결정형 석영 (Quartz)(치과용 도재의 소성 과정에서 고온에 견디며 전체적인 형태를 유지하는 내화성 골조 역할을 수행하는 성분)의 경우, 석영(Quartz)은 융점이 높아 소성 온도에서도 녹지 않고 결정 상태로 남아 도재의 형태를 지탱하는 내화성 골조이다. 반대로 장석은 녹아 유리질 기질을 이루며 투명감을 담당하고, 고령토는 성형 시 가소성을 부여한다. 유리상을 형성하는 장석 (Feldspar)(도재 내부에서 용융되어 유리질 기질을 형성함으로써 보철물에 반투명성을 부여하는 주된 성분)의 경우, 장석(Feldspar)은 가열 시 녹아서 유리 상태가 되며, 석영 입자들 사이를 채워 결합시키고 자연 치아와 유사한 투명감을 제공한다. 장석은 도재의 약 70~80%를 차지하는 주성분으로, 심미성과 결합력을 결정하는 핵심 요소이다. 금속 산화물계 융제 (Flux)(도재 제조 시 유리의 형성을 돕고 소성 온도를 낮추며 열팽창 계 조절하기 위해 첨가하는 화학 물질)의 경우, 융제(Flux)는 탄산나트륨·탄산칼륨 등 금속 산화물로, 유리 형성을 도우며 소성 온도를 낮춰 금속이 변형되지 않게 한다. 열팽창계수도 함께 조절해 금속과의 결합력을 유지시키는 중요한 성분이다('24 기출).

결정 함량이 높은 알루미나 (Alumina)(전부 도재관의 파절 저항성을 획기적으로 높이기 위해 내면의 코어용으로 사용하는 고강도 도재 성분)의 경우, 알루미나 도재(Aluminous porcelain)는 알루미나 결정 함량을 높여 균열의 전파를 차단함으로써 일반 장석형 도재보다 훨씬 강력한 강도를 발휘한다. 점토 성분의 고령토 (Kaolin)(소성 전 단계에서 도재 분말과 증류수를 혼합했을 때, 적절한 점성과 가소성을 주어 붓을 이용한 성형을 돕는 성분)의 경우, 고령토(Kaolin)는 점토 성분으로 물과 섞이면 찰기가 생겨, 붓으로 도재를 쌓고 형태를 잡을 수 있게 해 준다. 다만 불투명도를 높이므로 심미성이 중요한 최근 도재에는 함량을 최소로 줄이거나 넣지 않는다. 강화 결정상인 알루미나 (Alumina)(도재 내부에서 결정상으로 존재하며 미세 균열의 전파를 방지하고 강도를 높이는 성분)의 경우, 알루미나(Al₂O₃) 결정은 도재 내부에서 미세 균열이 진행하는 길을 막아 파절 저항을 높인다. 함량이 높을수록 강도가 올라가지만 빛을 산란시켜 불투명해지므로, 코어에는 알루미나를 많이 쓰고 표면에는 적게 쓴다('22·'24 기출).

저융점용 섬장석 (Nepheline Syenite)(도재 제조 시 장석의 일부를 대체하여 유리질 기질을 형성하며, 상대적으로 소성 온도를 낮추는 데 효과적인 재료)의 경우, 섬장석은 장석보다 낮은 온도에서 녹아 유리질 기질을 만들므로 소성 온도를 낮추는 데 쓰인다. 석영은 고온에서 형태를 지키는 내화 골조, 알루미나는 강도를 높이는 결정성 강화재로 역할이 다르다. 외부 압력에 견디는 물리적 강도의 증대(치과용 도재 조성에 고농도의 알루미나를 첨가하여 제조했을 때 기대할 수 있는 가장 주된 물리적 개선 사항)의 경우, 알루미나를 많이 넣으면 결정 입자가 균열이 번지는 것을 막아 압축 강도가 크게 올라간다. 다만 빛을 산란시켜 투명도는 떨어지므로 심미성과 강도를 함께 얻기는 어렵다('23·'24 기출).

• 결정 함량이 높은 알루미나 (Alumina): 알루미나 도재(Aluminous porcelain)는 알루미나 결정 함량을 높여 균열의 전파를 차단함으로써 일반 장석형 도재보다 훨씬 강력한 강도를 발휘한다('24 기출).
• 점토 성분의 고령토 (Kaolin): 고령토(Kaolin)는 점토 성분으로 물과 섞이면 찰기가 생겨, 붓으로 도재를 쌓고 형태를 잡을 수 있게 해 준다. 다만 불투명도를 높이므로 심미성이 중요한 최근 도재에는 함량을 최소로 줄이거나 넣지 않는다('23·'24 기출).
• 강화 결정상인 알루미나 (Alumina): 알루미나(Al₂O₃) 결정은 도재 내부에서 미세 균열이 진행하는 길을 막아 파절 저항을 높인다. 함량이 높을수록 강도가 올라가지만 빛을 산란시켜 불투명해지므로, 코어에는 알루미나를 많이 쓰고 표면에는 적게 쓴다('24 기출).
• 저융점용 섬장석 (Nepheline Syenite): 섬장석은 장석보다 낮은 온도에서 녹아 유리질 기질을 만들므로 소성 온도를 낮추는 데 쓰인다. 석영은 고온에서 형태를 지키는 내화 골조, 알루미나는 강도를 높이는 결정성 강화재로 역할이 다르다('23·'24 기출).
• 외부 압력에 견디는 물리적 강도의 증대: 알루미나를 많이 넣으면 결정 입자가 균열이 번지는 것을 막아 압축 강도가 크게 올라간다. 다만 빛을 산란시켜 투명도는 떨어지므로 심미성과 강도를 함께 얻기는 어렵다('24 기출).

1단계 · 결정형 석영 (Quartz)

석영(Quartz)은 융점이 높아 소성 온도에서도 녹지 않고 결정 상태로 남아 도재의 형태를 지탱하는 내화성 골조이다. 반대로 장석은 녹아 유리질 기질을 이루며 투명감을 담당하고, 고령토는 성형 시 가소성을 부여한다.

2단계 · 유리상을 형성하는 장석 (Feldspar)

장석(Feldspar)은 가열 시 녹아서 유리 상태가 되며, 석영 입자들 사이를 채워 결합시키고 자연 치아와 유사한 투명감을 제공한다. 장석은 도재의 약 70~80%를 차지하는 주성분으로, 심미성과 결합력을 결정하는 핵심 요소이다.

3단계 · 금속 산화물계 융제 (Flux)

융제(Flux)는 탄산나트륨·탄산칼륨 등 금속 산화물로, 유리 형성을 도우며 소성 온도를 낮춰 금속이 변형되지 않게 한다. 열팽창계수도 함께 조절해 금속과의 결합력을 유지시키는 중요한 성분이다.

마이메르시 제작 · 국시 핵심 기전 도해

핵심 정리 · 결정형 석영 (Quartz) = 치과용 도재의 소성 과정에서 고온에 견디며 전체적인 형태를 유지하는 내화성 골조 역할을 수행하는 성분 / 유리상을 형성하는 장석 (Feldspar) = 도재 내부에서 용융되어 유리질 기질을 형성함으로써 보철물에 반투명성을 부여하는 주된 성분 / 금속 산화물계 융제 (Flux) = 도재 제조 시 유리의 형성을 돕고 소성 온도를 낮추며 열팽창 계 조절하기 위해 첨가하는 화학 물질.

내부 조직 중 유리질 기질의 비율(심미 수복물 제작 시 치과용 도재의 투명도를 결정짓는 가장 핵심적인 물리적 요소)의 경우, 도재의 투명도는 내부 유리질 기질의 비율이 결정한다. 유리질이 많을수록 빛이 잘 지나가 투명해지고, 석영이나 알루미나 같은 결정 입자가 늘면 빛이 흩어져 불투명해진다. 석영 및 알루미나(도재 내부에서 빛을 산란시켜 불투명도를 높이는 동시에 구조적인 강도를 보강하는 결정 성분)의 경우, 석영과 알루미나는 결정 입자여서 빛을 흩뜨려 불투명도를 높이는 동시에 균열을 막아 강도도 올린다. 장석은 반대로 녹아 유리질 기질을 이루며 투명도를 담당한다. 투명한 비결정질 유리질 (Glass phase)(도재 내부의 성분 중 투명성을 유지하면서 인장력을 보강하고, 온도 급변에 의한 열충격 저항성을 부여하는 상)의 경우, 유리질(Glass phase)은 도재 전체를 이어 주는 연속상으로, 빛을 통과시켜 투명감을 만들고 열팽창계수를 조절해 열충격에 견디게 한다. 반대로 석영과 알루미나는 결정상으로 빛을 산란시켜 불투명도와 강도를 담당한다('22·'24 기출).

금속의 융점이 도재의 소성 온도보다 최소 100℃ 이상 높아야 한다(금속-도재관 제작 시 사용되는 금속 합금이 갖추어야 할 필수적인 열적 조건)의 경우, 도재를 여러 번 굽는 동안 금속이 변형되지 않으려면 융점이 소성 온도보다 최소 100℃ 이상 높아야 한다. 열팽창 계수는 오히려 금속이 도재보다 약간 커야 냉각 시 도재에 압축력이 걸려 안정된다. 금속 표면에 형성된 산화막과의 공유 결합(금속-도재관 보철물의 결합력 중 탈락 방지에 가장 결정적인 영향을 미치는 화학적 결합 기전)의 경우, 금속 표면의 산화물(Oxide layer)과 도재의 산화물이 고온에서 서로 전자를 공유하며 결합하는 화학적 결합이 가장 강력한 유지력을 제공하며, 전체 결합력의 80% 이상을 차지한다. 산화막 유도용 인듐(In) 및 주석(Sn)(금 함량이 높은 귀금속 합금에서, 도재와의 화학적 결합에 필수적인 산화막 형성을 위해 첨가하는 미량 원소)의 경우, 귀금속은 산화가 잘 안 되므로, 산화막을 인위적으로 만들기 위해 인듐(In)이나 주석(Sn) 같은 비귀금속을 미량 섞어준다. 이들은 금속 표면으로 이동하여 도재와 공유 결합을 할 수 있는 얇은 산화층을 형성한다('23·'24 기출).

금속 표면에 형성된 과도하게 두꺼운 산화막 형성(금속과 도재의 화학적 결합 과정에서 산화막과 관련하여 결합 파괴를 유발하는 주된 원인)의 경우, 산화막은 적당해야 결합이 된다. 지나치게 두꺼우면 산화물 층 자체가 약해져 그 안에서 갈라지며 도재가 떨어진다. 그래서 디개싱 조건을 지켜 산화막 두께를 조절한다. 미세 요철을 형성하여 기계적 유지력 및 표면적을 넓히기 위해(도재 축조 전 금속 구조물 표면에 알루미나 입자를 고압 분사하는 샌드블라스팅의 주된 이유)의 경우, 샌드블라스팅은 금속 표면의 오염물을 없애고 미세한 요철을 만들어 표면적을 넓힘으로써 기계적 유지력을 얻는다. 화학적 결합은 산화막이 담당하므로 둘은 서로 다른 결합 기전이다('24 기출).

• 금속의 융점이 도재의 소성 온도보다 최소 100℃ 이상 높아야 한다: 도재를 여러 번 굽는 동안 금속이 변형되지 않으려면 융점이 소성 온도보다 최소 100℃ 이상 높아야 한다. 열팽창 계수는 오히려 금속이 도재보다 약간 커야 냉각 시 도재에 압축력이 걸려 안정된다('24 기출).
• 금속 표면에 형성된 산화막과의 공유 결합: 금속 표면의 산화물(Oxide layer)과 도재의 산화물이 고온에서 서로 전자를 공유하며 결합하는 화학적 결합이 가장 강력한 유지력을 제공하며, 전체 결합력의 80% 이상을 차지한다('23·'24 기출).
• 산화막 유도용 인듐(In) 및 주석(Sn): 귀금속은 산화가 잘 안 되므로, 산화막을 인위적으로 만들기 위해 인듐(In)이나 주석(Sn) 같은 비귀금속을 미량 섞어준다. 이들은 금속 표면으로 이동하여 도재와 공유 결합을 할 수 있는 얇은 산화층을 형성한다('24 기출).
• 금속 표면에 형성된 과도하게 두꺼운 산화막 형성: 산화막은 적당해야 결합이 된다. 지나치게 두꺼우면 산화물 층 자체가 약해져 그 안에서 갈라지며 도재가 떨어진다. 그래서 디개싱 조건을 지켜 산화막 두께를 조절한다('23·'24 기출).
• 미세 요철을 형성하여 기계적 유지력 및 표면적을 넓히기 위해: 샌드블라스팅은 금속 표면의 오염물을 없애고 미세한 요철을 만들어 표면적을 넓힘으로써 기계적 유지력을 얻는다. 화학적 결합은 산화막이 담당하므로 둘은 서로 다른 결합 기전이다('24 기출).

금속-도재 보철물(PFM) 다층 축성 단면 및 금속-도재 경계부 각도

기호 B는 불투명 도재층(Opaque porcelain)으로 약 0.1~0.2mm 두께로 축성·소성하며, 금속 코핑(A, 0.3~0.5mm) 표면의 산화막과 화학적 결합(주된 결합력)을 이루고 금속의 어두운 색을 차폐하여 기본 색조를 부여한다.

금속-도재 경계부(Metal-porcelain junction)는 중심교합 접촉점에서 최소 1.5~2.0mm 떨어진 곳에 위치시켜야 하며, 단면 각도(θ)를 90° 직각(Butt joint)으로 형성해야 도재가 얇은 쐐기 형태로 끝나면서 발생하는 파절(Chipping)을 예방할 수 있다('23·'24 기출).

핵심 확인 · A (Metal coping) / θ = 30° 이하의 예각으로 형성하여 도재 두께를 얇게 한다

마이메르시 제작 · 3D 아틀라스 및 임상 실사 가이드

핵심 정리 · 내부 조직 중 유리질 기질의 비율 = 심미 수복물 제작 시 치과용 도재의 투명도를 결정짓는 가장 핵심적인 물리적 요소 / 석영 및 알루미나 = 도재 내부에서 빛을 산란시켜 불투명도를 높이는 동시에 구조적인 강도를 보강하는 결정 성분 / 투명한 비결정질 유리질 (Glass phase) = 도재 내부의 성분 중 투명성을 유지하면서 인장력을 보강하고, 온도 급변에 의한 열충격 저항성을 부여하는 상.

다양한 색조 재현용 금속 산화물 (Metallic oxide)(치과용 도재 보철물에 자연 치아와 유사한 고유의 색상과 특수 효과를 부여하기 위해 혼합하는 성분)의 경우, 도재의 색은 산화철·산화코발트·산화크롬 같은 금속 산화물을 아주 조금씩 넣어 낸다. 백류석은 강도와 열팽창을 맞추는 결정, 형광제는 자연치 특유의 형광 효과를 내는 별도 성분이다. 약 870~1050℃ 내외 (저온 용융 도재)(금속-도재관 제작 시 금속의 변형을 방지하면서도 적절한 유리화를 이루기 위해 선택되는 도재의 소성 온도)의 경우, 금속-도재관에는 약 870~1,050℃에서 굽는 저온 용융 도재를 쓴다. 합금의 융점보다 충분히 낮아야 소성 중 금속이 변형되지 않기 때문이며, 중온용융(1,100~1,300℃)이나 고온용융(1,300℃ 이상)은 금속을 녹여 쓸 수 없다. 고온 용융 도재는 기성 인공치 제작에 쓴다. 저온 용융 도재의 소성 온도(약 850℃ 이하) 범위에서는 니크롬(Nichrom, Ni-Cr 합금) 전열선이 경제적이면서도 충분한 내열성을 제공한다. 고온 용융 도재용 전열선으로는 Kanthal(Fe-Cr-Al) 또는 백금이 사용된다('23·'24 기출).

자연치아는 자외선(UV)에 노출되면 푸르스름한 형광(Fluorescence)을 띠는데, 이를 재현하기 위해 도재에 희토류(Rare earth) 산화물 등의 형광제(Fluorescence agent)를 첨가한다. 이는 심미성이 높은 보철물 제작에 필수적이다. 의치(Denture)에 사용되는 인공치용 도재는 일반적으로 고온 용융 도재(High fusing porcelain, 약 1300℃ 이상)를 사용하여 내구성·내마모성·형태 안정성을 확보한다. 반면 PFM용 도재는 중온 용융 도재이다. 도재 소성 시 수축량 감소(도재 제조 과정에서 원료 혼합물을 일부 용융시켜 유리화한 뒤 급랭·분쇄하는 프리팅 공정의 주된 효과)의 경우, Fritting은 원료를 미리 부분 용융·유리화시켜 화학적 반응을 미리 완료시키는 공정이다. 이로 인해 최종 소성 시 추가로 반응할 물질이 줄어들어 도재 소성 시 수축량(Firing shrinkage)이 현저히 감소하여 정밀한 치수 재현이 가능해진다('24 기출).

연성이 높아야 한다(금속도재관용 금속에 요구되는 특성)의 경우, 금속도재관(PFM)용 금속은 변연(Margin) 적합을 위한 버니싱(Burnishing) 등의 가공이 가능하도록 높은 연성(Ductility)이 요구된다. 강도와 탄성계수는 높아야 하며, 열팽창계수(CTE)는 도재와 유사하되 약간 높아야 도재에 압축 응력(Compressive stress)이 걸려 파절을 방지한다. 저온 용융도재(Low fusing)(소성온도 범위가 870~1,050℃인 치과용 도재)의 경우, 치과용 도재는 소성 온도로 고온용융 1,300℃ 이상, 중온용융 1,100~1,300℃, 저온용융 850~1,100℃로 나뉜다. 870~1,050℃는 저온 용융에 해당하며 금속도재관 제작에 쓰이고, 고온 용융 도재는 기성 인공치에 사용된다. 석영은 고온 소성에서도 녹지 않고 형태를 지키는 내화 골조이다('22·'24 기출).

• 형광제 (Fluorescence agent): 자연치아는 자외선(UV)에 노출되면 푸르스름한 형광(Fluorescence)을 띠는데, 이를 재현하기 위해 도재에 희토류(Rare earth) 산화물 등의 형광제(Fluorescence agent)를 첨가한다. 이는 심미성이 높은 보철물 제작에 필수적이다('24 기출).
• 고온 용융 도재 (High fusing porcelain): 의치(Denture)에 사용되는 인공치용 도재는 일반적으로 고온 용융 도재(High fusing porcelain, 약 1300℃ 이상)를 사용하여 내구성·내마모성·형태 안정성을 확보한다. 반면 PFM용 도재는 중온 용융 도재이다('23·'24 기출).
• 도재 소성 시 수축량 감소: Fritting은 원료를 미리 부분 용융·유리화시켜 화학적 반응을 미리 완료시키는 공정이다. 이로 인해 최종 소성 시 추가로 반응할 물질이 줄어들어 도재 소성 시 수축량(Firing shrinkage)이 현저히 감소하여 정밀한 치수 재현이 가능해진다('24 기출).
• 연성이 높아야 한다: 금속도재관(PFM)용 금속은 변연(Margin) 적합을 위한 버니싱(Burnishing) 등의 가공이 가능하도록 높은 연성(Ductility)이 요구된다. 강도와 탄성계수는 높아야 하며, 열팽창계수(CTE)는 도재와 유사하되 약간 높아야 도재에 압축 응력(Compressive stress)이 걸려 파절을 방지한다('23·'24 기출).
• 저온 용융도재(Low fusing): 치과용 도재는 소성 온도로 고온용융 1,300℃ 이상, 중온용융 1,100~1,300℃, 저온용융 850~1,100℃로 나뉜다. 870~1,050℃는 저온 용융에 해당하며 금속도재관 제작에 쓰이고, 고온 용융 도재는 기성 인공치에 사용된다('24 기출).
• 석영(Quartz) - 고온 소성 시 형태를 유지: 석영은 고온 소성에서도 녹지 않고 형태를 지키는 내화 골조이다('23·'24 기출).

핵심 정리 · 다양한 색조 재현용 금속 산화물 (Metallic oxide) = 치과용 도재 보철물에 자연 치아와 유사한 고유의 색상과 특수 효과를 부여하기 위해 혼합하는 성분 / 약 870~1050℃ 내외 (저온 용융 도재) = 금속-도재관 제작 시 금속의 변형을 방지하면서도 적절한 유리화를 이루기 위해 선택되는 도재의 소성 온도 / 니크롬 (Nichrom) = 저온 용융 도재를 소성하는 도재로의 머플에 사용되는 일반적인 전열선.