disclaimer -...
TRANSCRIPT
저 시-비 리- 경 지 2.0 한민
는 아래 조건 르는 경 에 한하여 게
l 저 물 복제, 포, 전송, 전시, 공연 송할 수 습니다.
다 과 같 조건 라야 합니다:
l 하는, 저 물 나 포 경 , 저 물에 적 된 허락조건 명확하게 나타내어야 합니다.
l 저 터 허가를 면 러한 조건들 적 되지 않습니다.
저 에 른 리는 내 에 하여 향 지 않습니다.
것 허락규약(Legal Code) 해하 쉽게 약한 것 니다.
Disclaimer
저 시. 하는 원저 를 시하여야 합니다.
비 리. 하는 저 물 리 목적 할 수 없습니다.
경 지. 하는 저 물 개 , 형 또는 가공할 수 없습니다.
공학석사학 청구논문
치과용 지르코니아 세라믹스의
기계 성질과 미세조직
MechanicalPropertiesandMicrostructureofZirconia
CeramicsforDentalapplication
2010年 2月
인하 학교 공학 학원
재료 공학과
조 정 섭
공학석사학 청구논문
치과용 지르코니아 세라믹스의
기계 성질과 미세조직
MechanicalPropertiesandMicrostructureofZirconia
CeramicsforDentalapplication
2010年 2月
지도교수 조 원 승
이 논문을 석사학 논문으로 제출함
인하 학교 공학 학원
재료 공학과
조 정 섭
본 논문을 조정섭의 석사학 논문으로 인정함
2010年 2月
主 審 111111111111111
副 審 111111111111111
委 員 111111111111111
요약····································································· Ⅰ
Abstract································································· Ⅱ
1.서론·································································· 1
2.이론 배경························································· 5
2.1생체재료 ························································· 5
2.2바이오 세라믹 ·················································· 8
2.2.1알루미나 세라믹스 ·········································· 11
2.2.2지르코니아 세라믹스 ······································· 11
2.2.3유리 결정화 유리 ······································· 13
2.2.4인산칼슘계 세라믹스 ······································· 13
2.3지르코니아 치과 재료 특성 ································ 14
3.실험방법····························································· 16
3.1ZrO2세라믹스의 제조·········································· 16
3.2물성 측정························································ 18
3.2.1 도 측정······················································ 18
3.2.2이축강도 측정················································· 20
3.2.3탄성계수 측정················································· 22
3.2.4경도 측정······················································ 24
3.2.5 괴인성 측정 ··············································· 24
3.2.6SingleedgeV-notchedBeam 법··························· 27
목 차
3.2.7Controlledsurfaceflaw 법································· 29
3.2.8Indentationstrengthinbending법······················· 29
3.3미세구조 분석 ··················································· 30
4.결과 고찰························································ 31
4.1XRD분석························································· 31
4.2이축강도 측정···················································· 31
4.3탄성계수 비커스 경도 측정································ 31
4.4 괴인성 측정···················································· 36
4.5SEM을 이용한 미세구조 찰································· 41
5.결론·································································· 46
REFERENCES························································· 47
감사의 ······························································· 50
- I -
요 약
괴인성은 치과용 세라믹 재료에서 요한 기계 성질이다.세라믹의 괴
인성을 측정하는 방법 가장 신뢰할 만한 방법 하나는 single edge
V-notchedbeam (SEVNB)법이다.본 연구는 지르코니아 3Y-TZP계 세라믹
복합재료의 미세조직과 물성에 한 조사는 물론이고 괴인성 측정법 의존
성을 조사하는 것을 목 으로 하 다.3Y-TZP분말에 20vol%의 Al2O3를 첨
가한 3Y-TZP세라믹스를 1550oC에서 2시간 소결하여 제조하 다.SEVNB법
으로 3Y-TZP세라믹스의 괴인성을 측정한 결과 20vol%의 Al2O3를 첨가한
경우 괴인성은 감소하 다. SEVNB법에 의한 괴인성 측정결과를
indentation fracture(IF),indentation strength (IS) controlled surface
flaw (CSF)법으로 측정한 시험결과들과 비교하 다.탄성계수,이축굽힘강도
경도는 20vol%의 Al2O3를 첨가함으로써 증가하 다.미세조직 찰에 근
거하여 3Y-TZP계 세라믹 복합재료의 괴인성 기구에 해서도 고찰하 다.
- II -
Abstract
Fracturetoughnessisan importantmechanicalpropertyofthedental
ceramics.One ofthe mostreliable methodsto evaluate the fracture
toughnessofceramicsisthesingleedgeV-notchbeam (SEVNB)method.
Theobjectiveofthestudyistoinvestigatethedependencyofevaluating
method on fracture toughness of3Y-TZP based ceramic composite.
3Y-TZPand20vol% Al2O3toughened3Y-TZPceramicswerepreparedby
sinteringat1550̊C for2h.ThefracturetoughnessmeasuredbySEVNB
methoddecreasedbyadding20vol% Al2O3.Theresultswerecompared
with the fracture toughness values measured by differentevaluating
methodssuchasindentationfracture(IF)method,indentationstrength(IS)
inbendingmethod,andcontrolledsurfaceflaw (CSF)method.Young’s
modulus,biaxialflexuralstrength,andhardnessalsoincreasedbyadding
20vol% Al2O3.Basedonthemicrostructuralobservation,thetoughening
mechanismswerealsodiscussedforthe3Y-TZPbasedceramiccomposite.
- 1 -
1.서 론
생체재료는 조직의 기능을 체하기 하여 체내에서 간헐 는 지속 으
로 주 조직과 직 하며 체액에 노출되는 인공 인 물질로서 생체의
기능을 치환 체하기 해 사용되는 물질을 의미한다.생체재료를 사용하여
손상된 신체의 일부의 형태나 기능을 회복시키기 한 노력은 기원 부터
시작되어 재에는 매우 다양한 종류의 생체재료가 개발되어 사용되고 있다
1-20).1920년 부터 사용되기 시작한 스테인 스 강과 코발트-크롬 합 은
표 인 골격계용 생체재료이며 1960년 부터는 면역반응을 비교 덜 일
으키는 세라믹이 주목을 받게 되어 합성 수산화아 타이트는 재 임상에서
골수복 재료로서 범 하게 사용되고 있다.지 까지 주로 사용된 생체 재
료는 스테인 스강,Co-Cr합 ,Ti합 등 내부식성을 갖는 속 재료나
PMMA,고 도 폴리에틸 등 생체내에서 비교 안정한 고분자 재료가 이
용되어 왔다.그러나 이러한 재료들은 생체 조직과 좋은 친화성을 나타내지
못한다.그러나,생체 련 바이오 세라믹스는 우수한 생체 친화성을 가지며
인공 나 치과재료 등의 경조직 체용 기능재료 등으로 이용된다.
생체 련 바이오 세라믹스는 생체 활성 세라믹스와 생체 불활성 세라믹스
로 구별된다.먼 생체활성 세라믹스의 경우,생체내에 매립돼 주 에 섬유
성 피막을 만들지 않고 와 직 하여 강한 화학결합을 이루는
것으로 바이오 래스(bioglass)와 수산화아 타이트가 있다.다음으로,생체
불활성 세라믹스는 생체활성 세라믹스와는 달리 생체 내에서 와 직 화
학결합을 형성하지 못하지만 매우 얇은 섬유성 피막을 경계로 결합한다.생
체불활성 세라믹스는 고분자나 속에 비해 내마모성,내열성,내약품성 등
의 기계 특성과 화학 안정성,생체안정성이 우수하며 표 인 는 알
루미나(단결정,다결정),부분안정화 지르코니아 등이 있다1,2,4).
알루미나는 단단하고 내마모성이 뛰어나며 압축강도도 높기 때문에 많은
하 이 걸리는 인공고 (hipjoint)의 골두로서 실용화되어 리 이용되고
있다.알루미나는 생체내에서의 강도 하도 고 화학 으로도 안정하여 지
까지의 속제 골두에서 문제가 되었던 장기간 사용도 가능하게 다.
- 2 -
지르코니아는 신체의 와 가장 유사한 재료로 인공 엉치 나 로 주로
이용돼 왔으나 최근 컴퓨터를 이용해 제품을 설계하는 캐드캠(CAD/CAM)
기술의 발달로 임 란트에도 용되기 시작했다.1990년 치과용으로 도입
된 지르코니아는 2000년부터 보철물의 코어,임 란트 지주 (어버트먼트)
등으로 확 되고 있으며,지르코니아 시장도 년간 12% 정도 성장하고 있다.
캐드캠으로 정 하게 깎인 지르코니아 덩어리는 각각 뿌리 역할을 하는 치
근,뿌리와 치아를 연결하는 지 주,인공치아로 만들어진다.기존에는 속
을 이용해 지 주와 치근을 만들어 왔기 때문에 속 알 르기가 있는 사람
들에게서 침분비가 평소보다 많아지거나 어드는 상이 나타나는 단 이
있으며,심미 인 이유로 속 에 세라믹을 부착하는 방식도 있지만 속
에 부착된 세라믹이 깨져 속이 노출되는 문제 도 있었다.그러나 지르코
니아는 도율이 낮아 열을 잘 차단하고,강도도 높아 입안에서 힘을 많이
받는 어 니 부 에도 가능한 재료다.무게는 기존 보철의 3분의 1이며,비
속이므로 잇몸이 변색되는 부작용도 나타나지 않는 장 을 가지고 있다.
지르코니아는 잘 알려진 바와 같이 세 가지 결정상을 갖고 있다.순수한 지
르코니아는 Fig.1에 나타낸 바와 같이,상온에서부터 약 1170℃까지 단사정
상(m)으로 안정하다가 2370℃까지 정방정상(t)으로 존재하고 그 이상의 온도
에서 입방정상(c)으로 이하여 안정하다가 약 2700℃ 근처에서 용융된다.
정방정상은 냉각시 1070℃에서 단사정상으로의 상변태를 일으키면서 부피팽
창(약 3-5%)을 한다1).이 때문에 순수한 지르코니아를 소결하면 부피팽창에
따른 응력에 의해 상온에서 괴가 된다.상온에서 안정한 정방정상을 얻기
해서는 Y2O3나 CeO2와 같은 안정화제를 첨가하는데 이들 첨가제의 역할
은 정방정→단사정 상 이 온도를 상온이하로 낮춤으로 해서 상온에서 정방
정상이 안정화 되게 한다.TZP는 인장응력에 의해 안정상인 정방정상이
안정한 단사정상으로의 상변태 즉 응력유기상변태에 따른 인성강화기구에
의해 높은 강도와 인성을 갖게 된다.Y2O3가 첨가되어 안정화된 TZP(Y-TZP)
는 100-400℃ 온도범 에서 장시간 유지시킬시 단사정상으로의 자발 인 상
변태가 일어나며 이에 따라 강도가 격히 하되는 온열화 상(Low
TemperatureDegradation)3,21)이 나타나기 때문에 응력지지용 생체세라믹스
로의 안정성에 의문이 제기되어 왔다.최근, 온열화는 정방정 지르코니아
- 3 -
내에 존재하는 산소공공의 확산에 의해 일어나는 것으로 보고되었다.즉,
온열화는 온열화온도 역에서 산소공공이 결핍된 소결체 표면에서부터 내
부로 확산되어 산소공공이 결핍된 소결체 표면의 정방정상 격자들은 산소이
온의 과 화에 따라 뒤틀리게 되고 이를 이완시키기 해 단사정상으로의
이가 일어나는 상이다.따라서 온열화를 방지하기 해서는 산소공공
이 생기지 않으면서도 정방정상을 안정화시킬 수 있는 안정화제를 사용하거
나(즉,CeO2,YNbO4,YTaO4)Al2O3와 같이 격자 이완을 방해하는 입자첨가
에 의한 복합체화나 소결체 입경을 최소화하여 격자 뒤틀림에 의한 응력을
최소화 는 Y2O3첨가량을 증가시켜 정방정상의 안정성을 높이는 방법들
이 있다. 온열화가 없으면서도 높은 강도와 인성을 갖는 지르코니아에
한 지속 인 연구가 요구된다.
한편,지르코니아를 치과재료로 응용하기 해서는 세라믹 재료의 신뢰성의
척도가 되는 괴인성을 정확히 평가할 필요가 있다.지르코니아 세라믹스의
괴인성과 련한 종래의 연구동향을 살펴보면,Al2O3입자 첨가에 따른
괴인성의 변화경향이 서로 다른 것을 알 수 있다.즉,Shietal.에 따르면
3Y-TZP/Al2O3의 괴인성은 10vol% Al2O3를 첨가했을 때 증가했고,높은
Al2O3함량에서는 감소했다.반면에 Santosetal.에 따르면 Al2O3첨가에 의
한 괴인성의 뚜렷한 변화가 없었다.이러한 차이가 발생한 이유는 다음과
같다.(1)결정립 크기,공극률,순도,Al2O3의 입자 크기 등과 같은 다른 미
세구조,(2)다른 괴인성 평가방법의 사용이다.
지 까지 많은 괴인성 평가방법이 발달되어 왔다.그 가장 신뢰성 있
는 평가방법 하나는 singleedgeV-notchedbeam (SEVNB)법이다.
따라서 본 연구에서는 SEVNB법에 의해 3Y-TZP/Al2O3복합재료의 괴인성
을 평가하고 indentation fracture (IF),indentation strength in bending
(ISB),controlledsurfaceflaw (CSF)법과 비교하는 것을 연구목 으로 하
다.
- 4 -
Fig.1.ThephasetransformationofZrO2.
- 5 -
2.이론 배경
2.1생체 재료(Biomaterial)
생체재료는 조직의 기능을 체하기 하여 체내에서 간헐 는 지속
으로 주 조직과 직 하며 체액에 노출되는 인공 인 물질로서 생체
의 기능을 치환 체하기 해 사용되는 물질을 의미한다.그 사용은 일회용
주사기에서 인공심장용 재료에 이르기 까지 범 하게 이용되고 있다.이러
한 생체 재료로는 구분자를 포함하여 속 세라믹과 복합재료 등이 여기에
속한다.
이들 재료는 재 치과분야나 의학분야에서 다양하게 사용되고 있다.이들
재료는 모두 인체에 한 친화성 는 생체 합성이 우수한 재료를 칭하며
이들 재료가 사용될 수 있는 곳은 재의 생체재료나 의학기술로 생체내의
조직이나 기 뿐이다.그 에서도 비교 구조가 간단한 조직이나 장기에
사용되며 비교 시술이 용이한 치과,정형외과,성형외과,그리고 이비인
후과 등의 역에 우선 으로 사용되고 있다.Table1에서 나타낸 것은 재
1년간 미국에서 사용 하고 있는 생체재료의 수량이다.
인간의 경우 나이가 들면서 노화로 인해 생체조직이 낡고,약해질 뿐만 아
니라 교통사고 등과 같은 사고의 발생으로 인체의 장기가 손될 수 있다.
이 게 손상 받은 장기의 가능을 일부나마 회복시키기 하여 인간은 인공
생체 이식 재료를 생각하게 되었고, 재 40여 가지의 재료를 이용하여 50여
가지의 이식재료가 소개되고 있다.허나 인간이 만드는 것인 만큼 수백만 년
의 진화에 의해서 이루어진 본래의 생체 장기를 완벽하게 신하기는 힘든
일이다.그럼에도 불구하고 되도록 가장 본래 기능과 가까운 재료를 만들어
내는 것이 생체 재료를 연구하는 사람들의 목 일 것이다.
Fig.2에서는 인체내에서 사용 할 수 있는 생체재료를 나타내고 있다.
- 6 -
Table1.생체재료의 사용수량 (1년,미국)
Medicaldeviceexamples Numbersofdevices(U.S.)
Intraocularlenses 2,500,000
Contactlenses 30,000,000
Vasculargrafts 300,000
Heartvalves 100,000
Pacemakers 400,000
Bloodbags 40,000,000
Breastprostheses 250,000
Catheters 200,000,000
Heart-Lung(Oxygenators) 300,000
Coronarystents 1,500,000
Renal dialysis (number of
patients)320,000
Hipprostheses 250,000
Kneeprostheses 250,000
Dentalimplants 910,000
- 7 -
Fig.2.인체내에서 생체재료를 응용 할 수 있는 부분.
- 8 -
2.2 바이오 세라믹스(Bioceramic)
무기물질인 세라믹스는 종래에는 우리 몸(생체)과는 아무 계도 없는 것
으로 인식되어 왔다.그러나,1970년 랑스의 정형외과 의사인 Boutin은 처
음으로 소결 알루미나를 인공 고 의 골두와 소켓부 에 사용하여,이것
에 의해 인공 의 마찰계수와 마모속도를 하게 감시킬 수 있다는
것을 밝 내었다.같은 해,미국의 Hench는 Na2O-CaO-SiO2-P2O5계의 유리
를 사용하여 인공재료 에서도 살아 있는 생체 와 자연스럽게 결합하는
재료가 있다는 것을 밝 내었다.
이 결과들은 세라믹스가 생체기능의 수복에 있어서 다른 재료로써는 할
수 없는 역할을 할 수 있다는 것을 분명하게 한 것이다.이후,생체 기능의
수복에 을 맞춘 세라믹스의 개발이 행해져, 재에는 수복뿐만 아니
라 치아 수복에 있어서도,더욱이 암 치료에 있어서도 요한 역할을 담당할
수 있게 되었다.따라서 앞 에서도 언 한 것처럼 우리 몸의 손상된 기능
을 수복하고 치료할 목 으로 사용되는 세라믹스를 바이오세라믹
(bioceramic)이라고 한다.
먼 ,바이오세라믹으로 알려진 재료들을 성분을 심으로 별하면 알루
미나(Alumina,Al2O3),지르코니아(Zirconia,ZrO2),유리(Glass)혹은 유리
matrix속에 열처리에 의해 결정을 석출시킨 결정화 유리(Glass-ceramics),
수산아 타이트(hydroxyapatite, Ca10(PO4)6(OH)2)나 TCP(Tricalcium
Phosphate,3CaO·P2O5)와 같은 인산칼슘(Calicium Phosphates)계 세라믹
스 등으로 나 수 있으며 각각의 특성을 Table2에 나타내었다.Table3은
그 에서 상 으로 요한 바이오 세라믹스 재료의 기계 성질을 나타
내었다.
- 9 -
Table2.생체기능 생체세라믹스의 종류,응용,특징
생체 세라믹스 응용 특징
생체불활성 세라믹스
▪알루미나 (Al2O3),치근,
,두개골고강도
▪지르코니아 (ZrO2:Y2O3) ,치근 고강도
▪질화규소 (Si3N4),치근,
,두개골고강도
▪MgO-Al2O3-TiO2-SiO2결정화
유리▪탄소재료 인
생체활성 세라믹스▪생체유리
Na2O-CaO-SiO2-P2O5계와 착( 강도)
▪수산아 타이트
Ca10(PO4)6(OH)2, 충진제 와 착( 강도)
▪아 타이트 결정화유리
Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5
계
와 착
▪A-W 결정화유리
MgO-CaO-SiO2-P2O5계
와 착( 강도)
가공성이 있음▪ 속함유결정화
Na2O-K2O-MgO-CaO-Al2O3-Si
O2-P2O5계
와 착,
가공성이 좋음
▪CaO-P2O5계결정
(3CaO·P2O5)와 착
▪CaO-Al2O3-P2O5다결정체 치근 고강도
- 10 -
Table3.여러 가지 생체세라믹스의 기계 성질
Material
Toughness
(KIC,
MPa·m1/2)
Threshold
(KI0,
MPa·m1/2)
Streng
th
(MPa)
Vickers
hardness
(Hv)
Alumina 4.2 2.4400-60
01800-2000
Zirconia 5.4 3.5 1000 1200-1300
A10Z0Y 5.8 4700-90
01800
Hydroxyapatite 0.9 0.6 50-60 500
Tricalcium phosphate 1.3 0.8 50-60 900
Mg-PSZ 8 6 600 1000
12Ce-TZP 7.8 5.1 700 1000-1100
Micro-nano-alumina-zi
rconia6 5 600 1800
Nano-nano-Ce-TZP-alu
mina8.4 4.6 900 1300
Siliconnitride 10 ? 1000 2500
- 11 -
2.2.1알루미나 세라믹스
알루미나 세라믹스는 고강도,뛰어난 내마모성을 지니며,화학 으로도 안
정한 재료로서,생체 조직에 해서는 불활성(bioinert)인 특성을 나타낸다.
이러한 특성 때문에 인공 ,인공골,인공 치근 등의 생체의 경조직(hard
tissue)을 기능 ,형태 으로 수복하는 임 란트(implant)재료로서 가장 오
랜 기간의 임상 실 ,많은 임상 응용 를 가지고 있다.
특히,인공 구동면에 고분자량 폴리에틸 (UltraHigh Molecular
WeightPolyEthylene,UHMWPE)과 조합하여 사용하는 경우, 속과 폴리
에틸 의 구동조합의 경우와 비교하여,폴리에틸 의 마모량이 고,인공
그 자체의 내구성의 향상이 기 될 뿐만 아니라,폴리에틸 의 마모분
(weardebris)이 가져오는 유해성을 경감시킬 수 있다는 것이 임상 으로 알
려져 있다.
2.2.2지르코니아 세라믹스
지르코니아 세라믹스는,알루미나처럼 생체비활성(bioinert)한 재료로 알려
져 있고,최근 그 고강도,고인성의 특징 때문에 주목되고 있다.그러나,알
루미나에 비해 아직 생체재료로서의 역사가 짧고,공학 인 연구는 되어 있
지만 생체 인 연구 데이터는 알루미나만큼 많지 않아 훗날 알루미나를
체할 수 있다고 기 되는 재료이다.Table4에 지르코니아 세라믹의 물성을
정리하여 나타내었다.
- 12 -
Table4.SelectedphysicalpropertiesofZrO2.
Ceramics
PropertyZrO2
Theoreticaldensity(g/cm3)
6.1(tetragonal)
5.35(monoclinic)
Poisson'sratio 0.3(monoclinic)
Hardness
(HV,GPa)
12(tetragonal)at20oC
and1000oC
Toughness
(KIC,MPa․m1/2)
5-10(tetragonal)
1(monoclinic)
Thermalshockresistance
(ΔT,℃)4(tetragonal)
Thermalconductivity
(W/m·K)2at1000
oC
Young'smodulus
(GPa)2400
Meltingpoint
(℃)2400
Coeff.thermal
expansion(℃-1)
[0~1000℃]
12×10-6(tetragonal)
15×10-6(monoclinic)
- 13 -
2.2.3유리 결정화유리
일반 으로 인공 재료를 의 결손부에 매입하면,생체는 이것을 섬유성
피막으로 둘러싸 주 의 로부터 격리시키려 한다.그러나,무기 고체물질
에는 이러한 섬유성의 피막을 만들지 않고 주 의 와 직 강하게 하
여 그것과 강한 화학결합을 하는 것이 있다.이런 종류의 세라믹스는 생체활
성 세라믹스라 한다.
지 까지 앞서 언 한 Na2O-CaO-SiO2-P2O5계 유리(Bioglass™)외에,여
러 종류의 유리 결정화 유리가 와 결합하는 것이 알려져,그 의
Bioglass™는 단시간에 와 결합하는 특성을 살려 인공 이골과 치주 충
진재 등으로 사용되고 있다. 유리 에 산소-불소아 타이트
(Ca10(PO4)6(O,F2))와 β-wollastonite(CaO·SiO2)를 석출시킨 MgO-CaO-SiO2-
P2O5-CaF2계 결정화 유리 A-W가 기계 강도(215MPa의 곡강도)와 골결합
속도가 뛰어난 을 살려 인공 추체,추간 ,장골,충 제 등으로 이미 실용
화되어 있다. 그 후 Ceravital이라고 불리는 유리 에 아 타이트
(Ca10(PO4)6(O,F2))를 석출시킨 Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5계 결정화유리,
A-W와 약간 조성이 다른 아 타이트와 wollastonite를 석출시킨
Ilmaplant-L1, 아 타이트와 운모((Na,K)Mg3(AlSiO10)F2)를 석출시킨
Na2O-K2O-MgO-CaO-Al2O3-SiO2-P2O5-F계 결정화 유리 Bioverit,유리 에
magnetite(Fe2O3)와 β-wollastonite를 석출시킨 결정화 유리 등이,섬유성 피
막을 만들지 않고 와 직 강하게 결합하는 성질 즉,생체활성을 나타내는
것으로 알려져 있다.
2.2.4인산칼슘계 세라믹스
생체재료로 사용되는 인산칼슘계 세라믹스는 부분이 인체의 결손조직의
체 재료로서 조직기능의 회복을 목 으로 이용되고 있다.특히,인체의 ,
상아질,에나멜질 등의 경조직을 구성하는 무기성분이 칼슘과 인으로 이루어
진 화합물이라는 사실에 착안하여,여러 종류의 형상을 가지는 인산칼슘계
세라믹스가 개발되어 왔다.그러나,인산칼슘 세라믹스의 Ca/Pratio,탄산이
- 14 -
온 농도 는 결정성 등은 제조방법 합성조건에 따라 모두 달라지므로,
결과 으로 임 란트로서 체내에 매입하 을 경우 체액과의 반응이 다르기
때문에 골 수복능력에 차이를 보이는 것으로 생각된다.결정성의 수산아 타
이트(Ca10(PO4)6(OH2))소결체는 성분 이외의 것은 함유하지 않는다는 ,
결정성의 β-3CaO·P2O5소결체도 와 체될 수 있다는 을 각각 살려 골
충 재로 이용되고 있다. 한 아 타이트 단독으로 바이오 세라믹스로서의
용도는 기계 강도가 낮아 고강도가 요구되지 않는 골 충 제로서의 이용
가 많다.
2.3지르코니아 치과 재료 특성
지르코니아의 치과 재료 특성은 다음과 같다.
◈ 높은 인장강도 내구성
-Bridge제작의 견고함과 안정성(Max8unitBridge)
- 속 Core의 두께( 치기 :0.4~0.5mm)로 최상의 shade표
- 구 인 마모 항성,고강도로인하여 변형 험 음
-연결부 견고,안정된 형태로 구강에 반 구 인 사용
◈ 탁월한 생체친화성(Biocompatibility)
-생체 친화 인 재료로 알 르기 테스트에서 무결성을 나타내며 Plague
가 생기지 않음
*Cementation에 쓰이는 종류에 계 없으나,Resin계열 Cement에 탁월
한 효과를 나타냄
◈ 심미 특성
-산란 을 통과시키는 투 성이 있으므로 치아와 유사한 색을 표
-극미량(0.1% 이내)의 Coloringadditives첨가하여 coreshade를 다양하
게 표
-자연 인 반투명성으로 상아질과 에나멜질을 손쉽게 재
- 15 -
◈ PorcelainPowder와 Zirconia결합력 우수
-기존 PFM(G)은 속의 팽창성과 Porcelain수축 불일치로 인한 Crack
발생이 가능하지만 Zirconia용 Powder는 모든 Powder와 열팽창계수와 동일
하게 팽창하므로 Crack이 히 감소
참고로,지르코니아 보철재료를 다른 치과용 보철재료와 비교한 특성을 정리
하여 Table5에 나타내었다.
Table5.치과용 보철재료의 특성 비교
종 류 Strength(MPa) 투 성 색상 내구성
Empress 300 매우우수 조 가능 약함
In-Ceram 450 보통 조 가능 약함
Titanium 600 없음 속 택 산화
Metal 750 없음 속 택 산화
Zirconia 1000 우수 조 가능 매우우수
- 16 -
3.실험방법
3.1ZrO2세라믹스의 제조
3mol%의 Y2O3가 도핑된 안정화 ZrO2(>99.7%,90nm,Tosoh,Japan,이
후 3Y-TZP라 표기)와 Al2O3(99.99%,0.33㎛,Sumitomo,Japan)를 출발원료
로 사용하 다.Fig.3에 나타낸 바와 같이 시약병(500ml)에 3Y-TZP분말
각각 0~30vol%의 Al2O3를 첨가하여 ZrO2볼(dia.10mm)과 에탄올을 넣
은 후 24시간 동안 볼 링하 다.3Y-TZP (6.08 g/cm3)와 Al2O3(3.97
g/cm3)와의 비 차로 인한 분말 건조과정에서의 력 편석을 방지하기
해,슬러리를 hotplate와 교반기를 동시에 사용하여 가열 건조하 다.이
게 제조된 혼합분말을 25mesh이하로 체질하고 100MPa의 압력하에서 일
축가압하여 성형체를 제조하 다.그리고,150MPa의 압력하에서 정수압 성
형을 실시한 후 1500℃에서 2시간 동안 공기 에서 상압소결하 다.
소결 후 다이아몬드 휠(220grit)을 이용하여 연삭한 뒤 1㎛ 다이아몬드 페이
스트를 이용하여 연마하여 3×4×40mm 크기의 사각형 시편과 직경 16mm,
두께 1.2mm의 디스크 모양의 시편을 제조하 다.일부 시편은 연삭시 발생
하는 잔류응력을 측정하기 해 연마한 후에 1200℃에서 1시간 동안 어닐링
하 다.
- 17 -
Fig.3.Flow chartofexperimentalprocedure.
- 18 -
3.2물성 측정
3.2.1 도 측정
Archimedes원리를 이용한 라핀 함침법을 이용하여 부피비 (Db)을 측정
하게 되는데,각 시편을 라핀 내에서 기포가 발생하지 않을 때까지 가열하
여 라핀을 함침시킨 후 공기 무게 수 무게를 측정하여 다음 식에
의해 계산되어진다.Fig.4에 도 측정 모식도를 나타내었다. 한,각 시편
의 이론 도에 한 상 도(%,relativedensity)는 구해진 부피비 과 이
론 도(Dth)의 비로써 계산하 다.단,이론 도는 원료분말의 조성과 성분원
소의 도로부터 혼합법칙(ruleofmixture)을 이용하여 계산하 다.
Db=W d
W sat- W susp× ρ
1
여기서,
Wd:시료의 공기 건조 무게 (g)
Wsat : 라핀을 함침시킨 시편의 공기 무게 (g)
Wsusp : 라핀을 함침시킨 시편의 수 무게 (g)
ρ1:물의 도
% Relativedensity=Db
Dth
×100
- 19 -
철사
비 커
철사 받침대
저울
시편
증류수
비 커 받침대
Fig.4.Schematic diagram for the relative density by
Archimedesmethod.
- 20 -
3.2.2이축강도 측정
각 시편(디스크 모양)의 양면은 다이아몬드 휠을 사용하여 연마한 다음,다
이아몬드 페이스트를 이용하여 경면연마를 실시하 다.시편의 두께와 직경
은 마이크로미터로 측정하여 직경 (20.0±0.1)mm,두께 (1.2±0.1)mm의 디스
크 모양 시편을 제조하 다.시험편들은 직경 12mm의 원주상에 균등히
치한 3개의 강구(지름 3.2mm) 에 치시키고 pin(지름 1.6mm)으로 하
을 가하 다(Fig.5).이 때,crossheadspeed는 0.5mm/min이었다.만능시
험기(3342,Instron)를 이용하여 ASTM standardF394-78(1991)의 강도 시험
방법22)에 따라 시편이 괴될 때까지의 최 하 (N)을 측정하여 아래의 계
산식에 따라 이축강도를 계산하 다.
S:최 심 인장 응력
P:시험편이 괴되었을 때의 최 하 (N)
X:(1+ν)ln(B/C)2+[(1-ν)/2](B/C)2
Y:(1+ν)[1+ln(A/C)2]+(1-ν)(A/C)
2
ν :Poisson'sratio A:지 원 반경 (mm)
B:실린더 반경 (mm) C:시편 반경 (mm)
d: 괴 시작 에 있는 시편 두께 (mm)
- 21 -
Fig.5.Schematicdiagram forbiaxialbendingtest.
- 22 -
3.2.3탄성계수 측정
시편의 탄성계수(Young'smodulus)는 Grindosonic(J.W.Lemmens,MK5)
를 사용하여 다음 식에 의해 계산되어진 동 탄성계수(꺾임 공진법)23)를 10
회 측정한 값을 평균하여 구하 다.Fig.6에 측정의 모식도를 나타내었다.
E R= 0.9465×M⋅ f
2
w× (
L r
t)3
×[1+ 6.59 (tL r
)2
]
여기서,
ER :꺾임 공진법에 의한 률(N/m2)
M :시편의 무게(kg)
f :꺾임 공진의 1차 공명 진동수(Hz)
W :시험편의 비(m)
LT :시험편의 길이(m)
t :시험편의 두께(m)
- 23 -
Fig. 6. Schematic diagram for measuring the Young's
modulus.
- 24 -
3.2.4경도 측정
각 시편의 경도(HV)는 Microhardness tester (Wilson Instruments,
TUKON Model300)를 사용하여 KSL160324)에 의해 측정하 다.이때 하
과 비커스 압자 압입 시간은 98N과 30 로 하 고 5회 측정하여 평균값
을 구하 다.Fig.7에 비커스 경도 측정 모식도를 나타내었다.
HV =1.854×P
d2
여기서,
HV :비커스 경도 (kg/mm2)
P :시험 하 (kg)
d :압흔 각선 길이의 평균 (mm)
3.2.5 괴인성 측정
시편의 괴인성(KIC)은 압자 압입법 (indentationfracturemethod;IF법)25)
을 사용하여 측정하 다.
압자 압입법은 각 시편의 압입면을 경면연마한 후 Microhardness
tester(WilsonInstruments,TUKON Model300)를 사용하여 98N의 하 으
로 Fig.8의 (b)와 같은 Vickers압흔을 도입한 후 다음 식25)에 의해 한 시편
당 5회 측정한 후 평균하여 괴인성값을 측정하 다.
KIC = 0.203(c/a)- 3/2
⋅ HV⋅a1/2 (mediancrack)
여기서,
KIC: 괴인성 (MPa․m
1/2)
a :압입흔 각선 길이 평균의 반 (m)
c :균열길이 평균의 반 (m)
HV :비커스 경도 (MPa)
- 25 -
Fig.7.SchematicformeasureofVickershardness
- 26 -
2a
l l
p
2a
p p
2c
c
2a
2c
(a) (b) (c)
Fig.8.Schematic diagram for crack morphology using
indentationfracturemethod.
(a)Palmqvistcrack
(b)Mediancrack
(c)Lateralcrack
- 27 -
3.2.6SingleedgeV-notchedBeam법
SEVNB법은 연마한 시편과 어닐링한 시편을 사용하여 실시하 다.시편은
3×40mm의 표면에 다이아몬드 커 휠 (두께 :약 0.25mm)을 사용하여 미
리 노치를 도입했다.ISO표 26)에 따르면 노치의 깊이는 략 0.5mm이다.
본 연구에서는 Fig.9에 나타낸 바와 같이 면도칼을 이용하여 비균열
(V-notch)을 도입하기 한 장치를 고안하 다.V-노치의 끝부분 반지름은
SEM에 의해 측정되었다.정확한 KIC 측정을 해 노치의 끝부분 반지름과
시편의 깊이는 각각 20㎛와 0.8mm보다 작게 유지하 다.
SEVNB법에 사용된 식은 다음과 같다.
×
×
σ: 괴강도(MPa)
P: 괴가 일어났을 때 하 (MN)
b:시편의 두께 (mm)
w :시편의 폭 (mm)
S1,S2:4 굽힘강도 치구 이용시 span 사이의 거리 (S1>S2)
- 28 -
Fig.9.ApparatustointroducesharpV-notchusingarazor
blade.
- 29 -
3.2.7Controlledsurfaceflaw법
비커스 압자를 시편 표면에 압입해서 반타원형 균열을 발생시켜,3 는
4 굽힘에 의해서 시편을 괴하고 굽힘강도와 면 찰에 의해 구한 균열
의 치수에서 다음 식을 사용하여 KIC를 산정하 다.27)
: 괴응력
a:타원균열의 단축의 반 (균열의 깊이)
2c:타원균열의 장축 (균열길이)
M :자유표면의 효과를 고려한 보정계수(1.03)
:인장의 항복응력
:제2종 완 타원 분
3.2.8Indentationstrengthinbending법
시편 앙부에 비커스 압흔을 도입한 후 그것을 괴원으로서 강도를 구한
후 다음 식에 의해서 KIC를 산출하 다.27)
P:비커스 압자의 압입하
:압입의 의해 도입된 균열을 포함한 시편의 괴강도
- 30 -
3.3미세구조 분석
Al2O3의 첨가량에 따른 3Y-TZP/Al2O3 세라믹스의 새로운 상 생성여부
결정상을 동정하기 하여 XRD분석(PW-1710,Phillips)을 하 다.가속
압 류는 40㎸,100㎃로,주사속도는 4°/min 0.2°/min,주사범 (2
θ)는 20°~80° 27°~33°의 조건에서 측정하 다.3Y-TZP/Al2O3세라믹
스내의 Al2O3의 분포 각 입자의 형태를 알아보기 하여 표면을 연마한
후 1400℃로 1시간동안 공기 에서 thermaletching한 후 SEM (JSM-5500,
Jeol)을 이용하여 찰하 다.이때 시편은 (charging) 상을 방지하기
하여 IB-2ioncoater(GikoEngineering사)에서 이온 류를 8mV로 하고 3
분간 유지하여 Pt로 코 한 후 사용하 다.
- 31 -
4.결과 고찰
4.1XRD 분석
XRD 분석은 Al2O3를 첨가하지 않은 3Y-TZP조성에 한해 실시하 으며,
그 결과를 Fig.10에 나타내었다. 기의 3Y-TZP분말은 부분 Tetragonal
상과 약 28%의 Monoclinic 상으로 구성되어 있었다. 소결 후에는
Monoclinic상이 부 Tetragonal로 상 이 되었다.연삭 후에는 8~11%의
Tetragonal상이 Monoclinic상으로 상 이 되었다.그러나 연마에 의해 t→m
상 이 된 표면층은 완 히 제거되었다.Al2O3함량에 따라 Monoclinic의 분
율을 살펴보면 Table 6과 같다.Monoclinic의 분율은 다음의 Garvie's
equation을 이용하여 구하 다.Al2O3의 함량이 증가할수록 Monoclinic의 분
율이 약간 감소하 고,첨가된 Al2O3가 3Y-TZP의 상 이(t→m)를 억제함을
알 수 있었다.이는 Al2O3의 함량이 증가함에 따라 상 이와 련한 임계변
태응력이 증가하기 때문으로 생각된다.
Garvie'sequation
4.2이축강도 측정
연삭 연마된 디스크 모양의 시편을 사용하여 이축강도를 측정하 다.
Fig.11에서 보는 바와 같이 Al2O3의 함량에 따라 약 1090MPa에서 1220
MPa로 값이 변화할 뿐 일정한 증감의 효과는 없었다.
4.3탄성계수 비커스 경도 측정
Fig.12에 나타낸 바와 같이 3Y-TZP/Al2O3복합재료의 탄성계수와 경도
- 32 -
TIn
ten
sity
(A
rbit
ray
un
it)
Fig.10.ChangeofXRD peakduringgrinding.
- 33 -
Samples VM (%)
3Y-TZP 9.41
3Y-TZP/10A 9.36
3Y-TZP/20A 8.13
3Y-TZP/30A 6.59
Table6.TheVM measuredfrom integratedpeakintensityon
groundsurfaceof3Y-TZP/Al2O3composites.
- 34 -
4 0 0
6 0 0
8 0 0
1 0 0 0
1 2 0 0
1 4 0 0
1 6 0 0
1 8 0 0
2 0 0 0
2 2 0 0P o lish e d a f t e r g r in d i n g
Bia
xia
l fl
exu
ral
str
eng
th (
MP
a)
Fig. 11. Biaxial flexural strength of the 3Y-TZP/Al2O3
composites.
- 35 -
24 0
25 0
26 0
27 0
28 0Y
oun
g's
mod
ulu
s (G
Pa)
Fig.12.Young's modulus and Vickers hardness of the
3Y-TZP/Al2O3composites.
- 36 -
는 Al2O3첨가량이 증가함에 따라 진 으로 증가하 다. 탄성계수는
3Y-TZP단미에서 217.27GPa를 나타내고,Al2O3의 함량이 30vol%인 경우에
는 261.56GPa로 증가하 다.경도는 3Y-TZP단미에서 12.31GPa을 나타내
고 Al2O3의 함량이 30vol%인 경우에는 13.91GPa로 경도 값이 증가하 다.
4.4 괴인성 측정
Fig.13에 SEVNB법으로 평가한 괴인성 결과를 나타내었다. 괴인성은
Al2O3 함량이 증가함에 따라 감소하 다.연삭한 시편의 경우 괴인성은
3Y-TZP단미에서 10.66MPam1/2를 나타내고,Al2O3의 함량이 30vol%인 경
우에는 9.76 MPam1/2로 감소하 다.어닐링한 시편의 경우 괴인성은
3Y-TZP단미에서 9.82MPam1/2를 나타내고,Al2O3의 함량이 30vol%인 경우
에는 8.48MPam1/2로 감소하 다.이것을 통해 연삭한 시편은 연마하는 동
안 인가된 수십 MPa정도의 잔류압축응력 때문에 어닐링한 시편보다 더 높
은 괴인성을 나타낸 것임을 알 수 있었다.Fig.14에는 CSF와 IS법으로 측
정한 괴인성의 결과를 나타내었다. 괴인성의 값은 동일한 시편이라
할지라도 CSF법과 IS법으로 평가한 결과 서로 다른 값을 나타내었다.그리
고 술한 Fig.13의 결과와 유사하게 괴인성 값은 Al2O3의 함량에 따라
감소하는 경향을 보 다.이러한 3Y-TZP/Al2O3복합재료에서의 괴인성 감
소의 원인은 잔류응력과 미세구조 등이라고 생각된다.
Fig.15는 IF법으로 평가한 괴인성 값을 나타내었다.연삭 후 연마한 시
편의 경우, 괴인성은 3Y-TZP단미에서 5.9MPam1/2를 나타내었고,Al2O3
의 함량이 10vol%인 경우에는 6.79MPam1/2로 증가하 다.반면에 어닐링
한 시편의 경우, 괴인성은 3Y-TZP단미에서 5.14MPam1/2를 나타내었고,
Al2O3의 함량이 10vol%인 경우에는 5.18MPam1/2로 약간 증가하 다.즉,
연마한 시편에서 괴인성 값이 큰 차이가 남을 통해 잔류응력 효과를 알
수 있었다.Fig.16과 같이 하 이 증가함에 따라 괴인성 값이 감소하 다.
3Y-TZP의 경우 Al2O3의 함량이 10vol%인 경우에는 5.9MPam1/2를 나타내
었고,30vol%인 경우에는 4.84MPam1/2를 나타냄을 확인하 다.비커스 경
도 원리에 의하면 하 의 의존성이 없어야 하지만,ZrO2는 응력이 걸렸을
때 상 이의 향 3Y-TZP(10.3×10-6/℃)와 첨가된 Al2O3(8.1×10-6/℃)의
- 37 -
10
12
14
16F
ract
ure
tou
ghn
ess
(MP
a m
1/2)
Fig.13.The fracture toughness (SEVNB method)ofthe
3Y-TZP/Al2O3composites.
- 38 -
4 .5
5 .0
5 .5
6 .0
6 .5
Fra
ctu
re t
ough
nes
s (M
Pa
m1
/2
)
Fig.14.Thefracturetoughness(CSFandISmethod)ofthe
3Y-TZP/Al2O3composites.
- 39 -
6
7
8 Po lish ed a nd A n n ea led G ro un d a nd P o lis hed
Fra
ctu
re t
ough
nes
s (M
Pa
m1/
2 )
Fig. 15. The fracture toughness (IF method) of the
3Y-TZP/Al2O3composites.
- 40 -
6
7
8F
ract
ure
tou
gh
nes
s (M
Pa
m1/
2 )
Fig.16.The effectofindentation load on the fracture
toughness(IFmethod)inthe3Y-TZP/Al2O3 composites.The
toughness were measured for the ground and polished
specimens.
- 41 -
열팽창계수 차이의 의해 잔류응력이 존재하기 때문에 이러한 결과가 나타난
것이라 생각된다.
4.5SEM을 이용한 미세구조 찰
CSF법으로 괴인성을 평가하기 해서는 비커스 압자를 시편 표면에 압
입하여 균열을 발생시켜야 하며,균열의 형상을 확인할 필요가 있다.4 굽
힘에 의해 괴된 단면을 찰한 결과 Fig.17에 나타난 바와 같이 모든
조성의 시편에서 반타원 모양의 균열을 확인할 수 있었다.Fig.18에는 140
0℃에서 1시간동안 열 에칭(thermaletching)한 후의 시편의 표면을 찰
한 결과를 타내었으며,Al2O3입자들이 3Y-TZP기지(matrix)내에 어느 정도
잘 분산되어 있음을 확인할 수 있었다.여기서,밝은 회색은 3Y-TZP를,어두
운 회색은 Al2O3를 의미한다.균열의 진행경로와 균열이 되는 동안
3Y-TZP/Al2O3복합재료의 괴모드를 알아보기 하여 비커스 압자를 도입
한 후 형성된 균열을 찰한 모습을 Fig.19에 나타내었다.3Y-TZP는 입내
괴가,3Y-TZP와 Al2O3사이에 입계 괴가 일어남을 알 수 있었다.이를 통
해 3Y-TZP의 입자끼리 서로 결합이 강하다는 것을 알 수 있었다.Fig.20에
는 3Y-TZP/Al2O3복합재료의 단면을 찰한 모습을 나타내었다.검은색으
로 보이는 부분은 Al2O3가 탈락된 흔 으로 보이며, 술한 Fig.19의 결과
를 재차 확인할 수 있었다.
- 42 -
Fig. 17. The semi-elliptical surface cracks in the
3Y-TZP/Al2O3 composites;(a)3Y-TZP,(b)3Y-TZP/10A,(c)
3Y-TZP/20A,and(d)3Y-TZP/30A.
- 43 -
Fig.18.The SEM imagesofthe polished surfacesafter
thermaletchingat1400℃ for1h;(a)3Y-TZP,(b)3Y-TZP/10A,
(c)3Y-TZP/20A,and(d)3Y-TZP/30A.
- 44 -
Fig.19.Thefracturemodeinthe3Y-TZP/Al2O3 composites,
revealingintergranularandtransgranularcrackpropagations;
(a) 3Y-TZP, (b) 3Y-TZP/10A, (c) 3Y-TZP/20A, and (d)
3Y-TZP/30A.
- 45 -
Fig.20.Thefracturesurfacesof3Y-TZP/Al2O3composites;(a)
3Y-TZP, (b) 3Y-TZP/10A, (c) 3Y-TZP/20A , and (d)
3Y-TZP/30A.
- 46 -
5.결 론
상압소결법으로 제조한 3Y-TZP/Al2O3복합재료의 Al2O3첨가에 따른 물성
미세구조의 향과 여러 가지 괴인성 측정법을 이용하여 괴인성값을
을 조사한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
1.Al2O3의 함량이 증가할수록 탄성계수와 경도는 증가하 다. 한 이축강
도는 20vol%의 Al2O3를 첨가한 시편을 제외하고는 약간 증가하 다.
2.6~10%의 Tetragonal상은 연삭 후에 Monoclinic상으로 상 이 되었다.
한 t→m 상 이 표면층은 연마나 1200℃에서 1시간동안 열처리를 통해 완
히 제거되었다.
3.Al2O3의 함량이 증가할수록 SEVNB법,CSF법,IS법에 의해 얻은 괴인성
은 감소하 지만,IF법의 경우는 그 지 않았다.연삭한 시편은 연마 하는
동안 인가된 수십 MPa의 잔류압축응력 때문에 어닐링한 시편보다 더 높은
괴인성을 나타내었다.
4.3Y-TZP/Al2O3복합재료의 괴인성이 감소한 원인은 (1)임계 상 이 응
력이 Al2O3함량에 따라 증가함으로 인한 상 이 구역의 감소,(2)상 이할
수 있는 t-ZrO2의 volumefraction의 Al2O3함량에 따른 감소를 들 수 있다.
- 47 -
REFERENCES
1.C.Santos,L.H.P.Teixeira,J.K.M.F.Daguano,S.O.Rogero,K.
Strecker,andC.N.Elias,"MechanicalPropertiesandCytotoxicityof
3Y-TZP Bioceramics Reinforced with Al2O3 Particles", Ceramics
International,35709-718(2009).
2.J.Hjerppe,P.K.Vallittu,K.Froberg,andL.V.J.Lassila,"Effectof
Sintering Time on BiaxialStrength ofZirconium Dioxide",Dental
Materials,25166-171(2009).
3.B.Liang,C.Ding,H.Liao,and C.Coddet,"Study on Structural
EvolutionofNanostructured3mol% YttriaStabilizedZirconiaCoatings
During Low Temperature Ageing",JournaloftheEuropean Ceramic
Society,(2009).
4.S.F.Yang,L.Q.Yang,Z.H.Jin,T.W.Guo,L.Wang,andH.C,Liu,
"New Nano-Sized Al2O3-BN Coating3Y-TZP CeramicCompositesfor
CAD/CAM-Produced All-Ceramic Dental Restorations. Part I.
Fabrication of Powders",Nanomedicine:Nanotechnology,Biology,and
Medicine,(2009).
5.H.S.Yun,J.J.Yoon,E.K.Park,S.E.Kim,and Y.T.Hyun,
"PreparationofSelf-StandingMesoporousBioactiveGlass/biodegradable
PolymerCompositeThinFilmsUsingWaterCastingMethod",Journal
oftheKoreanCeramicSociety,45(10)631-637(2008).
6.G.Wang,X.Liu,J.Gao,andC.Ding,"InVitroBioactivityandPhase
Stability ofPlasma-Sprayed Nanostructured 3Y-TZP Coatings",Acta
Biomaterialia,(2009).
7.I.C.Kang,S.H.Cho,H.Y.Song,and B.T,Lee,"Fabricationof
ContinuouslyPorousAluminaBodiesbyMulti-ExtrusionProcessand
theirIn-vitro and In-vivo Study forBiocompatibility",Journalofthe
KoreanCeramicSociety,41(7)560-566(2004).
8.Y.Zhang,L.Hu,J.Chen,andW.Liu,"FabricationofComplex-Shaped
Y-TZP/Al2O3Nanocomposites",JournalofMaterialsProcessingTechnology
2091533-1537(2009).
- 48 -
9.M.J.Tholey,M.V.Swain,and N.Thiel,"SEM Observationsof
PorcelainY-TZPInterface",DentalMaterials,(2009).
10.I.Thompson,andT.D.Rawlings,"MechanicalBehaviourofZirconia
andZirconia-ToughenedAluminainaSimulatedBodyEnvironment",
Biomaterials,11505-508(1990).
11.S.Deville,J.Chevalier,G.Fantozzi,J.F,Bartolome,J.Requena,J.S.
Moya,R.Torrecillas,and L.A.Diaz,"Low-TemperatureAgeing of
Zirconia-Toughened Alumina Ceramics and its Implication in
Biomedical Implants",Journalofthe European Ceramic Society,23
2975-2982(2003).
12.H.Liang,Y.Z.Wan,F.He,Y.Huang,J.D.Xu,J.M.Li,Y.L.
Wang,andZ.G.Zhao,"BioactivityofMg-Ion-ImplantedZirconiaand
Titanium",AppliedSurfaceScience,2533326-3333(2007).
13.J.K.M.F.Daguano,C.Santos,R.C.Souza,R.M.Balestra,K.
Strecker,and C.N.Elias,"PropertiesofZrO2-Al2O3 Compositeasa
FunctionofIsothermalHoldingTime",InternationalJournalofRefractory
Metals&HardMaterials,25374-379(2007).
14.M.L.Harris,A.Doraiswamy,R.J.Narayan,T.M.Patz,andD.B.
Chrisey, "Recent Progress in CAS/CAM Laser Direct-Writing of
Biomaterials",MaterialsScienceandEngineeringC,28359-365(2008).
15.J.Chevalier,andL.Gremillard,"CeramicsforMedicalApplications:A
PicturefortheNext20Year",JournaloftheEuropeanCeramicSociety,
(2008).
16.X.Liang,Y.Qiu,S.Zhou,X.Hu,G.Yu,andX.Deng,"Preparation
and PropertiesofDentalZirconiaCeramics",JournalofUniversityof
ScienceandTechnologyBeijing,15(6)764-768(2008).
17.B.S.Bal,A.Khandkar,R.Lakshminarayanan,I.Clarke,A.Hoffman,
and M.N.Rahaman,"Fabrication and Testing ofSjlicon Nitride
BearingsinTotalHipArthroplasty"',TheJournalofArthroplasty,24(1)
110-116(2009).
18.X.Miao,D.Sun,andP.W.Hoo,"EffectofY-TZTAdditiononthe
MicrostructureCompositeandPropertiesofTitania-basedComposites",
CeramicsInternational,35281-288(2009).
- 49 -
19.C.Y.Tang,P.S.Uskokovic,C.P.Tsui,Dj.Veljovic,R.Petrovic,and
Dj.Janackovic,"InfluenceofMcrostructureandPhaseCompositionon
theNanoindentation Characterization ofBioceramicMaterialsBased
Hydroxyapatite",CeramicsInternational,(2009).
20.Z.Evis,M.Usta,andI.Kutbay,"ImprovementinSinterabilityand
Phase Stability ofHydroxyapatite and Partially Stabilized Zirconia
Composites",JournaloftheEuropean CeramicSociety,ol.29 621-628
(2009).
21.Umehara,N.,Kirtane,T.,Gerlick,R.,Jain,V.AndKomanduri,R.,"A
new apparatusforfinishing large sige/large batch silicon nitride
(Si3N4)ballsforhybridbearingapplicationsbymagneticfloatpolishing
(MFP),"Inter.J.ofMachineTools&Manufacture,46,151-169(2006).
22.ASTM,F394-78.Standard testmethod forbiaxialflexurestrength
(modulusofrupture)ofceramicsubstrates,1991.
23.G.Martincek,"Thedeterminationofpoisson'sratioandthedynamic
modulusofelasticity from thefrequenciesofnaturalvibration in
thickcircularplates",J.Sound.Vib,2(2)116-127(1965).
24.TestingmethodforVickershardnessofhighperformanceceramics(in
Kor.),KSL1603,(1992).
25.K.Niihara, IndentationMicrofractureofCeramics(inJpn.), Ceramics,
20[1]12-8(1985).
26.Dentistry-Ceramicmaterials,ISO6872:2008(E),(2008).
27.최상흘 외,“세라믹 실험,”pp.80-82,반도출 사,서울,1999.
- 50 -
감사의
늦깍이 학생에 한 사랑과 배려가 졸업을 앞둔 지 에서야 조 은 알 것
같습니다.21여년을 본업이 재료공학과 련된 업무로 지내왔지만 얇은 지식
의 한계를 벗어나고 시작하 던 학원 학업 그것은 새로운 도 이며 열
정이었습니다.직원들과 아들 규민 규성에게 항상 최선을 다하라는 말들을
끊임없이 쏟아내면서도 진정 자신에게 주어진 2년이라는 시간에는 많은 아
쉬움이 남습니다.회사경 을 핑계로 수업에 충실치 못했지만 많은 부족함을
깊은 마음과 넓은 아량으로 지도해주신 조원승 교수님께 감사의 말 을 드
리며 복합재료연구실의 이기주님(박사과정)의 도움도 오래토록 기억하겠습니
다.
함께 학업에 정진하 던 정형욱,김기웅,민한기,장인천,최윤종,김종완 그
리고 졸업하신 많은 선배(김 주,민경일)들의 조언과 함께한 시간들에 깊이
감사드리며 각자의 자리에서 최선을 다하는 친구,선배들로 함께하길 바랍니
다.
맑고 밝은 내일을 비하는 사랑하는 아들 규민,규성 그리고 묵묵히 곁에서
지원해 아내 장장숙에게 이 논문을 바치며 감사의 말을 합니다.
2009년 12월
조 정 섭 올림