Vật liệu ốp từ gốm-thủy tinh (ảnh minh họa theo nguồn Internet)
Vật liệu gốm-thủy tinh, còn được gọi với các tên khác như glass-ceramic, vitroceram, pyroceram, sitall, slagceram,… được chế tạo bằng cách kiểm soát quá trình kết tinh của một số loại thủy tinh – thường được thực hiện nhờ việc sử dụng các phụ gia tạo mầm kết tinh. Điều này ngược lại với sự kết tinh bề mặt tự phát xảy ra trong sản xuất thủy tinh. Vật liệu gốm-thủy tinh luôn chứa pha thủy tinh dư và một hoặc nhiều pha tinh thể. Lượng tinh thể trong vật liệu gốm-thủy tinh dao động trong khoảng 0,5-99,5%, phần lớn trong khoảng 30-70%. Việc gốm hóa có kiểm soát tạo nên các vật liệu có tính năng vượt trội, thậm chí khác thường.
Không giống như vật liệu gốm kết khối, vật liệu gốm-thủy tinh vốn không có độ xốp. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, bọt hoặc những lỗ rỗng vẫn hình thành trong giai đoạn cuối của quá trình kết tinh. Về cơ bản, vật liệu gốm-thủy tinh có những ưu điểm sau:
- Có thể được sản xuất hàng loạt trên cơ sở các kỹ thuật sản xuất thủy tinh;
- Có thể được thiết kế với cấu trúc nano hay cấu trúc micro, tùy theo mục đích sử dụng;
- Có độ xốp bằng không (0) hoặc độ xốp rất thấp;
- Có thể được chế tạo một cách linh hoạt, nhằm tạo ra loại vật liệu có đồng thời nhiều tính năng kỹ thuật mong muốn.
Ví dụ về các ưu điểm của vật liệu gốm-thủy tinh đã nêu ở trên là sự kết hợp giữa hệ số giãn nhiệt rất thấp với tính trong suốt đối với các dải sóng dài nhìn thấy dành cho dụng cụ nhà bếp (cooking ware).
Một ví dụ khác là sự kết hợp giữa cường độ (độ bền) rất cao và dai với độ trong suốt, tính tương hợp sinh học, bền hóa học và độ cứng tương đối để ứng dụng trong lĩnh vực nha khoa.
Dụng cụ nhà bếp và ốp lát gốm-thủy tinh (ảnh minh họa theo nguồn Internet)
Vật liệu gốm-thủy tinh thường được chế tạo qua hai giai đoạn. Giai đoạn thứ nhất: thủy tinh được chế tạo theo quá trình công nghệ sản xuất thủy tinh thông dụng. Giai đoạn hai: thủy tinh được tạo hình, làm nguội và nung lại ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ chuyển pha thủy tinh. Sau giai đoạn thứ hai, đôi khi, quá trình chế tạo cần thêm giai đoạn ba. Trong quá trình xử lý nhiệt này (sau giai đoạn thứ nhất), bên trong sản phẩm sẽ được kết tinh một phần. Trong nhiều trường hợp, các phụ gia tạo mầm kết tinh (như kim loại hiếm, fluorit, ZrO2, TiO2, P2O5, Cr2O3 hoặc Fe2O3,…) được bổ sung vào phối liệu thủy tinh nền để thúc đẩy quá trình kết tinh.
Một phương pháp ít được dùng là: tác động và kiểm soát quá trình kết tinh trong thủy tinh nóng chảy ở giai đoạn làm nguội nó. Quá trình này đôi khi được sử dụng để tạo ra các sản phẩm gốm-thủy tinh có hạt (tinh thể) khá thô từ các phế thải công nghiệp để sản xuất vật liệu xây dựng.
Sản phẩm gốm-thủy tinh cũng được chế tạo bằng cách kết khối-kết tinh đồng thời (concurrent sinter-crystallization) của khối ép từ các hạt thủy tinh. Ưu điểm chủ yếu của quá trình kết khối - kết tinh đồng thời là không sử dụng các tác nhân kết tinh do các bề mặt hạt sẽ tạo các điểm (mầm) kết tinh (nucleation sites). Yếu điểm của công nghệ này là sản phẩm có độ xốp dư 0,5-3%. Tuy nhiên độ xốp dư cũng có thể được giảm thiểu hoặc hạn chế khi sử dụng kỹ thuật ép nóng.
>> Xem tiếp Phần 2
Trung tâm Thông tin (Lược dịch theo American Ceramic Society Bulletin)