Zirconia, especially tetragonal zirconia polycrystal (TZP), has been widely used as a bioceramic due to its excellent mechanical properties as well as its tooth-like color, good biocompatibility, and chemical stability. TZP undergoes tetragonal to monoclinic phase transformation (T-M transformation). T-M transformation induced by stress enhances the mechanical properties, whereas that induced by moisture degrade the mechanical properties, which is referred to as low-temperature degradation (LTD). In addition, TZP is opaque due to birefringence of tetragonal phase. By the event that femoral zirconia implant was fractured due to LTD in 2001, LTD issue emerged seriously. As a result, the application of zirconia as a bioceramic was limited to dental field. Recently, on the demand of esthetics, appearance similar to natural teeth is required of dental restoration. Accordingly, cubic zirconia is introduced to TZP for the better translucency. Cubic zirconia is optically transparent and stable at low temperature, but it shows insufficient mechanical properties due to large grains. Therefore, when a cubic zirconia is introduced to TZP, it is important to improve the optical properties without decreasing the mechanical properties. First, by reducing the grain size of cubic zirconia polycrystal (CZP) with two-step sintering method, the mechanical properties are supplemented with maintaining the strengths of CZP and the applicability of CZP in dental field was confirmed. Secondly, by understanding LTD and by substantiating the mechanism of LTD, TZP, which has outstanding mechanical properties, was intended to be applied diversely as a bioceramic.
지르코니아, 특히 정방정계 단일상으로 이루어진 지르코니아는 치아와 유사한 색상과 우수한 생체적합성, 우수한 화학적 안정성뿐 아니라 뛰어난 기계적 물성으로 인해서 바이오 세라믹 재료로써 널리 사용되어 왔다. 정방정계 단일상 지르코니아는, 정방정상의 특성상 상변태 강화변형으로 인해서 기계적 물성이 우수한 장점이 있는 반면, 저온의 수분이 있는 환경에서 단사정으로 상변화가 일어나는 저온열화 현상으로 인해 기계적 물성이 급격히 감소하는 단점이 있으며, 복굴절로 인해서 불투명하다. 2001년에 대퇴부 임플란트로 사용된 지르코니아가 저온열화 현상으로 인해 파단된 일을 계기로, 지르코니아의 저온 열화 현상의 심각성이 대두되었고, 바이오 세라믹으로써 지르코니아의 활용이 치아 수복재료로 한정되게 되었다. 최근 심미성이 강조됨에 따라, 자연 치아와 유사한 외관을 나타내는 치아 수복재료에 대한 관심이 증가하였고, 이에 따라 정방정 단일상 지르코니아에 입방정상을 도입하여 광특성을 개선하려는 노력이 진행되었다.입방정 단일상 지르코나의 경우, 입방정상의 특성상 광특성이 우수하고 저온에서도 안정한 특성이 있으나, 큰 결정립으로 인해서 기계적 물성이 부족한 단점이 있다. 따라서 정방정 단일상 지르코니아에 입방정상을 도입할 경우, 기계적 물성의 저하 없이 광특성을 개선하는 것이 관건이다. 이에 따라 two-step sintering 방법으로 결정립 크기를 줄임으로써, 입방정상의 장점을 그대로 유지하면서, 기계적 물성을 보완하여, 입방정 단일상 지르코니아의 치아 수복재료로써의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 정방정계 단일상의 결정적인 약점인 저온 열화 특성에 대해 제대로 이해하고 그 발생 메커니즘을 확인하여, 독보적으로 우수한 기계적 물성을 지닌 정방정상 지르코니아가 바이오 세라믹 재료로써 더 폭넓게 적용될 수 있는 계기를 마련하고자 하였다.
