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단일구조지르코니아에 의한 치과용 합금의 마모에 관한 연구

Wear behavior of dental alloys opposing monolithic zirconia

  • 차민상 (Min-Sang Cha, 강릉원주대학교 대학원 치의학과 치과보철학 전공)

초록/요약

단일구조지르코니아에 의한 치과용 합금의 마모에 관한 연구 차민상 강릉원주대학교 대학원 치의학과 치과보철학전공 (지도교수 박찬진, 조리라) 목적: 단일구조지르코니아의 표면거칠기에 따른 Co-Cr 합금, 금합금, Ni-Cr 합금의 마모양상을 비교평가하고, 금속합금 상태에 따른 표면경도의 변화를 측정하여 마모량과의 연관성을 알아보고자 하였다. 연구재료 및 방법: 소결과정을 거쳐 원통형의 단일구조지르코니아 시편을 제작 후, 연마과정을 거쳐 활택한 표면의 지르코니아 기질시편 (Ra < 0.1㎛)을, 연삭과정을 거쳐 거친 표면의 지르코니아 기질시편 (3.5 ㎛ < Ra < 4.5 ㎛)을 각각 30개씩 제작하였다. 대합치시편 제작을 위해 상악 소구치를 재현한 형태로 Co-Cr 합금, 금합금, Ni-Cr 합금 주조관을 각각 20개씩 제작 후 10개를 임의로 선택하여 활택한 표면의 지르코니아 기질시편과, 나머지 10개는 거친 표면의 지르코니아 기질시편과 대합 시켜 총 6개의 마모시험군 (CS, CR, GS, GR, NS, NR)을 설정하였다. 각 군은 저작재현기를 이용하여 240,000회 저작주기동안 마모시험을 시행하였다. 대합치시편제작에 사용된 Co-Cr 합금, 금합금, Ni-Cr 합금 각각에 대해 5개씩 임의로 선택하여 주괴상태, 마모 전 상태, 마모 후 상태에서 표면경도를 측정하였다. 레이저 3차원 스캐너를 이용하여 대합치시편의 마모량을 측정하였다. 대합치시편과 기질시편의 마모양상에 대한 주사전자현미경 관찰과 금속합금 절단면에 대한 광학현미경 관찰을 시행하고 지르코니아 시편에 대한 X선 회절분석을 하였다. 금속합금의 표면경도를 비교평가하기 위해 이원분산분석과 Scheffe 다중비교를, 대합치시편의 마모량을 비교평가하기 위해 일원분산분석과 Scheffe 다중비교를 시행하였다 (α = 0.05). 연구결과: 동일 상태에서 금속합금 종류에 따른 표면경도는 주괴상태, 마모 전 상태, 마모 후 상태 모두에서 Co-Cr 합금, Ni-Cr 합금, 금합금 순으로 유의하게 감소하였고 (P < 0.01), 금속합금의 상태에 따라 주괴상태, 마모 후 상태, 마모 전 상태 순으로 유의하게 감소하였다 (P < 0.01).마모시험 후 6개의 실험군 (CS, CR, GS, GR, NS, NR)중 단일구조지르코니아에 의한 대합치시편의 마모량은 GR군이 가장 크고, CS군이 가장 적었다 (P < 0.05). CR, GS군의 마모량은 CS군에 비해 유의하게 크나 (P < 0.05), NS군은 CR, GS, CS군과 유의한 차이가 없었다 (P > 0.05). 거친 표면의 단일구조지르코니아는 활택한 표면의 단일구조지르코니아 비해 유의하게 큰 금속합금의 마모량을 보였다 (P < 0.05). 마모시험 후 금속합금의 마모량은 표면경도가 클수록 적은 경향이 있었다. 대합치시편의 마모면 관찰 시 활택한 거칠기의 지르코니아에 대합되는 금합금의 경우에는 판상박리마모의 양상이, 다른 경우에는 마멸성 마모의 양상이 관찰되었으며, 금속합금의 절단면 관찰 시 Ni-Cr 합금에서 석출물 유착이 관찰되었다. 지르코니아시편의 마모면 관찰 시 활택한 표면의 지르코니아의 경우 Co-Cr 합금에 의한 상변이로 추정되는 양상이 관찰되었고, 금합금과 Ni-Cr 합금에 의한 마모양상은 관찰되지 않았으며, 거친 표면의 지르코니아의 경우 모든 금속에 있어서 마멸성 마모의 양상이 관찰되었다. 지르코니아에 대한 X선 회절분석 시 마모 전 연삭된 지르코니아와 마모 후 거친 표면의 지르코니아에서만 단사정 피크가 관찰되었다. 결론: 금속합금 수복물에 대합되는 활택한 표면의 단일구조지르코니아 수복물의 사용은 마모의 측면에서 적절하나, 거친 표면의 단일구조지르코니아 수복물과 대합하는 Co-Cr 합금, 금합금, Ni-Cr 합금 수복물의 마모량은 활택한 표면의 단일구조지르코니아 수복물과 대합하는 경우에 비해 2배 이상이므로 단일구조지르코니아 수복물을 거친 다이이몬드 버로 교합조정한 후에는 충분한 연마가 필요하다.

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초록/요약

Wear behavior of dental alloys opposing monolithic zirconia Min-Sang Cha D.D.S., M.S.D. Department of Prosthodontics, Graduate School, Gangneung-Wonju National University (Directed by Professor Chan-Jin Park D.D.S.,M.S.D., Ph.D., Lee-Ra Cho D.D.S.,M.S.D., Ph.D.) Objective: The aim of this study was to compare the wear behavior of various alloys according to the surface roughness of monolithic zirconia. The surface hardness and metal alloy condition were evaluated to determine the contributing factors to wear behavior. Materials and Methods: Cylindrical monolithic zirconia specimens were fabricated via sintering. Thirty zirconia specimens with a smooth surface (Ra < 0.1 µm) were produced by polishing and 30 zirconia substrate specimens with a rough surface (3.5 µm < Ra < 4.5 µm) were produced by grinding. For the antagonist specimens, 20 maxillary premolar cast crowns of each alloy type were fabricated: Co-Cr, gold, and Ni-Cr. Ten cast crowns of each alloy type were randomly selected to oppose the smooth zirconia specimens, and the remaining 10 opposed the rough zirconia specimens. The specimens were assigned to one of six wear test groups: CS, CR, GS, GR, NS, and NR. A wear test was performed with 240,000 chewing cycles using a chewing simulator. The surface hardness of five Co-Cr, gold, and Ni-Cr alloy specimens were measured in the ingot state, and before and after the wear test. The wear volumes of the antagonist specimens were measured with a laser 3D scanner. A scanning electron microscope was used to evaluate the wear pattern of the antagonist and substrate specimens, and an optical microscope was used to observe the cutting planes of the metal alloys. X-ray diffraction analysis was performed to evaluate the phase transformation of the zirconia specimens. To compare the surface hardness among the metal alloy specimens, a two-way ANOVA and Scheffe’s multiple comparison test were used. For comparison of wear volumes among the antagonist specimens, a one-way ANOVA and Scheffe’s multiple comparison test were used (α = 0.05). Results: The surface hardness of the metal alloy specimens under each of the three conditions (ingot state, and before and after the wear test) decreased as follows: Co-Cr > Ni-Cr > gold (P < 0.01). The surface hardness significantly decreased in the order of ingot state > after wear test > before wear test (P < 0.01). With regard to the wear volume of the antagonist specimens, Group GR exhibited the largest wear volume, while Group CS exhibited the smallest (P < 0.05). While the wear volumes of Groups CR and GS were significantly larger than that of Group CS (P < 0.05), that of Group NS was not significantly different from that of Groups CR, GS, and CS (P > 0.05). The rough monolithic zirconia specimens had significantly larger wear volumes of the antagonist specimens compared to that of the smooth specimens (P < 0.05). The amount of wear of the antagonist specimens tended to decrease as the surface hardness of the metal alloy specimens increased. Examination of the worn surfaces of the antagonist specimens revealed a delamination wear pattern for the gold alloy crowns that opposed the smooth zirconia specimens, while an abrasive wear pattern was observed for all the other antagonist specimens. Precipitate coalescence was observed in the cutting planes of the Ni-Cr alloy specimens. Patterns indicating phase transformation were observed only in the worn surfaces of the smooth zirconia specimens that opposed the Co-Cr alloy crowns. Wear pattern due to gold or Ni-Cr alloy was not observed in the other smooth zirconia specimens, while an abrasive wear pattern was observed in all the rough zirconia specimens. Furthermore, X-ray diffraction analyses revealed that zirconia specimens that were grinded before wear and those that had rough surface after wear showed monoclinic peaks, regardless of the type of metal alloy composing the antagonist crowns. Conclusions: Monolithic zirconia restorations with smooth surfaces can oppose metal alloy restorations appropriately in terms of wear. However, the wear volumes of all the alloy restorations (Co-Cr, gold, and Ni-Cr) opposing the rough monolithic zirconia restorations were more than twice that of those opposing the smooth monolithic zirconia surfaces. Therefore, monolithic zirconia restorations with rough surfaces following occlusal adjustment should be sufficiently polished.

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목차

문헌고찰 --------------------------------------------------------- 1

I. 서론 ----------------------------------------------------------- 18

II. 연구재료 및 방법 ---------------------------------------- 22

III. 연구결과 --------------------------------------------------- 46

IV. 총괄 및 고안 --------------------------------------------- 77

V. 결론 ---------------------------------------------------------- 87

참고문헌 -------------------------------------------------------- 89

영문초록 ------------------------------------------------------- 103

국문초록 ------------------------------------------------------- 107

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