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나노 슬러리의 겔 케스팅에 의한 반투명 정방정 지르코니아의 제조

전문가 제언: ○ 겔 캐스팅은 단량체의 중합반응을 전통적 세라믹 주조기술에 응용한 것으로 분말을 단량체와 함께 콜로이드 상으로 용액에 분산시키기 때문에 분말의 균질화가 매우 높고 몰드에 부은 후 중합반응을 이용하여 겔 형태로 만드는 성형기법이다. 겔의 성형체는 고분자 망목이 그대로 골격구조를 형성하므로 소지의 기계적 특성이 좋다. 분말의 높은 밀도의 균질화에 의해 소결이 균질하게 진행되어 밀도차이에 의한 잔류응력이나 특성의 방향의존성을 방지할 수 있다.
○ 겔화과정에서 수분이 빠져나오면서 수축과 균열생성이 생기기 때문에 긴 건조시간이 필요하다. 겔의 건조방식으로는 상온에서의 건조, 전자레인지의 이용, 건조기 사용, 항온항습기 사용 등이 있다. 일반적으로 건조가 빠를수록, 입도 및 기공이 클수록 건조구배가 크게 발생하여 미세균열과 수축이 커진다. 알루미나의 겔 캐스팅연구에 의하면 항온항습기를 사용하여 높은 습도에서 낮은 습도로 단계를 나누어 건조시키는 방법이 가장 좋고 상온에서 건조가 가장 나쁜 것으로 보고되었다.
○ 본고에서는 7vol%의 3YTZ 나노슬러리에 해교제로 수산화테트라메틸암모늄, 분산제로 TAC, 겔화제로 아가로스를 첨가한 히드로겔을 제조하였다. 소결은 완만하게 이루어져 완전 치밀화에 도달하는 동안 소지의 나노입자가 유지되도록 하였다. 1373K에서 2시간 소결한 시편은 99.5%의 상대밀도를 나타내는 반투명한 지르코니아를 얻었다. 1473K에서 소결한 시편은 입도가 증가하고 불투명하게 되었다.
○ TZP는 단사정으로의 상전이에 의한 균열을 방지하기 위해 이온반경이 Zr이온보다 큰 양이온이나 산화수가 4+보다 작거나 같은 산화물을 첨가한다. 이런 금속산화물의 첨가는 정방정 지르코니아의 a/c격자상수비를 감소시켜 투명성을 증가시킬 것이다 TZP는 강도, 내구성이 우수하면서도 생체친화적이고 심미적 요구를 해결할 수 있어 전도재관 및 브릿지 금속재료의 대안으로 치과계에서 관심을 모으고 있는 재료이다. 또 연질 콘텍트렌즈용 실리콘 히드로 겔에 관한 연구도 동국제약의 DK이노비젼에서 연구하고 있어 겔 캐스팅의 중요성을 유변학을 통해깊이 연구하는 계기가 되길 바란다.

저자: Michiyuki Yoshida, Shinya Takeno and Osamu Sakurada
자료유형: 니즈학술정보