송영주
티타늄 코리아 기공소장
Titanium 6Al7Nb
Titanium: 부동태 피막 TiO2
Aluminium: 부동태 피막 (Al2O3)
강한 내부식성이면서 보호피막을 형성한다.
매몰재와의 반응
기본적으로 Titanium을 이용한 주조 시 응고 수축공(shrinkage) 발생으로 어려움이 있으나 titanium 금속자체가 산소와 강한 결합력으로 인하여 많은 산화막이 생겨 주조체 내에 기포가 많이 발생한다.
이러한 이유 중 하나는 기공용 매몰재의 성분 중 SiO2(실리카)가 포함되어있어 Titanium과 반응하여
Ti+O2(산화막) 발생 기포를 발생시키는 원인중의 하나이며, 보철물 제작 중 마지막 단계인 연마(polishing)가 어렵다는 점이다.
또한 주조된 티타늄 표면을 확대해 보면 표면 전체에 미세한 잔 기포(scratch)가 많이 형성되는데 이런 미세한 잔기스(scratch)는 연마를 해도 다시 나타나고 해서 보철물 장착 후 잔기스(scratch)에 이물질이 축척되어 변색에 원인이 될 수도 있어 고가의 가격이더라도 반드시 고품질 매몰재를 사용하여야 한다.
Pure(순) titanium을 이용하여 주조한 보철물 제작에 있어 가장 취약한 변색문제가 야기되었던 것은 오늘의 문제가 아니고 주조 초기 1986년부터 이루어졌던 문제이기에, 최초 도입 보철물 이용 당시 이를 우려해 Pure(순) titanium 표면에 질화 열처리를 이용하여 titanium표면에 코팅이 아닌 침식(약 0.4㎛)으로 yellow color(황금색)을 이용해 왔다. 오늘날 국내 Implant 생산업체에서 Anodizing(양극 산화 피막처리)을 이용하여 Implant abutment에 다양한 color를 선보이게 되었다.
주조기의 성능과 연마과정에서의 에러(error)
필자는 티타늄 주조방식의 대표 격인 고주파 유도스컬용해법(induction skull melting) 방식의 원심방식주
조와 진공아크용해법(vacuum arc melting) 등 다수의 주조기를 사용해본 결과 치과보철 제작과정에서의 두
방식의 장단점을 이해 할 수 있었다.
먼저 고주파 원심 방식에 있어서는 진공 상태와 불활성 기체인 Argon 분위기 상태에서의 교류전류를 흘려 금속 분자간의 충돌을 일으켜 열을 발생시켜 금속을 녹이는 방식이다. 이는 원심방식의 단점이라 할 수 있는 chamber의 크기로 인하여 진공상태를 이루기 힘들다는 단점이 있고, titanium 주조 시 초기 주입속도가 중요한 관건인데 초기 회전력이 부족하다는 단점과 챔버의 크기로 인하여 초고순도(ultra high purity) Argon의 소비가 많다.
진공 아크용해법에 있어서는 주조체의 크기에 따라 각기 다른 Argon압력을 이용하여야 하며 많은 주조능력의 습득이 필요하고 냉각방식 또한 공냉식이라 연속 주조가 불가능하다. 이러한 개선점을 바탕으로 주조방식은 계속 개발 발전해야 할 것이다.
연마에 있어서 titanium은 열전도율이 작기 때문에 연마 중 발생한 열이 방출되지 않아 보철물이나 연마공구에 열이 축척되어 마모가 심하다. 이러한 이유로 낮은 스피드를 이용하여 보철물을 냉각시키면서 가공을 해야 하며 과도한 열 발생은 보철물이 변형되기 쉽다.
과도한 열 발생은 titanium 동소변태온도를 넘지 말아야하며 이를 어길 시에는 Chipping되기 쉽다. 연마공구로는 TiC. TaC가 많이 함유된 전용 bar를 사용해야한다.
무엇보다도 Pure(순) titanium은 산(acid)에 매우 취약해 발효식품을 늘 섭취하는 우리로써는 변색을 우려하지 않을 수 없다. 강한 내부식성을 강조하는 Pure(순) Titanium이 한계라 할 수 있고 특히 위산 과다(역류성) 환자에게는 매우 치명적이라 할 수 있다.
외국 치과 저널지를 보면 Pure(순) titanium porcelain에서 Lingual쪽을 보면 metal collar(흔히 metal magin) 제작하지 않고 All porcelain 하는 것이 그 이유이다. 또한 불완전한 주조기의 진공상태, 매몰재의 반응으로 인한 심한 산화막 현상. ingot의 절단 가공능력. Pure(순) titanium 연마 시 고속회전에 의한 분자구조 변이 등이 변색에 큰 지적이 되고 있다.
titanium alloy 주조체가 금속 고유의 색깔을 띄우고 있어 금속 자체가 산화가 되지 않아 좋은 보철물을 얻을 수 있다.
최근에는 주조법이 아닌 대형 CNC를 이용하여 titanium alloy 판봉을 직접 milling 가공하여 titanium porcelain cap을 제작하는 것이 매우 바람직하다 할 수 있다. 다만 엄청난 대형 CNC 가격이 부담스러울 뿐이다.
강도가 약한 Pure(순) titanium의 경우 변색(착색)으로 인하여 금속이 노출하기 어려워 metal collar 만들지 못해 all porcelain으로 만들 수밖에 없어 치아와 치아를 연결해주는 부분 joint에만 의존하는 경우가 많다.
Implant porcelain 제작 시 일부 금속이 노출되어야하는 경우 titanium alloy를 이용, 제작할 시 에는 아무런 조건 없이 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
titanium 6Al7Nb의 경우 Pure titanium보다 강도가 높아 물성이 Co-Cr계와 비슷하여 casting후 표면이 활택하고 연마가 용이하며 연마 시 잔기스(scratch)가 없어 음식물에 착색되는 현상이 없다.
일반적인 co-cr계 금속으로 제작된 RPD Frame을 구강 안에서 맛을 보면 금속 특유의 맛을 느낄 수가 있어 훌륭한 의치가 완성되어도 뭔가 개운치 않은 느낌을 받을 수 가 있으나 titanium alloy으로 제작된 보철물은 금속 맛을 전혀 느끼지 않아 많은 매니아 층을 형성 할 수 있다.
또한 VIP(차별화)를 위한 Denture를 만들 수 있어 기존 Co-Cr계와 구분되어 가볍고 다양한 denture를 제작할 수 있다.
Titanium alloy 내식성 우수
주조법이 아닌 대형 CNC를 이용하여 titanium alloy 판봉을 직접 milling 가공하여 제작하는 것이 매우 바람직하다 할 수 있고, 엄청난 대형 CNC 가격(약 10억원 소요)으로 인하여 주조법을 선호하고 있으며, 검증받은 주조기 선택과 매몰재의 사용방법 및 연마에 있어 많은 노력이 필요하다고 사료된다.
즉 생체 친화적인 금속 Nb, Ta, Zr, Mo, Sn 등이 적정량 합금화하여 치과보철물 제작에 맞는(강도, 탄성) titanium alloy이 개발되어 이용되기를 바란다.
예) Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr . Ti-13Nb-5Ta-7Zr
<문의사항 : 02)2203-0251>
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