지르코니아 보철이 대중적으로 보급된 지도 어언 10여 년에 가까운 시간이 흘렀습니다. 이에 새롭게 회자되는 것이 바로 ‘칸탈’, ‘슈퍼 칸탈’ 등의 용어들입니다. 신터링 퍼니스 내부의 열선을 칭하는 말입니다.
포세린 퍼니스를 사용할 때만 하더라도 그리 비중을 두지 않았던 부분이 바로 ‘열선’인데, 최근 신터링 퍼니스와 지르코니아 오염에 대한 관심이 높아지면서 신터링 퍼니스 내부의 열선도 많은 주목을 받고 있습니다.
그리고 이러한 시점에서 신터링 퍼니스의 열선을 깨끗하게 청소할 수 있는 제품도 출시되었습니다.
그래서 오늘은 ‘열선’에 대한 일반적인 이론과 상식을 살펴보고, 최근 런칭된 지르코니아 신터링 퍼니스 청소용 클리닝 파우더에 대해서도 알아보도록 하겠습니다.
1. 발열체(열선)에 대해 알아보자
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일반 포세린 퍼니스든 신터링 퍼니스든 가장 중요한 부분은 열을 발생시키는 발열체입니다.
포세린 퍼니스의 경우, 비교적 낮은 온도에서 운용되기 때문에 발열체의 고장이 적습니다. 하지만 신터링 퍼니스의 경우 고온이 필요하기 때문에 발열체의 단락 등의 고장이 잦은 편입니다. 교체 비용도 적게는 5~60만 원, 때로는 5-600만 원의 비용이 소요되어 큰 부담으로 작용할 수밖에 없는 현실입니다.
우리가 사용하는 신터링 퍼니스는 대부분 ‘칸탈선’이라는 발열체를 사용하고 있는데, ‘칸탈(Kanthal)’은 스웨덴의 발열체 제조 회사의 이름이며 이 발열체를 개발한 두 명의 학자 이름을 본 따 명명된 것입니다.
여기에서, 우리가 알아두면 좋을 ‘발열체의 종류와 특성’에 대해 잠시 살펴보고 넘어가도록 하겠습니다.
- 탄화규소(SiC) 발열체
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SiC(탄화규소)를 주원료로 제조된 비귀금속 발열체로, 팽창 계수가 낮고, 변형이 거의 일어나지 않으며, 화학적 안정성이 높습니다. 또 설치와 유지 보수가 용이하며 고온, 고열을 얻을 수 있는 무공해 청정 발열체입니다.
이러한 특성으로 인해 화학 연료를 대체하는 친환경 에너지원으로서 각광받으면서 사용이 급증하는 추세입니다. 참고로, 주방에서 흔히 볼 수 있는 ‘인덕션’에 사용되는 발열체가 바로 탄화규소(SiC) 발열체입니다.
사용 온도 범위는 600℃~1,600℃ 정도이며, 보호 장치 없이 대기 중에서 직접 사용할 수 있습니다. 야금, 세라믹, 유리, 기계, 분석 시험, 반도체, 과학, 연구 개발 등 다양한 분야에 응용되고 있습니다.
하지만 치과기공에서 요구하는 온도가 탄화규소 발열체의 한계 온도 근처이기 때문에 사용 시 다소 불안정하고 수명도 짧아진다는 평가를 받기도 합니다. 아무튼, 칸탈선이 등장하기 전까지는 최고의 열선이었으며 현재도 저온 발열체로서는 이만한 것이 없다고 합니다.
- 규화 몰리브덴 (MoSi2) 초고온 발열체
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이름 그대로 규화 몰리브덴(몰리브덴 실리사이드, Molybden Silicide)의 전기적 저항차를 이용해 제조된 발열체이며 최고 1,900℃까지 가열할 수 있습니다. 짧은 시간에 초고온을 얻을 수 있고, 부하의 개폐에도 큰 변화를 일으키지 않으며 내산화성이 우수하여 수명이 긴 편입니다.
유지보수가 간편하며, 연속 작업 시 작업 중단없이 교체할 수 있는 장점을 가지고 있어 공업로와 연구 시험로에 자주 사용됩니다.
치과기공에서 사용되는 슈퍼 칸탈, 또는 칸탈 슈퍼가 바로 이 발열체입니다. 최고 1,900℃의 온도를 얻을 수 있고, 간편한 교체 및 유지보수가 가능하기 때문에 신터링 퍼니스용으로 사용하기에 가장 적절합니다.
- 전기저항 발열체
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시중에서 가장 흔히 볼 수 있는 발열체입니다. 금속 도체에 전류를 흘리면 저항으로 인해 열이 발생하는데, 이 열을 이용하는 원리입니다. 간단하게는 전기난로로부터 전기장판, 전기화로 및 수많은 발열 제품에 사용되고 있으며 산업 용도로도 꾸준히 사용되고 있습니다.
인류의 전기 역사와 함께해 온, 가장 오랜 역사를 가지고 있는 발열체이며, 일반 칸탈선은 바로 이 범주에 들어가는 발열체입니다.
2. 칸탈(Kanthal)? 칸탈 슈퍼(Kanthal-Super)?
| 대부분 표준화된 기성 ‘칸탈선’을 채용하고 있습니다. |
치과기공에서 필요한 발열체를 이야기할 때, 가장 많이 사용되는 용어가 바로 ‘칸탈’입니다. 이 용어는 사실 스웨덴의 발열체 제조회사의 이름이며, 발열체의 합금 소재 이름이기도 하고, 그 회사가 생산하는 발열체의 브랜드 네임이기도 합니다. 헛갈리죠?
쉽게 말하면, 칸탈이라는 전기저항 발열 소재를 개발하고 판매하는 회사가 바로 스웨덴의 칸탈사입니다. 다른 전기저항 발열체에 비해 좀 더 높은 온도를 얻을 수 있고 전기 저항력도 크기 때문에 세계적으로 유명한 제품입니다.
그래서 그냥 칸탈선이라고 하면 칸탈사가 판매하는 전기저항 발열체를 뜻합니다. 우리는 주변에서 많은 종류의 칸탈선을 만날 수 있습니다. 전기난로 및 기타 발열이 필요한 분야에 널리 사용되고 있으며, 전자담배의 발열 코일로도 자주 사용됩니다.
그렇다면 칸탈 슈퍼, 또는 슈퍼 칸탈은 도대체 무엇일까요? 결론적으로 말하면, 스웨덴 칸탈사에서 개발한 규화 몰리브덴 (MoSi2) 발열체의 상품명입니다. 칸탈(Kanthal)이 칸탈사의 전기 저항 발열체의 상품명이라면, 칸탈 슈퍼(Kanthal Super)는 규화 몰리브덴 (MoSi2) 발열체의 상품명이라는 것이죠. 이 칸탈 슈퍼가 우리가 사용하는 지르코니아 신터링 퍼니스에 주로 탑재됩니다.
앞서 살펴보았듯, 규화 몰리브덴 (MoSi2) 발열체는 최고 1,900℃의 온도를 얻을 수 있으며 교체 및 유지보수가 간편하기 때문에 초고온 발열체로 각광받고 있습니다. 이런 규화 몰리브덴 (MoSi2) 발열체의 세계 시장을 스웨덴 칸탈사의 칸탈 슈퍼(Kanthal Super)가 장악하고 있습니다.
3. 규화 몰리브덴 (MoSi2) 발열체 - 칸탈 슈퍼의 특성
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규화 몰리브덴 (MoSi2) 발열체는 고온으로 가열되면 발열체 표면에 석영층(이산화규소, SiO2)이 형성되어 산화를 방지하게 됩니다. 하지만 낮은 온도에서는 석영층이 형성되는 속도보다 더 빠르게 산화가 일어나게 되어 가루처럼 부스러지거나 소결 응집력을 상실하게 됩니다.
이 때문에 400℃~700℃의 온도에서 장시간 사용하는 것을 권하지 않습니다.
좌측 사진은 다양한 크기와 형상으로 판매되고 있는 칸탈 슈퍼입니다. 이중 신터링 퍼니스에 채용되는 모델은 1700, 1800, 1900 등입니다. 모델에 따라 최고 온도 및 기타 특성이 조금씩 다릅니다.
크기는 3x6이나 6x12 등이 많이 사용되고 있는데, 숫자는 가장 가는 부분의 지름과 가장 굵은 부분의 지름을 의미합니다.
얼핏 생각하면 가장 고온의 칸탈 슈퍼를 선택하는 것이 유리해 보이지만, 퍼니스 벽면의 내화제 종류 및 전기 소모량 등을 고려하여 전체적인 조화를 이루도록 선택하는 것이 중요합니다. 그래서 필요한 최고 온도보다 100℃ 정도 높은 칸탈 슈퍼를 선택하여 사용하는 것을 일반적으로 권하고 있습니다.
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(다양한 발열체 고장 사례들) |
한편, 칸탈 슈퍼는 지속적인 관리가 필요합니다. 칸탈 슈퍼가 오염되거나 고장나는 요인으로는 물리적 충격, 내부 공기의 오염, 급냉으로 인한 내화재의 뒤틀림, 전류제어의 문제, 오버 히팅등이 있습니다.
그래서 평소 발열체의 상태를 주기적으로 확인할 필요가 있습니다. 만약 신터링 과정 중 환원이 정확하고 완벽하게 이뤄진다면 발열체의 표면은 깨끗하거나 얇은 회색막이 코팅된 모습일 것입니다.
하지만 무언가 심하게 눌러붙은 상태이거나 검은 코팅막이 붙은 모양을 하고 있으면 발열체에 문제가 생긴 것으로, 캘리브레이션이나 청소를 통해 문제를 해결해야만 합니다.
사용하는 신터링 퍼니스의 발열체가 오염된 것으로 확인될 경우, 먼저 시도해 볼 수 있는 방법이 바로 알루미나 블럭을 이용한 캘리브레이션입니다. 리퍼 써모나 펠로우 등의 알루미나 블럭을 도가니 한 가운데 위치시키고, 가장 많이 사용하는 스케줄로 공회전하면서 온도를 측정한 다음 표와 대조해 보는 방법입니다.
만약 온도 차이가 크지 않다면 스케줄을 조정하여 사용해도 되지만, 50℃ 이상의 차이를 보이면 발열체가 고장날 확률이 매우 높습니다. 그리고 발열체의 고장은 갑자기 발생하는 경우가 많습니다. 그래서 평소 발열체의 상태를 점검하고 관리하는 습관이 필요합니다.
4. DOCERAM GmbH의 Nacera Clean
Nacera Clean은 독일의 DOCERAM GmbH가 개발, 생산하고 (주)원앤올코퍼레이션이 국내 런칭한 신터링 퍼니스 유지 관리 제품입니다.
DOCERAM GmbH는 지르코니아 블럭 Nacera로 유명한 독일의 세라믹 전문 업체로, 지르코니아 보철물 오염방지와 퍼니스 청소 및 관리를 목적으로 Nacera Clean을 개발했다고 합니다.
DOCERAM에서 설명하는 Nacera Clean의 주요 특징을 살펴보면, 지르코니아보다 훨씬 더 높은 반응을 보이고 더 넓은 표면에 작용하기 때문에 대기 중의 오염물질을 청소하기에 유리하다고 합니다. 또한 오염물질들과 결합하여 퍼니스를 정화하고, 보철물의 지속적인 색상을 유지할 수 있다고 합니다.
무엇보다 발열체의 피막을 보호하고, 피막이 기화하여 지르코니아 보철물을 오염시키는 것을 막을 수 있다고 합니다. 앞서 설명했듯이 규화 몰리브덴 고온 발열체는 산화를 방지하는 석영층이 형성되는데, 이 피막을 보호하고 발열체의 산화를 방지한다는 의미입니다.
Nacera Clean으로 지르코니아 신터링 퍼니스를 유지, 관리하는 방법으로는 아래 세 가지의 과정이 있습니다.
| - 일반 크리닝 전체 청소를 위한 크리닝 과정으로, 신터링 퍼니스의 트레이에 150~200g의 Nacera Clean을 넣고 소성 프로그램을 진행시킵니다. 퍼니스의 챔버 청소를 목적으로 사용되며 약 6개월에 1회 정도의 크리닝을 권합니다. - 유지보수 크리닝 지속적인 관리와 청소를 위한 목적의 크리닝입니다. 약 10g 정도의 Nacera Clean을 넣고 일반 신터링 과정을 진행합니다. - 열전도체 리제네레이션 크리닝 오염된 열전도체(발열체)를 회복시키는 크리닝으로, 퍼니스 챔버를 청소한 후, 약 200g의 Nacera Clean을 도가니에 넣고 퍼니스의 온도를 최대로 상승시킵니다. 최대 온도로 상승하면 30분 정도 온도를 유지한 다음 일상적인 하강온도로 낮춥니다. 이때, 300℃ 이하에서는 퍼니스를 열지 않습니다. |
(업체측에서 제공한 클리닝 전과 후의 발열체 상태 사진)
( 업체측에서 제공한 클리닝 전과 후의 보철물 상태 사진)
다음 호에서는 오염된 퍼니스를 이용, 실제로 Nacera Clean을 적용해 보고, 또 시편 제작을 통해 보철물의 오염에 대한 클리닝의 효과를 직접 살펴보는 시간을 가지도록 하겠습니다.
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