Notebook LM을 이용한 Process study(7)

요즘 원데이 보철이 유행이라고 가소결한 지르코니아 소재의 급속소결이 이슈지요. 그래서 Notebook LM을 이용하여 급속소결이 투광도나 기계적물성에 미치는 영향을 정리해 보았습니다

 

 

급속 소결은 지르코니아의 투과성 및 기계적 특성에 다양한 변화를 가져옵니다. 급속 소결은 일반적으로 빠른 가열, 짧은 유지 시간, 빠른 냉각 단계를 특징으로 하며, 이는 소결 시간을 크게 단축하고 에너지 소비를 줄이는 데 목적이 있습니다.

투과성 변화 급속 소결이 지르코니아의 투과성에 미치는 영향은 연구마다 다르게 나타날 수 있으며, 이는 주로 입자 크기, 기공률, 상 조성 및 이트리아 분포 변화와 관련이 있습니다.

• 감소하는 경향:

    ◦ Jansen 등은 고속 소결(high-speed sintering, HSS)된 3Y-TZP 및 4Y-TZP의 투과성이 기존 소결(conventional sintering, CS) 방식보다 낮다고 보고했습니다. 특히, 기존 소결 방식의 ZD 및 HT+ (모든 두께)와 ZI (2.5~3mm 두께)는 고속 소결 샘플보다 더 높은 투과율을 보였습니다.

    ◦ Li 등은 소결 유지 시간이 짧은 (2분) 급속 소결 시편(R-1)의 광 투과율이 기존 소결 및 다른 급속 소결 시편(R-2, R-3)보다 낮으며, 이는 높은 기공률 때문이라고 설명했습니다.

    ◦ Luz 등은 마이크로파 소결(microwave sintering, MWZ)된 지르코니아가 기존 소결 방식(CZ)보다 투과성 매개변수(TP)가 유의미하게 낮았다고 밝혔습니다 (MWZ TP = 13, CZ TP = 29).

    ◦ Kongkiatkamon 및 Peampring의 연구에서도 5Y-TZP의 경우 일반 소결 방식이 급속 소결 방식보다 더 높은 투과성을 보였습니다.

    ◦ Cho 및 Seol (2023)은 HSS 방식이 멀티레이어 5Y-지르코니아의 투과성 매개변수를 상아질(DL) 레이어를 제외한 모든 레이어에서 약간 낮춘다고 보고했으며, 이는 이트리아 함량이 높은 t'-상 감소 및 이트리아 함량이 낮은 t-상 증가와 관련이 있다고 설명했습니다.

    ◦ Nonaka 등은 5Y-SS에서 기공이 일부 확인되었고, 5Y-CS에서는 기공이 거의 없었음을 관찰하여, 급속 소결 시 기공이 남아 있을 수 있다고 제안했습니다.

• 증가하는 경향:

    ◦ Kim 등은 마이크로파 소결된 Lava 및 KaVo 지르코니아가 기존 소결 방식보다 더 높은 광 투과율을 보였다고 보고했습니다. 이들은 더 투명한 치과용 지르코니아 수복물을 얻기 위해서는 더 짧은 소결 시간을 고려해야 한다고 제안했습니다.

• 유사하거나 유의미한 변화 없음:

    ◦ Du 등은 유지 시간이 10분(R-2) 및 20분(R-3)인 급속 소결 방식이 기존 소결 방식과 유사한 광 투과성을 보인다고 보고했습니다.

    ◦ Liu 등 (2022)의 서술적 분석에서는 대부분의 급속 소결 방식 시편의 투과성 매개변수와 대비비(contrast ratio)가 기존 소결 방식 시편과 유사하다고 나타났습니다. 또한, 초고속 소결된 Katana STML (5Y-PSZ)의 투과성은 급속 소결된 Katana STML과 비슷했습니다.

    ◦ Cho 및 Seol (2024)은 급속 소결 후 투과성 매개변수 변화가 상아질 레이어에서만 관찰되었으며, 그 차이도 인지 역치(perceptibility threshold)보다 낮아 임상적으로는 유의미하지 않다고 결론지었습니다. Cercon의 경우 투과성 매개변수는 급속 소결에 의해 영향을 받지 않았습니다.

    ◦ Yang 등은 다른 소결 공정이 3Y-TZP 또는 5Y-TZP의 상 변이를 유발하지 않아 투과성에 영향을 미치지 않을 수 있다고 지적했습니다.

투과성은 입자 크기가 작을수록, 잔류 기공이 적을수록, 등방성인 입방정(c-ZrO2) 상의 비율이 높을수록, 그리고 이트리아 분포가 균일할수록 증가하는 경향이 있습니다.

기계적 특성 변화 급속 소결은 지르코니아의 밀도, 굴곡 강도, 파괴 인성, 경도 등 다양한 기계적 특성에 영향을 미칠 수 있습니다.

• 밀도:

    ◦ 급속 소결은 일반적으로 높은 밀도를 목표로 합니다. Du 등은 급속 소결된 지르코니아가 이론 밀도의 98.52%에서 99.5%에 달하는 밀도를 달성했으며, 유지 시간이 길수록 기공률이 낮아지고 광 투과율이 높아진다고 보고했습니다. 기존 소결 방식은 약 99.67%였습니다.

    ◦ Luz 등은 MWZ가 CZ보다 약간 낮은 밀도(5.98 g/cm3 대 6.03 g/cm3)를 보였다고 언급했습니다.

    ◦ Kongkiatkamon 및 Peampring은 급속 소결과 일반 소결 방식 사이에 밀도 차이가 유의미하지 않다고 보고했습니다.

    ◦ Lubauer 등은 급속 소결된 샘플이 기존 소결된 샘플과 비슷한 밀도를 보였다고 밝혔습니다.

    ◦ Nonaka 등은 5Y-SS의 상대 밀도가 5Y-CS보다 낮았으며, 이는 빠른 치밀화와 결정립 성장으로 인한 잔류 기공 때문이라고 설명했습니다.

• 굴곡 강도 (Flexural Strength):

    ◦ 유사하거나 유의미한 변화 없음: Yang 등은 3Y-TZP 및 5Y-TZP 재료에서 CS와 RS 샘플 간에 이축 굴곡 강도 및 3점 굽힘 강도에서 유의미한 차이가 없다고 보고했습니다. Jansen 등과 Lubauer 등의 연구에서도 유사한 결과가 나타났습니다.

    ◦ 증가하는 경향: Ersoy 등은 HSS 프로토콜이 기존 소결 방식보다 더 높은 굴곡 강도를 가져온다고 언급했으며, Kongkiatkamon 및 Peampring도 급속 소결이 일반 소결 방식보다 더 높은 이축 굴곡 강도를 보인다고 보고했습니다. Liu 등 (2022)은 초고속 소결된 Katana STML이 급속 소결된 것보다 상당히 높은 이축 굴곡 강도를 보였다고 밝혔습니다.

    ◦ 감소하는 경향: Bobby Aditya Darmawan의 연구에서는 TSS의 두 번째 단계에서 소결 시간이 길어질 때 경도는 감소했지만, 굴곡 강도는 미세하게 증가했습니다.

• 파괴 인성 (Fracture Toughness, KIC):

    ◦ 유사하거나 유의미한 변화 없음: Presenda 등은 기존 소결 및 마이크로파 소결된 LAVA와 TOSOH의 파괴 인성에서 유의미한 차이가 없다고 보고했으며, Li 등도 급속 소결된 R-3 샘플의 파괴 인성(5.92 MPa·m1/2)이 기존 소결 방식(5.89 MPa·m1/2)과 유사하다고 밝혔습니다. Lubauer 등은 급속 소결이 KIC에 영향을 미치는 주요 요인(입자 크기 분포, t-상 함량)을 보존한다고 언급했습니다.

    ◦ 증가하는 경향: Ai 등은 마이크로파 소결된 샘플의 굴곡 인성이 더 높았다고 보고했으며, Moratal 등은 마이크로파(1200 °C) 소결된 NK00의 파괴 인성이 더 높았다고 밝혔습니다. Park 등은 MPC 처리된 벌크가 더 짧은 균열 길이와 지그재그 균열 구조로 인해 상용 벌크보다 더 높은 파괴 인성 값을 가질 것으로 예상했습니다.

    ◦ 감소하는 경향: Presenda 등은 마이크로파 소결된 VITA의 파괴 인성이 기존 소결 방식보다 낮았다고 보고했습니다. Lubauer 등은 Cercon ht 및 Cercon xt에서 급속 소결로 인해 파괴 인성이 유의미하게 감소(각각 10%, 16%)했다고 관찰했습니다.

• 경도 (Hardness):

    ◦ 유사하거나 유의미한 변화 없음: Presenda 등과 Yang 등은 기존 소결 및 급속 소결 샘플의 경도 값에서 유의미한 차이가 없다고 보고했습니다. Li 등의 연구에서도 유사한 결과가 나타났습니다.

    ◦ 증가하는 경향: Presenda 등은 마이크로파 소결된 TOSOH의 경도가 다른 마이크로파 소결된 샘플보다 높았다고 보고했으며, Ai 등, Borrell 등, Cokic 등, Moratal 등, Han 등의 연구에서도 급속 소결된 샘플의 경도가 증가하는 경향이 관찰되었습니다. Park 등은 MPC 공정이 경도를 증가시킨다고 언급했습니다.

    ◦ 감소하는 경향: Ribeiro 등은 마이크로파 소결된 지르코니아의 경도가 기존 소결 방식보다 낮았다고 보고했습니다. Bobby Aditya Darmawan의 연구에서는 TSS의 두 번째 단계에서 소결 시간이 길어질 때 경도가 감소했습니다.

결론 급속 소결은 지르코니아 가공에서 시간과 에너지 절약 측면에서 상당한 이점을 제공합니다. 굴곡 강도, 파괴 인성, 경도와 같은 기계적 특성은 급속 소결 시 기존 소결 방식과 비교하여 유사하거나 경우에 따라서는 향상되기도 합니다. 그러나 투과성은 더 가변적으로 나타나는데, 이는 잔류 기공, 비균일한 결정립 성장, 또는 빠른 가열/냉각 조건 하에서의 상 조성 및 이트리아 분포 변화로 인해 감소하는 경우가 많습니다. 하지만 일부 연구에서는 투과성이 유사하거나 심지어 개선되기도 합니다.

급속 소결이 투과성 및 기계적 특성에 미치는 정확한 영향은 특정 지르코니아 재료, 소결 프로토콜(온도, 가열 속도, 유지 시간, 냉각 속도), 심지어 시편의 두께에 따라 크게 달라질 수 있습니다.