이전에 치과용 금속과 도재의 결합에 알아보았으며 이번에는 도재와 금속 간의 특성 중 온도와 관계있는 금속의 용융범위, 금속 와 도재 각각의 열팽창계수 그리고 금속의 항복강도에 대해 알아보겠습니다. 용융범위라 함은 특정 물질이 고체에서 액체 상태로 변화하기 시작하는 온도와 그 물질이 완전히 액체 상태가 되는 온도 사이의 범위를 말합니다. 다시 말해, 이 범위에서 물질은 고체와 액체의 중간 상태, 즉 부분적으로 녹아 있는 상태에 있습니다. 많은 종류의 물질은 특정한 한 점에서 녹는 것이 아니라, 특정한 온도 범위에서 점차적으로 녹습니다. 이 온도 범위를 우리는 용융범위라고 부릅니다.
도재와 금속 간의 용융범위
금속의 용융범위는 도재가 열처리 과정을 통해 결합이 되는데 이 과정 동안 금속의 형태에는 변함이 없어야 하기 때문에 도재의 용융범위 보다 150도에서 260도 정도까지 높아야 합니다. 도재의 용융범위는 시중에 출시되어 있는 파우더의 설명서를 참조해야겠지만 대체적으로 870~ 960도 정도로 형성되어 있기에 합금의 용융범위는 이보다 높은 1000도 이상에서 상태변화가 일어나야 함을 알 수 있습니다. 하지만 치과용 합금이 도재 소성온도에 의한 금속 변형을 방지하기 위해 금속 주조 온도를 과도하게 올리게 되면 주조하기가 어렵고 수축도 증가하여 작업상의 어려움이 많기에 용융온도가 높을 경우 Ga이나 Ge를 첨가하여 합금을 제작하고 있습니다.
열팽창계수
열팽창계수란, 물질이 온도가 변할 때 그 크기가 얼마나 변하는지를 나타내는 수치입니다. 온도가 올라갈 때 물질은 대체로 팽창하고, 온도가 내려갈 때는 수축하는데, 이때 얼마나 팽창하거나 수축하는지를 나타내주는 게 바로 열팽창계수입니다.
치과에서 사용하는 합금과 도재는 각각 다른 열팽창계수를 가지고 있습니다. 이는 두 재료가 온도 변화에 따라 팽창하거나 수축하는 비율이 다르다는 것을 의미합니다. 치과용 합금과 도재를 함께 사용할 때 중요한 점은 이 두 재료의 열팽창계수가 서로 비슷해야 한다는 것입니다. 만약 열팽창계수가 매우 다르다면, 온도 변화가 있을 때 두 재료 사이에 응력이 발생할 수 있습니다. 이 응력은 재료의 변형이나 균열을 일으켜 작업 시 도재에 crack이 발생되어 장기적으로 도재의 탈락이나 박리 현상이 나타날 수 있습니다. 또한 뜨거운 음식을 먹거나 차가운 음료를 마실 때와 같이 입 안의 온도가 변하면, 치과용 합금과 도재는 서로 다른 비율로 팽창하거나 수축하게 되는데 이때 두 재료의 열팽창계수가 비슷하면 서로의 변화를 잘 견디어내어 보철물이 안정적으로 유지될 수 있습니다.
금속의 항복강도
항복강도란 금속 재료가 변형이 일어나기 시작하는 최대 힘의 크기를 의미합니다. 어떠한 금속이나 합금을 당기거나 누를 때 처음으로 영구적인 변형이 생기기 시작하는 지점의 강도를 뜻합니다. 여기서 영구적인 변형이란, 외력을 제거해도 원래 상태로 돌아가지 않는 상태를 말합니다. 예를 들어보면, 종이 클립을 생각해 볼 수 있습니다. 처음에는 종이 클립을 쉽게 휘어지지 않지만, 일정한 힘을 넘어서면 갑자기 쉽게 휘어지기 시작합니다. 그 힘의 지점이 바로 항복점이며, 이때의 강도가 항복강도입니다. 항복강도는 재료의 성질을 이해하고, 구조물이나 기계 부품의 설계에 있어 중요한 기준이 됩니다. 치과용 합금도 제조과정에서 항복강도가 정해지지만 주조과정에서 과열 및 과도한 산화를 방지하고, 교합압에도 충분히 저항할 수 있는 금속의 두께를 확보하여 설계해야 탄성이 없는 도재를 금속 위에 씌우고 있어도 교합압에서 버틸 수 있는 지지대 역할을 할 수 있을 것입니다.
금속 와 도재간의 서로 다른 특성으로 인해 고려해야 하는 다양한 점이 많이 있습니다. 서로 다른 재료이지만 구강 내 보철물로써의 역할을 잘 유지할 수 있도록 치과용 합금과 도재의 특성을 고려하여 제작을 해야 할 것입니다. 특히 열팽창계수는 술자가 인위적으로 바꾸거나 신경 쓴다고 바꿀 수 있는 사항이 아니기 때문에 재료 선택 시 합금과의 열팽창계수의 차이를 확인해야 할 것입니다.