6

/ 2 0 1 3

25

T E C H N I K A

d e n t y s t y c z n a

Masy osłonowe

zamykać wewnątrz pęcherzyków
powietrza. Masa po zmieszaniu daje
się łatwo wylewać. Czas pracy i czas
wiązania takiego materiału powinien
wynosić nie więcej niż 10-15 minut.
Po związaniu materiał ma odpowied-
nią wytrzymałość mechaniczną (oko-
ło 10 MPa), tak aby podczas samej
manipulacji nie uległ uszkodzeniu.
Ważna jest odpowiednia wytrzyma-
łość w wysokiej temperaturze, która
nie może ulec drastycznemu obniże-
niu, aby roztopiony metal o dużej gę-
stości nie spowodował pęknięcia całej
formy i nie wypłynął na zewnątrz.

Jednym z najistotniejszych parame-

trów całej masy osłonowej jest kom-
pensacja skurczu wosku oraz meta-
lu, które, przechodząc z fazy ciekłej
do stałej, ulegają skurczowi. Kolejną
sprawą jest odpowiednia porowatość
samego materiału, tak aby powietrze
oraz produkty gazowe, które powstają
w wyniku spalania się wosku, mogły
swobodnie wydostać się na zewnątrz.

Obojętność masy w stosunku do od-

lewanego metalu powinna być taka,
aby nie powodowała ona jego korozji.
Po zakończonym procesie odlewni-
czym oraz po ochłodzeniu masa osło-
nowa winna w łatwy sposób ulec od-
dzieleniu się od powierzchni metalu.

I oczywiście kluczowy parametr

– jej cena nie może być za wysoka.
Dlatego też producenci tego typu ma-
teriałów wytwarzają kilka różnych
klas mas osłonowych różniących się
składem oraz zastosowaniem.

P

odział

mas

osłonowych

Masy osłonowe można podzielić za-
sadniczo ze względu na:

Opiera się ona, jak powszechnie wia-
domo, na uformowaniu – wymode-
lowaniu danego elementu z wosku
odlewniczego, zatopieniu tego ele-
mentu w masie formierskiej (masie
osłonowej), a następnie, po związa-
niu tejże masy, wypaleniu w wysokiej
temperaturze. Podczas tego procesu
wosk ulega całkowitej eliminacji,
co daje miejsce na roztopiony metal,
który w trakcie procesu odlewniczego
wypełnia całkowicie powstałą prze-
strzeń.

s

kład

mas

osłonowych

Jeśli do tego typu zagadnienia podej-
dziemy w sposób bardzo ogólny,
we wszystkich typach mas osłono-
wych daje się wyróżnić dwa zasad-
nicze elementy. Jednym z nich jest
materiał odporny na wysoką tem-
peraturę (kwarc, krystobalit), zaś
drugim lepiszcze, którego zadaniem
jest spojenie elementów materiału
ogniotrwałego. Zadaniem materia-
łu ogniotrwałego jest wytrzymanie
wysokiej temperatury, jednocześnie
musi on być odporny na utlenianie,
korozję oraz musi odpowiednio
zwiększać wymiary pod wpływem
temperatury.

Na samym początku warto byłoby

zdefiniować, jakimi cechami powi-
nien odznaczać się „idealny” materiał
formierski.

Podstawowym wyznacznikiem jest

na pewno jego drobna granulacja,
która pozwala na uzyskanie gładkiej
powierzchni odlanego elementu me-
talowego. Dodatkowo, po zmiesza-
niu proszku z płynem powinien się
on dać w łatwy sposób zarobić i nie

TITLE



Casing investment

Słowa kLuCzowE



masa osłonowa

STrESzCzEnIE



Celem artykułu jest

przedstawienie czytelnikowi zagadnień
związanych z masami osłonowymi,
ich składu techniki pracy, właściwości,
a także potencjalnych źródeł
niepowodzeń.

kEy wordS



casing investment

SuMMary



This article aims

to shift the reader issues conected
with investments, their composition
techniques, properties and potential
sources of failure.

dr Zbigniew Raszewski

P

odczas wykonywania

w laboratorium

uzupełnień, których skład-
nikami są elementy
metalowe, w 90% przy-
padków posługujemy się
techniką odlewniczą. Pod-

stawową jej metodą, znaną

już niemal od starożytności

(około 3000 lat p.n.e.), jest

technika traconego wosku.

N

o w o c z e s N y

T

e c h N i k

D

e N T y s T y c z N y

26

T E C H N I K A

d e n t y s t y c z n a

• temperaturę samego procesu od-

lewniczego: wysokotemperaturowe
– masy osłonowe na bazie fosfora-
nów i krzemianów – oraz nisko-
temperaturowe, gdzie lepiszczem
jest gips – ostatnio coraz rzadziej
stosowane,

• różnice w głównym składniku mas,

czyli masy na bazie krzemianów
(kwarc, krystobalit), tlenku magne-
zu oraz tlenku cyrkonu,

• użyte lepiszcze, np.: gips, fosfora-

ny (fosforany sodowe i amonowe),
związki krzemoorganiczne (tetra-
metoksysilan itd.)
Dodatkowo do mas osłonowych

dodaje się różnego typu modyfika-
tory, których zadaniami są regulacja
czasu wiązania, wpływ na ekspansję,
zmniejszenie warstwy tlenków na po-
wierzchni metalu. Jako dodatków uży-
wa się więc grafitu, talku czy też miki.

z

miany

fizyczne

i

chemiczne

zachodzące

w

masie

osłonowej

Pod

wPływem

temPeratury

Najbardziej popularnymi materia-
łami używanymi w masach osłono-
wych są surowce pochodzenia mi-
neralnego zawierające dużą ilość
dwutlenku krzemu. Atom krzemu
ma 4 elektrony walencyjne, co po-
zwala na uzyskanie przestrzennej
struktury. Podstawową odmianą kry-
stalograficzną jest więc sieć heksago-
nalna, tak jak w przypadku kwarcu.
Inna odmiana – trydymit – ma struk-
turę kubiczną.

Podczas ogrzewania do wysokich

temperatur zachodzą dwa zjawiska,
które są odpowiedzialne za zwięk-
szenie objętości całego materiału.
Na samym początku następują prze-
sunięcia pomiędzy atomami – powo-
duje to zmniejszenie gęstości samego
materiału, a w przypadku dalszego
podnoszenia temperatury następuje
zniszczenie struktury krystalicznej.
Ochładzając gwałtownie tego typu
krzemionkę, uzyskuje się amorficz-

1

 Masa osłonowa i metal 

2

 Konstrukcja metalowa po uwolnieniu z masy, która powinna w dosyć 

łatwy sposób odseparować się od metalu 

3

 Po wypiaskowaniu ostrokonturowym Al

2

O

3

1

2

3

fo

t. ar

chiwum autor

ów

6

/ 2 0 1 3

27

T E C H N I K A

d e n t y s t y c z n a

ną strukturę kwarcu. Długotrwałe ogrzewanie kwarcu
w wysokich temperaturach prowadzi do uzyskania ko-
lejnej odmiany zwanej krystobalitem. Jeśli taki kwarc
zaczniemy ogrzewać powtórnie, może on przechodzić
z formy α (stabilnej w niskich temperaturach) do formy β.

Ekspansja termiczna kwarcu z powiększeniem objęto-

ści zachodzi w temperaturze 575°C (1,4%). Krystobalit
charakteryzuje się niższą temperaturą, podczas której
zachodzi zwiększenie objętości o 1,6% (przedział tempe-
raturowy 200-270°C).

Trydymit ma dwie temperatury, podczas których zwięk-

sza swoją objętość o około 1% (1170°C i 1630°C).

Masy osłonowe
używane do odlewów metali nieszlachetnych
Ponieważ tego typu metale odznaczają się wyższymi
temperaturami mięknięcia (powyżej 100°C), nie mogą
być do nich używane masy osłonowe na bazie gipsu,
gdyż ulega on rozkładowi w temperaturze powyżej
900°C z wydzieleniem dwutlenku siarki o silnych wła-
ściwościach korodujących. Jako lepiszcze stosuje się
więc fosforany. Ze względu na zastosowanie fosforanowe
masy osłonowe dzieli się na: masy przeznaczone do wy-
konywania koron, mostów, wkładów i nakładów oraz
masy do wykonywania konstrukcji metalowych i protez
szkieletowych.

Zawierają one w swoim składzie około 20% lepiszcza

składającego się z fosforanu amonowo-magnezowe-
go (NH

4

MgPO

4

6H

2

O) oraz diwodorofosforanu amonu

(NH

4

H

2

PO

4

) jako składników o charakterze kwasowym

oraz tlenku magnezu MgO (zasady).

Głównym składnikiem odpowiedzialnym za ekspansję

termiczną jest oczywiście kwarc, krystobalit lub ich mie-
szanina.

Składnikiem płynnym tego typu mas jest koloidalna

krzemionka, która jest odpowiedzialna za zwiększenie
ekspansji termicznej oraz zwiększenie twardości całej
masy (uwaga – nie można jej przemrozić!). Czasami doda-
wana jest niewielka domieszka węgla, który jest odpowie-
dzialny za redukcję nadmiernej warstwy tlenków:

NH

4

H

2

PO

4

+ MgO + 5H

2

O NH

4

Mg PO

4

* 6H

2

O

→ NH

4

MgPO

4

* 6H

2

O

Reakcja wiązania masy osłonowej jest typową reakcją

kwasu (fosforany i diwodorofosforany) i zasady (MgO).

Na samym początku, po związaniu masy w temperatu-

rze pokojowej, uzyskujemy lepiszcze w postaci fosforanu
amonowo-magnezowego, o strukturze koloidalnej, która
otacza nieprzereagowane cząstki tlenku magnezu. Kiedy
umieszczamy pierścień z masą w piecu i zaczynamy ogrze-

wać, pod wpływem zwiększania temperatury w lepiszczu
zachodzą różnego typu przemiany:

MgO + NH

4

H

2

PO

4

+ H

2

O

→ (NH

4

Mg PO

4

* 6H

2

O)n

W temperaturze około 50°C dochodzi do dehydratacji

nadmiaru wody użytej do zarobienia masy. Sama krze-
mionka też jest przecież wodną zawiesiną. Kiedy tem-
peratura zaczyna wzrastać do około 160°C, cząsteczki
fosforanu tracą wodę krystaliczną:

(NH

4

Mg PO

4

* H

2

O)

Dalsze ogrzewanie do temperatury około 600°C powo-

duje powstanie fazy niekrystalicznej pirofosforanu ma-
gnezu Mg

2

P

2

O

7

, a kolejnemu przyrostowi temperatury to-

warzyszy pojawienie się fazy krystalicznej, by ostatecznie

r e k l a m a

Ze względu na zastosowanie 

fosforanowe

masy osłonowe

 dzieli się na: masy 

przeznaczone do wykonywania koron, 
mostów, wkładów i nakładów oraz masy 
do wykonywania konstrukcji metalowych 
i protez szkieletowych.

N

o w o c z e s N y

T

e c h N i k

D

e N T y s T y c z N y

28

T E C H N I K A

d e n t y s t y c z n a

Zalety

Wady

Wysoka odporność po związaniu

w temp. pokojowej

Odporność po wypaleniu – trudność

w uwolnieniu elementu metalowego

Wytrzymałość po wypaleniu, małe

prawdopodobieństwo pęknięcia pod-

czas wlewania metalu

Duży wpływ zmian w ekspansji termicznej

w zależności od proporcji mieszania kolo-

idalnej krzemionki i wody

Wytrzymuje temperaturę do 1375°C

Duża reaktywność ze stopami metali nie-

szlachetnych, co powoduje grubą warstwę

tlenków

Tab. 1. Masy fosforanowe na bazie fosforanu magnezu – zalety i wady

G

E

C

B

D

A

4

Technika traconego wosku (Taggart, 1907). A – ß lej; B – ß kanał dolotowy; C – ß element woskowy;

D – ß masa formierska; E – ß pierścień; G – ß grubość masy osłonowej

5

Wpływ ilości krzemionki koloidalnej w fosforanowych masach osłonowych na rozszerzalność masy

w temperaturze 1040°C pirofosforan 
przeszedł w sól Mg

3

(P

2 

O

7

)

2

.

Jeśli do zarobienia masy osłonowej 

użyjemy koloidalnej krzemionki, 
wówczas materiał ten będzie miał 
ekspansję termiczną. Jeśli użyjemy 
czystej wody, może spotkać nas przy-
kra niespodzianka i odlew metalowy 
nie będzie pasował do modelu i w ja-
mie ustnej, gdyż masa nie zrówno-
waży skurczu metalu. Fosforanowe 
masy formierskie odznaczają się 
czasem pracy około 2 minut, a cał-
kowitym czasem wiązania – około 
30-60 minut.

Na czas wiązania ma wpływ szereg 

czynników:
•  temperatura (dodatkowo sama re-

akcja jest reakcją egzotermiczną, 
czyli wydziela się ciepło podczas 
wiązania masy),

•  mieszanie za pomocą mieszadła 

próżniowego przyspiesza czas wią-
zania,

•  zwiększenie ilości płynu wydłuża 

czas pracy masy.
Odporność na zgniatanie tego typu 

materiałów waha się w przedziale 
9-15 MPa. Ekspansja, czyli zwięk-
szenie objętości podczas wiązania, 
to około 0,4%. Jeśli masa będzie mo-
gła związać w obecności nadmiaru 
wody (wkładka w pierścieniu), to eks-
pansja higroskopijna wynosi dodatko-
wo 0,6-0,8%.

Masa  fosforanowa  zarobiona 

z samą wodą ma ekspansję termicz-
ną około 0,8% (+0,4% podczas wią-
zania, całkowita ekspansja wyniesie 
+1,2% ). Dla porównania z koloidalną 
krzemionką 1,2% (+0,4%, co daje cał-
kowitą ekspansję na poziomie +1,6%).

M

asy

osłonowe

do

odlewów

stopów

tytanu

W ostatnich latach tytan, ze względu 
na swoją wysoką biokompatybilność, 
znajduje coraz szersze zastosowanie 
w technice dentystycznej. Jednak 
ze względu na łatwość utleniania 
oraz wysoką temperaturę topnie-

percent liquid concentration

per

cent exp

ansion

0

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90 100%

4

5

6

/ 2 0 1 3

29

T E C H N I K A

d e n t y s t y c z n a

nia (1668°C) jest materiałem trud-
nym do odlewów. Dodatkowo coraz
bardziej powszechna technologia
CAD/CAM, gdzie daną konstrukcję
można uzyskać w metodach mniej
praco- i czasochłonnych, wypiera
samą technologię odlewu tytanu.
Skurcz tytanu podczas odlewu wynosi
1,8-2,0%. Dodatkowo, aby powierzch-
nia tytanu nie reagowała z tlenem
z powietrza, cały proces powinien za-
chodzić w ochronnej atmosferze gazu
obojętnego, jakim jest argon.

Masy osłonowe do tego typu odle-

wów składają się z:
• tlenku magnezu i fosforanów jako

lepiszcza, zaś za ekspansję termicz-
ną są odpowiedzialne różnego typu
materiały, takie jak: Al

2

O

3

, ZrO

2

,

SiO

2

, ZrSiO

4

, LiAlSi

2

O

6

,

• mniej popularnego układu: krze-

mian etylu oraz MgO, Al

2

O

3

, SiO

2

,

• tlenku cyrkonu, kwasu fosforowego,
• w literaturze można spotkać też ce-

menty na bazie tlenku glinu oraz
MgO, Zr.
Według badaczy japońskich najbar-

dziej reaktywnym składnikiem z roz-
topionym tytanem jest krzemionka,
która tworzy warstwy o grubości na-
wet 250 µm, następnie tlenek glinu
– grubość tego wytrącenia wynosi
około 100 µm, zaś najmniejsze war-
tości osiągnięto dla tlenków wapnia,
cyrkonu i magnezu – około 1 µm.

m

asy

osłonowe

na

bazie

tlenku

waPnia

Znajdują zastosowanie do odlewów
stopów tytanu. Składnikiem lepisz-
cza jest tlenek wapnia, zaś materia-
łem odpowiedzialnym za ekspansję
– tlenek cyrkonu. Reakcja wiązania
masy polega na przyłączeniu do tlen-
ku wapnia wody, co daje początkową
wytrzymałość masy oraz ekspansję:

CaO + H

2

O → Ca (OH)

2

Proces ten może zachodzić w spo-

sób trudny do kontroli i przez wiele

dni, dlatego też stosuje się tutaj gazo-
wy dwutlenek węgla:

CaO + H

2

O Ca(CO

3

) + Ca(OH)

2

Ekspansja podczas wiązania wyno-

si około 1,3%, a całkowita – do 2,5%.

m

asy

osłonowe

na

bazie

tlenku

cyrkonu

–

kwas

fosforowy

Masy osłonowe na bazie tlenku cyr-
konu znajdują zastosowanie w odle-
wach stopów tytanu. Proszek skła-
da się z mieszaniny ZrSiO

4

w około

30% oraz dwutlenku cyrkonu ZrO

2

.

Składnikiem płynu jest 15-proc.
kwas ortofosforowy. Zaletami tej
masy są: umiarkowana rozszerzal-
ność termiczna, łatwość przewodze-
nia ciepła, niska reaktywność z po-
wierzchnią roztopionego tytanu.
Właściwości fizyczne tej masy to:
proporcje mieszania proszek z pły-
nem 10:1, odporność na zgniatanie:
1 MPa po 24 godzinach, wytrzyma-

łość po wypaleniu: 10 MPa, rozsze-
rzalność: 0,31% do 1000°C, podczas
wiązania – 0,04%. Do zalet tej masy
należy też dodać szybkość umiesz-
czenia w piecu i szybki przyrost
temperatury. Całość wygrzewania
trwa około 20 minut. Powierzch-
nia uzyskanego odlewu jest bardzo
gładka.

q

Piśmiennictwo
1. Bae J.Y., Asaoka K.: Effects of colloidal silica

suspension mixing on porosity of phospha-
te-bonded investments after setting and he-
ating processes „Dent Mater J.”, 2013; 32 (3):
502-7.

2. Asaoka K., Bae J.Y., Lee H.H.: Porosity

of dental phosphate-bonded investments
after setting and heating processes. „Dent
Mater J.”, 2012; 31 (5): 835-42.

3. Zhang Z., Ding N., Tamaki Y., Hotta Y., Han-

-Cheol C., Miyazaki T.: Properties of expe-
rimental titanium cast investment mixing
with water reducing agent solution. „Dent
Mater J.”, 2012; 31 (5): 724-8.

4. Rodrigues R.C., Almeida E.P., Faria A.C., Ma-

cedo A.P., de Mattos Mda G., Ribeiro R.F.:
Effect of different investments and mold tem-
peratures on titanium mechanical proper-
ties. „J. Prosthodont Res.”, 2012; 56 (1): 58-64.

SiO

2

6

 Rozszerzalność termiczna kwarcu, krystobalitu oraz tridymitu

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

exp

ansion – %

cristobalite

quartz

tridymite

Fused quartz

teMperature

100

212

200

392

300

572

400

752

500

932

600

1112

700

1292

°C

°F

6