표면거칠기와 추가소성이 리튬디실리케이트 입자강화 유리도재의 기계적 성질에 미치는 영향 = Effect of surface roughness and additional firing on the mechanical properties of lithium disilicate reinforced glass ceramic

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Purpose: Lithium disilicate glass-ceramics often experience surface roughening due to occlusal adjustments and other processes, which may necessitate additional firing to repair. These practices could potentially affect the mechanical properties of lithium disilicate glass-ceramics. This study aims to investigate the impact of varying levels of surface roughness and the effect of additional firing on the flexural strength of lithium disilicate glass-ceramics.
Materials and Methods: A total of 100 specimens of lithium disilicate glass-ceramics, each with a thickness of 3.0 mm, width of 4.0 mm, and length of 30 mm, were prepared from blocks. Each specimen underwent mechanical polishing on both sides and crystallization firing. 10 specimens were designated as the EXF (As received) group. The remaining 90 specimens were divided into three groups (FI, ME, CO) based on surface roughness achieved using silicon carbide sandpaper. Additionally, half of each group underwent further firing at 840°C for 5 minutes, resulting in six experimental groups with 15 specimens each (FI, FI_R, ME, ME_R, CO, CO_R). The specimens were stored in distilled water at 37°C for 24 hours, followed by 10,000 thermocycles (5/55°C). Flexural strength was measured using a universal testing machine, and Weibull modulus was calculated. Fracture surfaces and crystal structures were observed using scanning electron microscopy (SEM), phase compositions were analyzed using X-ray diffraction (XRD), and surface morphology was examined using atomic force microscopy (AFM).
Results: Surface roughness significantly affected flexural strength (P<.001). Groups with lower surface roughness (EXF, FI, FI_R) exhibited significantly higher flexural strength compared to groups with higher roughness (ME, ME_R, CO, CO_R) (P<.001). Additional firing did not significantly impact flexural strength (P>.05). However, there was a significant interaction effect between surface roughness and additional firing on flexural strength (P<.01). The Weibull modulus was higher in groups without additional firing (FI, ME, CO) compared to groups with additional firing (FI_R, ME_R, CO_R). Fracture surface analysis showed that FI and FI_R groups exhibited arrest lines that prevented crack propagation to the opposite side. XRD analysis indicated an increased proportion of SiO2 in groups with additional firing.
Conclusion: Lower surface roughness in lithium disilicate glass-ceramics leads to higher flexural strength. Short-term additional firing interacts with surface roughness, influencing flexural strength.

국문 초록 (Abstract)

목적: 리튬 디실리케이트 유리도재는 교합조정 등을 거치며 표면이 거칠어지고, 수리를 위해 추가소성을 시행하는 경우가 있다. 이와 같은 행위들은 리튬 디실리케이트 유리도재의 기계적 성질에 영향을 끼칠 가능성이 있다. 본 연구에서는 임상적으로 연마나 연삭이 이루어진 정도를 표면거칠기의 정량적 수준을 달리하는 방식으로 나누고, 이에 더하여 추가소성 여부에 따라 리튬 디실리케이트 유리도재의 굽힘 강도에 어떤 영향을 끼치는지 알아보고자 하였다.
재료 및 방법: 리튬 디실리케이트 유리도재 블록을 가공하여 100개의 두께 3.0 mm, 너비 4.0 mm, 길이 30 mm의 시편을 제작하였다. 각 시편은 양면에 대해 기계적 연마를 시행하고 결정화 소성을 진행하였다. 이 중 10개 시편을 EXF(As received)군으로 설정하였다. 나머지 90개 시편은 실리콘 카바이드 사포를 이용해 표면거칠기를 단면으로 부여하였으며, 표면거칠기의 정량적 수준에 따라 각각을 FI, ME, CO 군으로 설정했고, 그 중 840℃에서 5분 간 추가소성 시행한 군은 FI_R, ME_R, CO_R 군으로 설정하여 최종적으로 군 당 15개씩 6개의 실험군을 설정하였다. 각 군은 37℃ 증류수에 24시간 보관한 뒤 10,000회의 열순환처리(5/55℃)를 시행하였다. 이후 만능시험기를 이용하여 굽힘 강도를 측정하고 이를 이용해 와이블 계수를 구하였다. 각 실험군의 파단면과 결정구조를 주사전자현미경을 이용하여 관찰하였고, X선 회절 분석기를 이용해 미세구조의 구성성분을 확인하였으며, 원자힘 현미경을 이용해 표면을 관찰하였다.
결과: 표면거칠기 수준은 굽힘 강도에 유의미한 영향이 있는 것으로 나타났다(P<.001). 표면거칠기가 낮은 EXF, FI, FI_R 군은 ME, ME_R, CO, CO_R 군 보다 유의미하게 높은 굽힘 강도를 나타냈다(P<.001). 추가소성 여부는 굽힘 강도에 유의미한 영향이 없는 것으로 나타났다(P>.05). 표면거칠기 수준과 추가소성 여부는 상호작용하여 굽힘 강도에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다(P<.01). 와이블 계수는 추가소성을 시행하지 않은 FI, ME, CO 군이 추가소성을 시행한 FI_R, ME_R, CO_R 군보다 더 높게 나타났다. 파단면 분석 시 FI, FI_R 군은 반대측까지 균열이 전파되기 전에 이를 막는 정지선이 나타나는 양상을 보였다. X선 회절 분석 시 추가소성을 시행한 군은 SiO2의 비율이 늘어난 양상을 보였다.
결론: 리튬 디실리케이트 유리도재의 표면거칠기 수준이 낮으면 굽힘 강도가 높아지며, 단시간의 추가소성은 표면거칠기와 함께 상호작용하여 굽힘 강도에 영향을 끼치는 것으로 나타났다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• Ⅰ. 문헌고찰 1
• Ⅱ. 서론 63
• Ⅲ. 연구재료 및 방법 67
• Ⅳ. 연구결과 88
• Ⅴ. 총괄 및 고안 106
• Ⅵ. 결론 122
• 참고문헌 124
• Abstract 139