用于切削加工的牙科用大型块体及其制造方法与流程

本发明涉及一种可以在制造与天然牙齿的结构特性类似的人造牙齿时使用的用于切削加工的牙科用大型块体及其制造方法。本发明是在江原科技园的原材料·部件·装置企业养成以及技术独立支援项目的支持下执行的研究结果。

背景技术：

1、牙冠材料是指用于对相当于受损牙齿的牙本质以及牙釉质的部分进行修复的修补材料，可以根据其适用部位分为如镶嵌体、高嵌体、贴片以及牙冠等。因为利用牙冠材料进行修复的位置是牙齿的外表面，因此要求具有较高的美观特性，而且因为与对向牙齿的磨损或剥落(chipping)等牙折问题，因此要求较高的强度。目前作为牙冠材料使用的原材料，包括白榴石结晶玻璃(1eucite glass-ceramics)、强化陶瓷或氟磷灰石(fluorapatite，ca5(po4)3f)结晶玻璃，虽然具有优秀的美观特性，但是其强度只有80～120mpa，因此具有牙折的可能性较高的问题。因此，目前正在积极开展与多种原材料的高强度牙冠材料相关的研究活动。

2、硅酸锂结晶玻璃是于1973年由marcus p.borom以及anna m.turkalo(thepacific coast regional meeting，the american ceramic society，san francisco，ca，october 31，1973(glass division，no.3-g-73p))介绍。

3、利用li2o-al2o3-sio2-li2o-k2o-b2o3-p2o5类玻璃，对多种结晶核生成以及生长热处理条件下的晶相以及强度进行了研究。在从低温的偏硅酸锂转换成高温的二硅酸锂晶相时呈现出了30～35kps的强度，这是因为基体玻璃、母玻璃、li2sio5以及li2sio3相之间的热膨胀系数差异所引发的残留应力所致。

4、关于利用包含二硅酸锂结晶的玻璃制造人造牙齿的原材料以及方法(monolithicdental crown)，已经在多个专利中予以公开。但是在公知的技术中，因为晶相的大小粗大而难以直接进行机械加工，而且为了进行加工，需要采用在第一次形成偏硅酸锂晶相(machinable crystalline)并进行加工，接下来在第二次通过实施热处理而形成高强度的二硅酸锂晶相的方法，但是在如上所述的情况下，会因为热处理工程时的收缩而导致尺寸准确性的下降，而且还具有需要追加热处理工程的问题。通常来讲，借助于计算机辅助设计/计算机辅助制造(cad/cam)的假体加工需要由医院直接对大型块体进行加工而制作出假体并尽快地适用于患者(one-day appointment)，但是因为热处理工程而导致的时间延迟会对患者以及使用者造成经济方面的负担。

5、此外，现有的二硅酸锂结晶玻璃原材料因为其粗大的晶相而在实现与天然牙齿类似的高透光率或乳白光(opalescence)方面会受到一定的限制。

6、尤其是，在现有的二硅酸锂结晶玻璃原材料中，为了进行加工而采用在第一次制造出加工性良好的偏硅酸锂，接下来在进行加工之后在第二次通过结晶热处理而形成二硅酸锂并借此强化其强度的方式，此时晶相的大小约为3μm以上，而在如上所述的状态下，会导致加工性的显著下降且只能满足强度部分的需求。

7、为了解决如上所述的问题，本技术人提出了通过变更第一次热处理时的温度而对结晶大小进行调节，从而制造出加工性优秀的包含二硅酸锂晶相以及硅酸盐晶相的结晶玻璃的制造方法并获得了专利(韩国授权专利第10-1975548号)。具体来讲，公开了一种包含二氧化硅晶相的牙科用结晶玻璃的制造方法，其特征在于，包括：将包含60～83重量％的sio2、10～15重量％的li2o、起到成核剂作用的2～6重量％的p2o5、提升玻璃化转变温度以及软化点并提升玻璃的化学耐久性的1～5重量％的al2o3、提升玻璃的软化点的0.1～2重量％的sro、0.1～2重量％的zno、1～5重量％的着色剂(colorant)以及提升玻璃的热膨胀系数的碱金属氧化物即2.5～6重量％的na2o+k2o的玻璃组合物在400℃至850℃下进行第一次热处理的步骤；以及，在所述第一次热处理之后在780℃至880℃下进行第二次热处理的步骤；通过所述第一次热处理生成5nm至2000nm的纳米尺寸的二硅酸锂晶相以及二氧化硅晶相，并通过所述第二次热处理温度对透光性进行调节。

8、此外，伴随着人类生活水准的提升，在牙医学领域对美观性的要求也在随之增加，而伴随着患者们的审美需求变得越来越高，正在开展大量的与利用多种材料的美观假体修复相关的研究活动。

9、作为目前主要使用的美观修复材料，对陶瓷材料修复体的美观性造成影响的要素包括如牙齿的外形、表面状态、透明度以及色调等，尤其是其中的透明度可以说是决定修复体制作的成功与否的重要因素。对于如上所述的用于美观假体的陶瓷材料的机械以及物理特性，已经有了大量的研究和发展，但是在色调的协调方面仍然有多种问题存在，而且在临床以及技术方面，仍然有许多与修复体的色调选择尤其是透明度相关的难题存在。

10、作为在美观假体学方面对牙齿修复时的美观性造成影响的因素，包括如色调、牙齿的形态和大小、牙齿的排列状态和比例关系、透光性以及修复体的设计(design)等，而实际上对于视觉最为敏感的可以说是颜色以及形态。

11、天然牙齿从牙颈部分开始到切端为止没有任何颜色相同的部分。

12、考虑到如上所述的因素，最近出现了可以利用所谓的堆瓷方式模仿天然牙齿的较深颜色的人造牙齿的制造方法。

13、堆瓷(build-up)方式是指通过逐层层叠如陶瓷或氧化锆等粉末而形成有色的人造牙齿之后对其进行热处理，从而逐层实现与天然牙齿类似的颜色的方法，虽然可以在相当程度上模仿与天然牙齿类似的颜色，但这是人造牙齿的美观度完全取决于技术人员的技能熟练度的方式，具有重现性较差、因为无法实时地进行制造而不利于患者以及无法通过如计算机辅助设计/计算机辅助制造等切削加工方法实现的问题。

14、此外，在利用现有的大型块体按照如计算机辅助设计/计算机辅助制造等切削加工方法制作人造牙齿的情况下，因为大型块体本身是由呈现出均匀物性的物质构成，因此所制造出来的人造牙齿只能是与天然牙齿不同的呈现出单一色调的形态。尤其是，在将根据如上所述的方法的人造牙齿适用于门牙等中时，会在美观上造成异质感，而且必然会导致显得不自然的问题。

15、在如上所述的本技术人的韩国授权专利第10-1975548号中所记载的结晶玻璃的制造方法中，也可以通过第二次热处理工程队透明性以及加工性进行调节，但是因为所获得的结晶玻璃的单一块体本身同样具有相同的物性，因此为了利用其实现与天然牙齿类似的较深的颜色，必须适用对多个结果物进行组合的方法。换言之，难以将大型块体本身直接适用于如计算机辅助设计/计算机辅助制造切削加工而实时地制造出天然颜色的牙齿。

16、为了改善如上所述的问题，本技术人提出了用于制造出与天然牙齿类似的人造牙齿假体，从而不仅可以缩短制造人造牙齿假体所需要的时间和工程，还可以通过机械物性的梯度功能化而提高力分散方面的结构稳定性的大型块体并获得了专利(韩国授权专利第10-2246195号)。

17、本发明旨在提供一种可以在如上所述的大型块体上提升透光度以及浓淡(shade)等美观性，在物性等方面更加类似于天然牙齿，而且其机械加工性得到进一步提升的渐变大型块体。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的目的在于提供一种可在通过如计算机辅助设计/计算机辅助制造等切削加工方式在不追加执行其他工程的情况下实现重复再现性，而且可以呈现出与天然牙齿类似的多重渐变(multi-gradation)透光性乃至物性的人造牙齿修复材料的制造中使用的用于切削加工的牙科用大型块体。

3、本发明的另一目的在于提供一种不仅可以缩短制造人造牙齿假体所需要的时间和工程，还可以通过机械物性的梯度功能化而提高力分散方面的结构稳定性的用于切削加工的牙科用大型块体。

4、本发明的又一目的在于提供一种可以呈现出与天然牙齿类似的多重渐变(multi-gradation)透光性乃至物性的可用于制造人造牙齿修复材料的用于切削加工的牙科用大型块体的简单的制造方法。

5、本发明的又一目的在于提供一种可以简单地利用加工机械将如上所述的牙科用大型块体制造成牙齿修复体的方法。

6、技术方案

7、本发明的一实现例提供一种用于切削加工的牙科用大型块体，其为在非晶玻璃基质内包含晶相的玻璃陶瓷块体，晶相中的主晶相为二硅酸锂，次晶相由选自方石英(cristobalite)以及鳞石英(tridymite)中的至少一种、石英(quartz)以及磷酸锂构成，所述牙科用大型块体为梯度功能材料，其在深度上具有主晶相大小的梯度，而且在主晶相大小的梯度值变化位置上不存在分界面。

8、在本发明的较佳的一实现例中，主晶相大小的梯度中的平均粒径可以在0.05μm至1.5μm的范围之内。

9、根据本发明之一实现例的牙科用大型块体，还可以在深度上具有透光度的梯度。

10、在较佳的一实现例中，透光度的梯度以550nm波长为基准可以在28至37％的范围之内。

11、在较佳的一实现例中，可以在0.5mm以内的深度范围之内，透光度的梯度出现变化。

12、在较佳的一实现例中，可以在0.31mm的深度范围之内，透光度的梯度出现变化。

13、根据本发明之一实现例的牙科用大型块体，还可以在深度上具有基于色差分析的l*、a*以及b*值的梯度，而且在0.31mm的深度范围之内，上色偏差(δe)值出现变化。

14、根据较佳的一实现例的牙科用大型块体的结晶度可以是35至70％。

15、根据本发明之一实现例的牙科用大型块体，在深度上还可以具有双轴弯曲强度的梯度。

16、在较佳的一实现例中，双轴弯曲强度的梯度可以在280mpa至450mpa的范围之内。

17、根据本发明之一实现例的牙科用大型块体，可以由连续的玻璃基质构成。

18、在较佳的一实现例中，玻璃基质可以包含69.0～75.0重量％的sio2、12.0～14.0重量％的li2o、2.5～5.5重量％的al2o3、0.23～0.6重量％的zno、2.8～3.5重量％的k2o、0.3～1.0重量％的na2o以及2.0～6.0重量％的p2o5，且al2o3/(k2o+zno)的摩尔比满足1.0～1.6。

19、在本发明的另一实现例中，提供一种用于切削加工的牙科用大型块体的制造方法，包括：对玻璃组合物进行熔融并在模具中进行成型以及冷却后，在20分钟至2小时之内按照设定的速度从480℃退火至280℃，从而制造出规定形状的块体的步骤，其中，所述玻璃组合物包含69.0～75.0重量％的sio2、12.0～14.0重量％的li2o、2.5～5.5重量％的al2o3、0.23～0.6重量％的zno、2.8～3.5重量％的k2o、0.3～1.0重量％的na2o以及2.0～6.0重量％的p2o5，且a12o3/(k2o+zno)的摩尔比满足1.0～1.6；以及

20、在760至880℃的温度范围内对所述块体进行热处理，其中以在块体的深度方向上形成温度梯度的方式进行热处理的步骤。

21、在根据较佳的一实现例的牙科用大型块体的制造方法中，热处理步骤可以对块体的上层部以840至880℃的温度范围进行热处理，而对块体的下层部以760至800℃的温度范围进行热处理。

22、在较佳的一实现例中，所述热处理步骤可以在梯度热处理炉(furnace)的内部以900至1，100℃的工作温度下执行1分钟至40分钟。

23、在本发明的一实现例中，还提供一种牙齿修复体的制造方法，包括：通过利用加工机械对所述一实现例的用于切削加工的牙科用大型块体进行加工而制造出特定的牙齿修复体的步骤；以及执行抛光(polisihing)或上釉(glazing)的步骤。

24、在根据较佳的一实现例的牙齿修复体的制造方法中，上釉可以在730至820℃下执行30秒至10分钟。

25、所述范围内的上釉，可以相当于是在不损害通过前一个步骤获得的牙齿修复体所具有的固有透光性的一般的上釉。

26、作为另一实例，可以作为根据使用者的需要对通过前一个步骤获得的牙齿修复体的透光度进行一部分调节的步骤执行上釉，在如上所述的方面上来讲，上釉可以作为通过至少825℃的热处理对所加工的修复体的透光性进行调节的用途使用。此时，上釉较佳地可以在至少825℃的温度下执行1分钟至20分钟。尤其是，在840℃以上的温度下透光度会降低，因此在需要进一步降低透光度时，可以通过进一步提升上釉温度而同时追加实现一部分结晶化。

27、本发明的大型块体可以简单地适用于具有与天然牙齿类似的多重渐变(multi-gradation)透光性乃至物性的人造牙齿修复材料的制造，可以由使用者一方简单地通过进行热处理的方法获得透光性得到调节的牙齿修复体，从而可以为物流管理的简化做出贡献。

28、技术效果

29、根据本发明的牙科用大型块体，可以在通过如计算机辅助设计/计算机辅助制造等切削加工方式在不追加执行其他工程的情况下实现重复再现性，而且可以呈现出与天然牙齿类似的多重渐变(multi-gradation)透光性乃至物性的人造牙齿修复材料的制造中使用，不仅可以缩短制造人造牙齿假体所需要的时间和工程，还可以通过机械物性的梯度功能化而提高力分散方面的结构稳定性，而如上所述的牙科用大型块体可以利用特定组成的单一玻璃组合物通过梯度热处理的简单方法进行制造。