심미수복을 위한 세라믹 재료의 치과응용

배 태 성_ 전북대학교 치의학전문대학원 교수

Ⅰ. 서 론

세라믹(ceramic)이라는 용어는 어원적으로 고대 희랍어인 kearmos, 즉 흙을 구워서 만든 물질이라는 뜻에 그 어원을 두고 있으며, 도기와 자기를 통칭한 소결체를 의미하는 용어로 쓰이고 있다. 인류가 사용했던 초기의 세라믹은 대부분 포세린(porcelain)의 영역에 속하지만, 최근 치과임상에서 사용되고 있는 세라믹 재료 중에서 글라스-세라믹(glass-ceramic), 알루미나(alumina) 및 지르코니아(zirconia) 등은 포세린의 영역에 속하지 않는다(Rosenblum과 Schulman, 1997; Sakaguchi와 Powers, 2012).
세라믹 재료는 우수한 심미성과 화학적 내구성, 높은 압축강도 등의 장점을 가지며, 이러한 장점에 근거하여 1887년 최초의 all-ceramic crown 인 porcelain jacket crown이 도입되었지만, 제작과정에서 쉽게 파절이 일어나는 문제점으로 인해 널리 보급되지 못하였다. 이후 포세린의 우수한 심미성과 금속의 높은 파절에 대한 저항성의 장점을 하나로 결합한 금속-세라믹 수복법이 도입되어 현재까지도 치과임상에서 적용되고 있지만, 심미성을 저하시키는 여러 가지 문제점들이 노출되었다((Yamamoto, 1987; Piddock과 Qualtrough, 1990)).
근래 세라믹 재료의 제조기술이 크게 개선되고 장비가 디지털화되면서 CAD(computer-aided design)/CAM(computer-aided milling)과 CAD/3D printing 기술이 도입되었으며, 심미적인 측면에서 한계를 보인 금속-세라믹 수복 대신 all-ceramic 수복이 크게 증가하며 치과용 세라믹은 새로운 시대를 맞고 있다. all-ceramic 재료의 발달단계를 살펴보면, 1990년대 초반 1세대 all-ceramic 재료로 분류되는 주조용과 사출용의 글라스-세라믹 재료가 도입이 되었고, 1990년대 후반 1세대 all-ceramic 재료의 단점을 개선한 2세대 all-ceramic 재료인 열가압성형용 글라스-세라믹과 글라스 침투 알루미나 세라믹 재료가 도입이 되었다.
2000년대에 접어들어 CAD/CAM이 일반화되면서 3세대 all-ceramic 재료로 분류되는 기계가공용의 세라믹 블록이 도입되었고, 최근에는 4세대 all-ceramic 재료로 언급되는 3D 프린팅용 세라믹 재료의 도입이 검토되고 있다(Miyazaki 등, 2013).
본 연제에서는 치과임상에서 심미수복물 제작에 사용되고 있는 금속-세라믹 수복용의 포세린과 all-ceramic 수복용의 세라믹 재료들에 대하여 소개하면서 그들의 특성에 대해서도 개략적으로 살펴보고자 한다.

Ⅱ. 치과용 포세린

치과용 포세린은 공통적으로 장석(feldspar), 석영(quartz) 및 점토질(kaolin)을 포함한다. 석영은 포세린의 소성온도 범위에서 거의 변화를 보이지 않으므로 골격과 같은 기능을 하고, 장석은 고온에서 다른 금속산화물들과 함께 녹아서 결정입자를 융합시키는 역할을 하는 글라스 상(glass phase)이 된다. 치과용 포세린의 요구조건을 살펴보면, 심미적인 측면에서 자연치 색의 재현을 위해 투명도가 높은 장석의 증가가 요구되고, 내구성의 측면에서는 낮은 파절강도의 개선을 위해 석영의 증가가 요구된다. 치과용 포세린은 전치부의 심미수복에 사용하는 재료이므로, 강도를 희생시키더라도 심미성을 증진하고자 하였으며, 따라서 성분 중에서 석영에 비해 장석의 함량을 크게 증가시키고 있다(그림 1).
치과용 포세린의 소성온도는 조성 중에 글라스 개질제(glass modifier)를 첨가하거나 구성성분의 일부를 바꾸어 줌에 따라 저하시키는 것이 가능하며, 용융온도에 따라 고온용융형(1300℃ 이상), 중온용융형(1,100~1300℃), 저온용융형(850~1100℃), 초저온용융형(850℃ 이하)으로 분류하고 있다. 고온용융형과 중온용융형은 융점이 높으므로 주로 인공치 제작에 이용되고, 저온용융형과 초저온용융형은 금속-세라믹(metal-ceramic) 수복용으로 사용하고 있다(Ko 등, 2015).
금속-세라믹 시스템은 1962년 Weinstein이 큰 열팽창을 보이는 류사이트(leucite) 함유 포세린을 개발하면서 도입이 되었다. 그렇지만 그 후 60여년이 지나면서 여러 가지 문제점들이 노출되었다. 첫째는, 하부의 강화 금속부를 주조하고 마무리하는 과정에서 발생하는 문제점들이고, 둘째는, 금속-세라믹 수복물 자체에서 나타나는 문제점들이다. 하부의 금속 코핑(coping)을 lost-wax technique으로 제작하는 과정에서는, 왁스 패턴의 준비와 매몰과정에서 일어나는 변형, 매몰재의 팽창과 수축 조절의 어려움, 매몰재와 금속 사이의 반응, 주조결함, 마무리 연마의 어려움 등의 문제점들이 노출되었다(Anusavice, 2003). 또한 금속-세라믹 수복물에서는 금속 코핑에 의한 빛의 차단, 금속의 색을 차단하기 위해 사용된 불투명재에 의한 빛 반사로 야기되는 보철물의 명도 증가, 조영현상으로 인해 치은부 2-3 ㎜ 영역에 형성되는 shadow, 포세린 소성과정에서 일어나는 금속 주조체의 산화와 귀금속 합금의 sag로 인한 변형, 변연부 금속의 노출, 금속과 포세린의 결합실패, 포세린 소성중에 일어나는 금속 코핑의 산화, 금속산화물 확산으로 인한 조직의 변색 등의 문제점들이 노출되었다(Yamamoto, 1987; Piddock과 Qualtrough, 1990).