재결합과관련하여이런문제를해결하기위해서증가된온도에서타이타늄산화물에나타나는산소의확산을제한하고부착성의산화물표면을만들어도재가접착할수있도록타이타늄표면에다양한순수금속과세라믹으로코팅하여그표면을조절하는방법들이연구되고있다. Fung과 Wang 19) 은타이타늄위에 Cr 코팅을실시하여타이타늄의낮은산화율을보고하였고, Oshida 등 10) 은타이타늄위에 TiN 코팅을시행함으로써타이타늄표면의질화 (nitridation) 가고온에서타이타늄산화를제한하여도재와의결합에효과적이었다고보고하였다. 타이타늄위에 gold 코팅을시행한연구들도보고되고있는데, Sadeq 등 6) 은 gold sputter 코팅이낮은압력의아르곤분위기하에서도재 This study was supported by second stage Brain Korea 21 project for school of dentistry. 203

2 를축성한경우타이타늄과도재의결합을향상시킨다고보고하였고, Lee 등 7) 의연구에서는 gold sputter 코팅을시행한경우타이타늄표면에가장많은도재가부착되었음을보고하였다. 이러한문헌은타이타늄에표면처리를시행할경우타이타늄과도재와의결합력이향상되는것을보여주나이는평판형태의타이타늄에도재를축성하여결합강도를측정한것으로임상과는다른파절형태를나타낼수있어아직까지임상적으로완전한타이타늄도재관의형태를이용한타이타늄과도재의결합강도에관한실험은전무한상태이다. 이에본연구는심미적이면서기능적인금속도재관의제작이필요한하악제 1소구치를이용하여지대치를형성한후타이타늄코핑을제작하고, 각각의타이타늄코핑표면에 Al2O3 sandblasting, gold 코팅, TiN 코팅의표면처리를시행한후타이타늄도재관을제작하였고이를도재전장금관과비교하여다양한표면처리가타이타늄과도재의결합력을증진시켜줄수있는지를알아보고자하였다. Ⅱ. 연구재료및방법 1. 연구재료타이타늄재료로는 CP-Ti(Grade 2, Kobe still Co., Japan) 을, 타이타늄전용도재분말로는초저용융도재 (Vita Titankeramik, Vident, Germany) 을사용하였고도재전장금관의재료로는 Type III gold(cast-3, Alpha-dent, Korea) 와일반치과용도재 (Creation, Klema, Austria) 를사용하였다. 2. 연구방법 1) 시편제작가. 치아삭제하악제1소구치의경질레진치 (Dental study model, Nissin Dental Products Inc, Japan) 를교정용레진블록에포매한후고속의다이아몬드바를사용하여도재전장금관을위한치아삭제를시행하였다. 통상적인방법으로교합면과협, 설측을약 1.5mm 삭제하고 1mm shoulder 변연을부여하였다 (Fig. 1). Fig. 1. Tooth preparation. 나. 실험용주모형의제작지대치를인상채득 (Exafine, GC corperation, Japan) 하고패턴레진을이용하여모형형성후에 Ni-Cr-Be합금 (Rexillium III, Jeneric Pentron, USA) 을이용하여총 32개의실험용금속주모형제작하였다. 다. 형판의제작각각의 crown 두께를표준화하기위해가철성형판 (template) 을제작하였다. 실험용금속모형상에아크릴릭레진 (Jet, Lang, USA) 을이용하여 crown 을제작하고두께를교합면과협설측은 1.5mm, 변연부는 1mm shoulder 변연의균일한두께가되도록 depth gauge을이용하여조절하였다. 그후 putty type의실리콘인상재를아크릴릭레진 crown에적용하여굳힌후순측과설측으로예리하게절단하여가철성형판으로사용하였다. 라. 코핑의제작각군당 8개씩총 32 개의코핑을제작하였다. 실험용금속모형으로부터실리콘인상재와초경석고를이용하여각군당8개씩총 32개의석고모형을제작하고각각의코핑두께를일정하게하기위하여 0.3mm 두께의 sheet wax을사용하여제작하였다. (1) Gold 코핑제작 Type III gold(cast-3, Alpha-dent, Korea) 을이용하여통상의방법으로주조하여 0.3mm 두께의 gold 코핑을제작하였다. 코핑은 50μm Al2O3 입자 (Korox, Bego, Germany) 로샌드블라스팅하여매몰재를제거한후증류수와아세톤에서각각 5분간초음파세척후건조하였다 (n=8). 204

3 (2) 타이타늄코핑제작타이타늄은 CP-Ti(Grade 2, Kobe still Co., Japan) 를사용하였다. 왁스코핑을티타늄전용매몰재 (Rematitan Plus, Dentaurum, Germany) 로매몰하여원심타이타늄주조기 (Ti cast Super R, Selec, Japan) 로주조하였다. 코핑은 bench cooling 시키고 50μm Al2O3 입자 (Korox, Bego, Germany) 로샌드블라스팅하여매몰재를제거한후증류수와아세톤에서각각 5분간초음파세척후건조하였다 (n=24). (3) 표면처리금속시편의종류와표면처리방법에따라군을분류하였다 (Table I). Gold 코팅군은다목적코팅시스템 (ATS-MC- STD-300, A-tech system, Korea) 로 40mA, 1000s로 gold sputter 코팅하였다. TiN 코팅군은 AIP(arc ion plating) 공법다목적코팅시스템 (ATS-MC-STD-300, A-tech system, Korea) 으로 300 에서 N2 유량 300scm를유입하여공정압력 7.5mTorr에서바이어스 -30V, 아크전류 65A로약 2시간동안증착하여코팅하였다. 마. 도재소성각코핑에서도재가소성될표면은 250μm Al2O3 particle(korox, Bego, Germany) 로샌드블라스팅하였다. 샌드블라스팅을위한기압은 0.55MPa (80psi) 에서유지되었고, 표면과 nozzle사이의거리는약 1mm를유지한채 20초동안실시하였다. 타이타늄시편의경우초저용융도재 (Vita Titankeramik, Vident, Germany) 를이용하여표면에 porcelain bonder를바르고한층의 opaque porcelain 과두층의 dentin porcelain을타이타늄전용도재로 (Tikrom, Orotig, Italy) 에서제조회사의추천사이클 대로소성하였다. 두번째 dentin porcelain 소성후도재의높이를협설측과교합면에서는 1.5mm, 변연부에서는 1mm의균일한두께가되도록이전에만들어놓은가철성형판과 depth gague를이용하여확인하면서삭제를시행하고 SiC abrasive paper로연마하였다. 초음파세척기로 5분간세척후건조시키고최종 glaze firing을시행하였다. Gold 코핑은일반치과용도재 (Creation, Klema, Austria) 를이용하여타이타늄 crown에서와동일하게되도록통상적인도재로 (Austromat 300, Dekema, Germany) 에서제작하였다. 바. Crown의접착제작된각각의전장관은 zinc phosphatate cement 를이용하여제조회사의지시에따라금속모형상에접착되었다. 먼저 crown 내면에 cement를얇게도포한후금속모형상에위치시켜일정한수지압을가하였다. 2) 연구방법가. 파절강도실험실험은특별한 die와 plunger(fig. 2) 가장착된만능물성시험기 (STM-5, United Calibration Corporation, USA) 를사용하여도재관의협측교두 Fig. 2. Loading apparatus. Table I. Experimental groups of specimens used in study Groups Descriptions 1 Porcelain-fused-to-gold crown 2 Porcelain-fused-to-titanium crown, Al 2 O 3 sandblasting 3 Porcelain-fused-to-titanium crown, gold coating 4 Porcelain-fused-to-titanium crown, TiN coating 205

가 loading stylus와 90 를이룰수있도록고정하였다. 직경이 3mm인 loading stylus를협측교두에수직이되도록위치시켜금속에서도재가탈락될때까지 0.5mm/min의 cross head speed로압축강도를가하였다. 실험후타이타늄-도재시편상의느슨한도재조각들은 nylon bristle brush로제거된후 10분동안증류수에서초음파세척하였다. 나.

4 가 loading stylus와 90 를이룰수있도록고정하였다. 직경이 3mm인 loading stylus를협측교두에수직이되도록위치시켜금속에서도재가탈락될때까지 0.5mm/min의 cross head speed로압축강도를가하였다. 실험후타이타늄-도재시편상의느슨한도재조각들은 nylon bristle brush로제거된후 10분동안증류수에서초음파세척하였다. 나. 주사전자현미경분석시편의표면은주사전자현미경 (scanning electron microscope, S-4700, Hitachi, Japan) 상의 secondary electron image mode에서검사되었다. 3) 통계분석통계처리는 SPSS 10.0 for Windows(SPSS, Inc. USA) 을사용하였고각군간의비교분석은단일변량분산분석 (One-way analysis of varitance) 를시행하여검정하고유의수준 5% 에서 Tukey s multiple comparision test로사후분산분석을시행하여각군간의평균값의차이를검정하였다. (Fig. 3). 대조군인도재전장금관은 gold 코팅을시행한타이타늄관사이에서는통계학적으로유의한차이를보이지않았으나 (p>.05), 나머지군인 Al2O3 sandblasting을처리한군과 TiN 코팅을처리한타이타늄관에서는유의한차이를보였다 (p<.05). 그러나표면코팅처리를시행한 3,4군의타이타늄도재관과 Al2O3 sandblasting만처리한군사이에는유의한차이가존재하지않았다 (p>.05) (Table II). 파절이일어난도재-금속계면을관찰한결과 4가지군모두유사하게하중이가해진협측교두하방으로수직적인도재의파절양상이관찰되었다. 파절양상은주로도재와도재사이혹은도재와코핑사이에서발생하였으며도재전장금관의경우는도재가금속의표면에많이부착되어잔존하는것으로나타났다. 육안관찰에서도재와금속간의파절양상은모두유사한형태로응집실패 (cohesive failure) 와부착실패 (adhesive failure) 가함께관찰된혼합실 Ⅲ. 연구성적 1. 파절강도 각군의파절강도의평균과표준편차는 Table II와같다. 대조군인도재전장금관군이평균 104.5±8.5kgf으로가장큰파절강도를보였고 gold 코팅을시행한타이타늄도재관군은평균 98.1±8.0kgf, TiN 코팅을시행한타이타늄도재관군은 90.9±11.1kgf 순으로파절강도를보였으며 Al2O3 sandblasting만을처리한타이타늄도재관군이 89.3±9.0kgf으로가장낮았다 Fig. 3. Fracture strengths test. Bonding strength of PFG in groups showed significantly higher value than those in differential groups. Al2O3 sandblasting titanium in titanium groups was least value than those(p<.05). Table II. Fracture strengths test results Group N Mean(kgf) SD Porcelain-fused-to-gold crown Porcelain-fused-to-titanium crown, Al 2 O 3 sandblasting Porcelain-fused-to-titanium crown, gold coating Porcelain-fused-to-titanium crown, TiN coating

5 Table III. Results of Tukey multiple comparisons among 4 groups (I) Group (J) Group Mean Difference (I-J) Std. Error Sig Group * Group 1 Group Group * Group * Group 2 Group Group Group Group 3 Group Group Group * Group 4 Group Group *: The mean difference is significant at the 0.05 level Fig. 4. Fractured specimens after loading. (a) porcelain-fused-to-gold crown (b) porcelain-fused-to-titanium crown, Al 2 O 3 sandblasting (c) porcelain-fused-to -titanium crown, gold coating (d) porcelain-fused-to-titanium crown, TiN coating Fig. 5. SEM photographs of fractured surface after fracture strength tests ( 35): (a) porcelain-fused-to-gold crown (b) porcelain-fused-to-titanium crown, Al2O3 sandblasting (c) porcelain-fused-to-titanium crown, gold coating (d) porcelain-fused-to-titanium crown, TiN coating 패양상이관찰되었으나, 도재전장금관은응집실패가두드러졌고타이타늄도재관의경우는부착실패의양상이두드러졌다. 2. 주사전자현미경소견 Fig. 5은파절강도실험후금속표면을 35배율로 촬영한 SEM 사진이다. Fig. 5의외견은두부분으로구분되어지는데불규칙한부분은잔존하는도재이고매끈한표면을보이는검은부분은타이타늄이다. 비교군인 1군이잔존하는도재가가장많고, 2군이가장적으며표면처리를시행한나머지 3군, 4군은유사한정도의도재잔존부위를보였다. 207

6 Ⅳ. 고찰치과주조합금과연관된생물학적부작용에대한인식이늘어남에따라생체적합성과부식저항성이우수하고경제적인장점을가지타이타늄과그합금의사용이증가하고있다. 그러나치과수복학에서타이타늄의많은장점이이미증명되어왔음에도불구하고타이타늄의주조, 타이타늄간의접합그리고타이타늄과도재와의결합등아직해결해야할문제점이많이남아있다. 9) 심미보철에관한관심이증가되고있는가운데기존의금속-도재간의결합과비교하여타이타늄-도재간의결합이주요한문제가되고있다. 20) Kaus 등 14) 은타이타늄도재수복물을 3년간관찰한결과단일관은 85% 의성공률을, 고정성국소의치에서는 59% 의성공률을보고하였는데대부분실패의원인은도재의파절이었다. Walter 등 18) 은 5년간의임상적관찰에서안전한도재결합을유지하는비율이타이타늄관에서는 84%, 귀금속관에서는 98% 이었음을보고하였다. 그러나다른보고 21) 에서는 5년간의타이타늄도재수복물을관찰한결과단일관에서는 6%, 고정성국소의치에서는 13% 의도재파절이일어났으나환자의형태와색에대한심미적인만족도나마진의적합성이우수하므로임상에서타이타늄도재관의사용이적절하다고보고하였다. 이처럼타이타늄도재관의임상적사용에대한연구가많이존재하나이러한보고들은타이타늄과도재의결합강도가아직불충분하다는것을알려준다. 타이타늄은 800 이상의온도에서산소, 질소등과반응하여비교적두껍고쉽게분리되는타이타늄산화막을형성한다. 11,22) α-case라불리는이두꺼운산화층은연성과피로저항성을감소시켜타이타늄으로부터도재의파절을야기한다. 6) 적절한산화막을가지는도재용금속의계면은너무두껍거나얇은산화막계면에비해접착실패에대한저항성이더큰것으로알려져있다. 23) 이러한산화막의두께조절은금속과도재의결합강도를확보하는데중요하다. 2) Adachi 등 11) 은타이타늄과도재간의낮은결합강도는타이타늄에대한산화막의부착이불안정하기때문이며, 이러한불안정한산화막은도재소성중에생성되고결합강도를저하시킨다고하였다. 금속과도재의결합에관여된기전으로는분자간인력에의한결합 (Van der Waals forces), 화학적결합, 도재와금속의열팽창계수차이에따른압축력, 기계적유지력등이있다. 27) Al2O3 particle을처리하여표면거칠기를증가시킨 CP 타이타늄과도재간의결합력이향상되었다는보고 28) 나 Lavine과 Custer의거친주조면이연마된주조면보다결합강도가증가하는데이는계면에서젖음성이증가하여도재입자의확산이더잘이루어지기때문이라는보고 29) 등은기계적결합이도재와금속의결합에주요한요소임을의미한다. 그러나최근의연구에서타이타늄과도재의결합은타이타늄표면을화학적으로변화시키는경우에향상된다는것이발견되었다. 5) 최근타이타늄에부착성의산화물표면을만들어도재가접착할수있도록다양한순수금속과세라믹으로타이타늄의표면을코팅하는방법이연구되고있다. Sadeque 등 6) 은 gold sputter 코팅을시행한타이타늄이낮은압력의아르곤대기하에서도재가소성되었을때가장높은타이타늄-도재결합강도를보였다고보고하였는데이는금층과환원성아르곤대기하에서의소성이시너지효과를내어결합력을향상시키고 gold 코팅이타이타늄표면에서비접착성산소의형성을조절하는분산방어막으로써역할을하기때문으로여겨진다. Lee 등 7) 은코팅된금박막층 (sputter coated gold layer) 이타이타늄표면위의 Ti(O) 고용체의형태와산화를변경시켜소성후새로운금속간화합물 Au2Ti를 gold 코팅된타이타늄표면에생성시킨다고보고하였다. 이는금박막층이도재와타이타늄산화층에영향을주어화학적반응과준안정상태로인해도재와의결합을증진시킨것으로여겨진다. Wang 등 30) 은타이타늄표면에 Si3N4 코팅을하여파절실험후 Si3N4 코팅과도재사이보다는도재내의파절이일어난것으로보아도재와 Si3N4 코팅사이의결합력이개선되었음을보고하였고, Oshida 등 27) 은샌드블라스팅여부와상관없이단층질화 (nitridation) 와 Cr을첨가한질화를시행한군에서높은타이타늄과도재의결합력을보인다고하였다. 다른연구 31) 에서는 TiN 코팅이금속면에침투하여산화를억제함으로써마모저항이강한표면, 낮은 208

7 마찰계수, 그리고양호한화학적안정성을제공해준다고보고되었다. 본연구에서는위문헌들을참고하여타이타늄과도재의결합을향상시키기위해타이타늄의표면에코팅처리를실시하여표면처리에의한결합강도의증가여부와결합양상, 표면처리간의결합강도차이를도재전장금관과비교하고자하였다. 이를위해 Al2O3 sandblasting한타이타늄도재관및 gold 코팅과 TiN 코팅의표면처리를실시한타이타늄도재관과임상에서가장많이사용되고있는도재전장금관을제작하여두금속과도재사이의결합력을비교하였다. 심미적이며기능적인도재금관의제작을요구하는하악제 1소구치의경질레진치아를선택하여임상에서와같은방법으로완전도재금관을위한치아삭제를실시하고타이타늄도재관및도재전장금관을제작하였다. 이실험에서사용된하중은소구치치아의협측교두에수직으로가하였는데이는저작시상악소구치의중심와와하악제 1소구치의협측교두가접촉하는교합의형태를반영하였다. 또한실험조건을동일하게하기위하여가철성형판을만들어균일한두께의 crown을제작하였다. 타이타늄도재관을제작하는방법에는주조외에도가공타이타늄을이용하는방법이있다. 순수티타늄괴를직접가공하는가공타이타늄은 Andersson 등 32) 에의해고안되었는데, 이는 copy-milling-sparkerosion technique 혹은 Procera technique으로불리며이방법은 spark erosion으로타이타늄코핑의내면을형성하고 millining으로외형을가공한다. 따라서주조결함과같은문제는발생하지않으나특수한장비와숙력된기술을필요로할뿐만아니라단일관제작에한정되기때문에고정성국소의치나복잡한보철물제작에는어려움이존재한다. 33,34) 반면본연구에서사용한타이타늄주조법은 lost-wax technique으로납형을형성하고매몰, 소환하여주조하는것으로다른귀금속이나비귀금속에비해다른주조특성으로일반원심주조기로는주조할수없는취약점이있으나 35-37) 타이타늄전용주조기와매몰재에대한다양한연구와개발로현재는타이타늄을주조하는데큰어려움이없어지고있으며복잡한보철물의제작에유용한방법이다. De rand 8) 나 Pang 20) 등은주조시용융된타이타늄이대기나매몰재와 반응하여생성된표면반응층인 α-case layer을제거한다면타이타늄의주조유무에따른전용도재의결합력에는유의한차이가없다고하였다. 이에본실험에서는도재접착면을샌드블라스팅처리하여 α- case layer를제거하였으므로가공타이타늄과유의한차이가나타나지않을것으로생각하여주조타이타늄만을이용하여타이타늄도재관을제작하고도재전장금관과비교하였다. 과거타이타늄과도재의결합강도를측정하기위한다양한실험방법이존재하였다. Pang 등 20) 은3점굴곡강도시험을통해도재와타이타늄이 VMK 68 도재를사용한 Pd-Cu 합금보다더낮은결합강도를보인다고하였고, Pröbster 등 25) 은타이타늄과전용도재의결합강도가니켈-크롬합금과일반도재결합강도의 38 58% 의범위에속한다고하였다. 또한 gold와 TiN 등의표면처리를시행한과거의연구에서도굴곡강도실험을통하여도재와타이타늄과의결합강도를보여주었다. 6,7) 그러나이러한연구들은평판형태의시편에서측정한타이타늄과도재의결합강도로서시편의두께가얇은경우하중이가해지지않는부위에서도시편의휘어짐에의해도재층내부의파절이일어날수있고평판구조는임상과는다른파절양상을보이므로본연구에서는보다임상과유사한형태로실물크기의타이타늄도재관을제작하여파절강도를실험하였다. 파절강도의실험결과도재전장금관이평균 ±8.5kgf로가장높은파절강도를나타내었다. 타이타늄도재관에서파절강도는 gold 코팅을시행한군 (98.1±8.0kgf), TiN 코팅을표면에실시한군 (90.9 ±11.1kgf) 그리고 Al2O3 sandblasting을처리한군 (89.3±9.0kgf) 순으로나타났으나, 코팅처리한타이타늄도재군간에는유의한차이가없었다 (p>.05) (Table II). 타이타늄과도재사이의파절강도는도재전장금관의 85 94% 의수준이었다. 그러나도재전장금관에비하여 gold 코팅을시행한타이타늄도재관의파절강도는유의한차이를보이지않았고, 표면처리를시행한타이타늄도재관이샌드블라스팅만을시행한군에비해다소높은파절강도를보이는것은타이타늄표면의코팅처리가타이타늄의산화를제한하여도재와의결합력을높였을것으로생각된다. TiN 코팅보다는 gold 코팅을시행한경우 209

8 파절강도가더높게나타나는것으로보아 gold 코팅을시행한경우더높은결합력을보일것으로생각된다. 이는 Oshida 등 27) 의샌드블라스팅여부와상관없이단층질화 (nitridation) 를처리한군이 3층질화를처리한군보다높은타이타늄과도재의결합력을보인다는보고로미루어본실험에서는 3차원적인치아의모양으로인해 TiN 코팅처리시 3번에걸친방향조사에의해부분적으로여러층으로질화처리가이루어졌기때문에더약한파절강도를보였을것으로생각된다. 타이타늄도재관에서각군간의파절강도의차이는표면코팅뿐아니라기공사의수작업에의한오차에의해발생되는도재자체의강도차이도영향을미칠수있으므로본실험에서는이러한오차를줄이기위해동일한외부조건에서동일인에의해모든도재소성을실시하였다. 그러나도재의강도는도재의응축 (condensing) 에영향을받으므로도재응축의단계마다발생하는오차가존재하였을것이다. SEM 사진에서도재의파절단면에서각단계별로응축되었던도재사이에기포가존재하는것을확인할수있었다. 도재전장금관이타이타늄도재관보다높은파절강도를보이는것은도재전장금관과타이타늄도재관의제작에사용되는도재의종류가다르고그물리적성질의차이가존재하기때문이다. 도재자체의강도가일반치과용도재 (Creation ) 의경우가초저용융도재 (Vita Titankeramik ) 의강도보다더높은데이는초저용융도재는고온소성도재에조절제또는융제 (flux) 을첨가하여만들므로이러한염기성금속삼화물의증가에따른화학조성의변화가도재의용해도를증가시켜도재의강도를약화시킬수있다. 40,41) 또한코핑을이루는금합금과타이타늄합금의경우도금이타이타늄보다높은강도를가지므로타이타늄도재관보다는도재전장금관에서보다높은파절강도를보였을것이다. 이외에도도재전장금관에서금속과도재가높은결합강도를보이는것은금속산화막과도재간의안정된화학적결합때문인반면타이타늄과도재간의낮은결합강도는타이타늄에대한산화막의부착이불안정하기때문으로생각된다. 따라서도재전장금관과같은도재- 금속의결합력을얻기위해서는다양한표면처리에 따른결합력의증가외에도타이타늄코핑에사용되는도재결합재의강도를높이거나초저용융도재자체의강도를높이는것에대한연구가필요하리라생각된다. 그러나정상적인인간의저작력의범위가전치부에서 2kgf에서 46.8kgf, 구치부에서는 6.8kgf에서 81.8kgf임을감안할때 42) 3종의타이타늄도재관은모두임상적으로허용할만한파절강도를보임을알수있었다. 파절이일어난도재-금속계면을육안으로관찰한결과 4가지군모두유사하게하중이가해진협측교두하방으로수직적인도재의파절양상이관찰되었다. 도재와금속간의파절양상은모두유사한형태로주로도재와도재사이에서파절이발생하는응집실패 (cohesive failure) 와도재와코핑사이에파절이나타나는부착실패 (adhesive failure) 가함께관찰된혼합실패양상이관찰되었으나, 도재전장금관은응집실패가두드러졌고타이타늄도재관의경우는부착실패의양상이두드러졌다. 이는타이타늄도재관보다는도재전장금관에서도재와금속사이의결합력이더우수함을보여준다. 주사전자현미경상에서도재전장금관의경우는도재사이에파절이일어나도재가금속의표면에많이부착되어잔존하는것으로나타났고타이타늄도재관의경우샌드블라스팅만을처리한타이타늄관보다는 gold 코팅이나 TiN 코팅등표면처리를시행한관에서조금더많은도재의접착을보이는것을알수있다. 그러나타이타늄도재관사이의유사한파절양상에도불구하고 Al2O3 sandblasting만을시행한군의낮은결합력은타이타늄주조시형성되는두꺼운산화층인 α-case 층때문에나머지군들보다낮은결합력을보인것으로생각된다. 반면타이타늄에서산화층조절을위해코팅처리한경우에 gold 코팅은도재소성시타이타늄의산화층과새로운화합물인 Au2Ti 를형성하는화학반응을일으켜도재와의결합력을증진시켰으며, TiN 코팅은도재소성시산소확산의방어막으로작용하여도재와의결합력을증진시켰을것으로생각된다. 본연구는주조타이타늄-도재관제작시주조한타이타늄표면을 gold나 TiN으로코팅한경우타이 210

9 타늄과도재의결합력을증진시켜줄수있다는가능성을보여주었다. 실제임상에서도타이타늄도재관제작시타이타늄표면에샌드블라스팅처리외에도 gold나 TiN 코팅을시행한다면증가된타이타늄과도재의결합력을얻을수있을것으로생각된다. 하지만도재전장금관에상응하는도재와의결합력을갖고타이타늄도재관을임상에서사용하기위해서는더욱간단하고다양한코팅방법에대한연구와논의가필요하리라생각된다. Ⅴ. 결론본연구는타이타늄-도재결합시타이타늄에서 gold 코팅과 TiN 코팅으로표면처리후타이타늄과도재와의결합강도가증진되는지를알아보고자임상에서사용되는형태로타이타늄표면에 gold 코팅, TiN 코팅, Al2O3 sandblasting을시행한타이타늄도재관을제작하고, 도재전장금관과비교하여다음과같은결과를얻었다. 1. 타이타늄도재관의파절강도값은 gold 코팅을시행한군, TiN 코팅을시행한군, Al2O3 sandblasting을시행한군의순서였다. 그러나 3군간의파절강도사이에통계학적인유의한차가존재하지않았다 (p>.05). 2. 도재전장금관의군이가장높은결합강도값을보였다. 사용된재료가달라단순비교는곤란하지만나머지 3군의타이타늄도재관들은도재전장금관의 85 94% 수준이었다. 3. 육안및 SEM 관찰에서도재와금속간의파절양상은모두유사한형태로응집실패 (cohesive failure) 와부착실패 (adhesive failure) 가함께관찰된혼합실패양상이관찰되었으나, 도재전장금관은응집실패가두드러졌고타이타늄도재관의경우는부착실패의양상이두드러졌다. 이상의결과는타이타늄도재관제작시주조한타이타늄표면을 gold나 TiN으로코팅한경우타이타늄과도재의결합력을증진시켜줄수있다는가능성을보여주었다. 평균적인저작력에서 3종의타이타늄도재관은모두임상적으로허용할만한도재결합력을보였다. 하지만임상에서흔히사용되는도재전장금관과같은높은도재결합력을얻고타이타 늄표면에쉽게사용가능한다양한코팅방법에대해많은연구와평가가필요할것이다. 참고문헌 1. Moffa JP. Alternative dental casting alloys. Dent Clin North Am 1983;27: Kelly JR, Rose TC. Nonprecious alloys for use in fixed prosthodontics: A literature review. J Prosthet Dent 1983;49: Jones TK, Hansen CA, Singer MT, Kessler HP. Dental implications of nickel hypersensitivity. J Prosthet Dent 1986;56: Moffa JP. Biocompatibility of nickel-based dental alloys. J Can Dent Assoc 1984; 12; Cai Z, Bunce N, Nunn ME, Okabe T. Porcelain adherence to dental cast CP titanium: effects of surface modifications. J Biomaterials 2001;22: Sadeq A, Cai Z, Woody RD, Miller AW. Effects of interfacial variables on ceramic adherence to cast and machined commercially pure titanium. J Prosthet Dent 2003;90: Lee KM, Cai Z, Griggs JA, Guiatas L, Lee DJ, Okabe T. SEM/EDS evaluation of porcelain adherence to gold-coated cast titanium. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater 2004;68B: D erand T, Herф H. Bond strength of porcelain on cast vs. wrought titanium. Scand J Dent Res 1992;100; Russell R. Wang, Gerhard E. Welsch, Othon Monteriro. Silicon nitride coating on titanium to enable titanium-ceramic bonding. J Biomed Mater Res 1999;46: Oshida Y, Fung LW, Isikbay SC. Titaniumporcelain system. Part II : Bond strength 211

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12 ABSTRACT A COMPARISON OF FRACTURE STRENGTHS OF PORCELAIN-FUSED-TO-TITANIUM CROWN AMONG TITANIUM SURFACE COATING TREATMENTS Ji-Hye Kim, D.D.S.,Sang-Won Park, D.D.S, Ph D., Mong-Sook Vang, D.D.S., Ph.D., Hong-So Yang, D.D.S., Ph.D., Ha-Ok Park, D.D.S., Ph.D., Hyun-Pil Lim, D.D.S., Gye-Jeong Oh, B.S., Hyun-Seung Kim, M.S., Kwang-Min Lee, Ph.D., Kyung-Ku Lee, Ph.D. Statement of problem: Titanium and its alloy, with their excellent bio-compatibility and above average resistance to corrosion, have been widely used in the field of dentistry. However, the excessive oxidization of titanium which occurs during the process of firing on porcelain makes the bonding of titanium and porcelain more difficult than that of the conventional metal-porcelain bonding. To solve this problem related to titanium-porcelain bonding, several methods which modify the surfaces, coat the surfaces of titanium with various pure metals and ceramics, to enable the porcelain adhesive by limiting the diffusion of oxygen and forming the adhesive oxides surfaces, have been investigated. Purpose: The purpose of this study was to know whether the titanium-porcelain bonding strength could be enhanced by treating the titanium surface with gold and TiN followed by fabrication of clinically applicable porcelain-fused-to-titanium crown Material and method: The porcelain-fused-to-titanium crown was fabricated after sandblasting the surface of the casting titanium coping with Al2O3 and treating the surface with gold and TiN coating followed by condensation and firing of ultra-low fusing porcelain. To compare with porcelain-fused-to-titanium crowns, porcelain-fused-to-gold crowns were fabricated and used as control groups. The bonding strengths of porcelain-fused-to-gold crowns and porcelain-fused-totitanium crowns were set for comparison when the porcelain was fractured on purpose to get the experimental value of fracture strength. Then, the surface were examined by SEM and each fracturing pattern were compared with each other. Result: Those results are as follows. 1. The highest value of fracture strength of porcelain-fused-to-titanium crowns was in the order of group with gold coating, group with TiN coating, group with Al2O3 sandblasting. No statistically significant difference was found among the three (P>.05). 214

13 2. The porcelain-fused-to-gold crowns showed the highest value in bonding strength. The bonding strength of crowns porcelain-fused-to-titanium crowns of rest groups showed bonding strength reaching only 85%-94% of that of PFG, though simple comparision seemed unacceptable due to the difference in materials used. 3. The fracturing patterns between metal and porcelain showed mixed type of failure behavior including cohesive failure and adhesive failure as a similar patterns by examination with the naked eye and SEM. But porcelain-fused-to-gold crowns showed high incidence of adhesive failure and porcelain-fused-to-titanium crowns showed high incidence of cohesive failure. Conclusion: Above results proved that when fabricating porcelain-fused-to-titanium crowns, treating casting titanium surface with gold or TiN was able to enhance the bonding strength between titanium and porcelain. Mean value of masticatory force was found to showed clinically acceptable values in porcelain bonding strength in all three groups. However, more experimental studies and evaluations should be done in order to get better porcelain bonding strength and various surface coating methods that can be applied on titanium surface with ease. Key words : Titanium surface coating, Porcelain-fused-to-Titanium Crown, fracture strength 215

대한치과보철학회지 :Vol. 45, No. 5, 2007 타이타늄표면코팅이도재결합에미치는영향 전남대학교치의학전문대학원치과보철학교실 * 전남대학교신소재공학부및기능성표면공학연구소 김연미 김현승 이광민 * 이도재 * 오계정 임현필 서윤정 박상원 Ⅰ. 서론심미성에대한관심이높아

대한치과보철학회지 :Vol. 45, No. 5, 2007 타이타늄표면코팅이도재결합에미치는영향 전남대학교치의학전문대학원치과보철학교실 * 전남대학교신소재공학부및기능성표면공학연구소 김연미 김현승 이광민 * 이도재 * 오계정 임현필 서윤정 박상원 Ⅰ. 서론심미성에대한관심이높아지면서도재수복물이널리이용되고있으며그중금속의견고성과도재의심미성을함께갖춘도재전장금관이가장대표적으로사용되고있다.