ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

LƯƠNG VIẾT CƯỜNG NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐM THỦY TINH
HỆ CaO-MgO-SiO
2
TỪ TALC PHÚ THỌ VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA B
2
O
3
, Al
2
O
3
KÍCH THƯỚC NANO ĐẾN CẤU TRÚC
VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU



NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU GỐM THỦY TINH
HỆ CaO-MgO-SiO
2
TỪ TALC PHÚ THỌ VÀ ẢNH HƯỞNG
CỦA B
2
O
3
, Al
2
O
3
KÍCH THƯỚC NANO ĐẾN CẤU TRÚC
VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU

Chuyên ngành: Hóa vô cơ
Mã số: 60 44 25
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nghiêm Xuân Thung
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 2
1.1. Giới thiệu chung về gốm thuỷ tinh 2
1.1.1. Gốm thuỷ tinh 2
1.1.2. Quá trình kết tinh của thuỷ tinh 3
1.1.3. Các phương pháp điều chế gốm thuỷ tinh 7
1.2. Giới thiệu chung về hệ bậc ba: CaO - MgO - SiO
2
9
1.2.1. Khái quát các oxit trong hệ: 9
1.2.2. Khái quát các oxit: Al
2
O
3
, B

Lương Viết Cường CHH-K21
iv
3.2.2. Các dụng cụ 34
3.3. Thực nghiệm 34
3.3.1. Nghiên cứu thành phần hóa học của nguyên liệu đầu 34
3.3.2. Chuẩn bị hỗn hợp mẫu từ nguyên liệu đầu talc và đolomit 35
3.3.3. Cách làm 36
3.3.4. Phân tích nhiệt mẫu nghiên cứu 36
3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến quá trình hình thành gốm
thuỷ tinh 36
3.3.6 Nghiên cứu mẫu gốm thủy tinh trên cơ sở nguyên liệu đầu là talc và
đolomit 37
3.3.7. Nghiên cứu ảnh hưởng của Al
2
O
3
, B
2
O
3
đến sự hình thành tinh thể diopsit
trong gốm thuỷ tinh hệ bậc 3: CaO - MgO - SiO
2
37
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39
4.1. Kết quả nghiên cứu nguyên liệu 39
4.1.1 Kết quả phân tích nguyên liệu talc và đolomit 39
4.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu Mo 42
4.1.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên liệu đầu: talc và đolomit đến sự hình
thành tinh thể diopsit của gốm thủy tinh……………………………………… 44


Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
v

DANH MỤC HÌNH, BẢNG BIỂU

Hình 1.1. Hai giai đoạn nhiệt luyện 7
Hình 1.2. Một giai đoạn nhiệt luyện 8
Hình 1.3. Phương pháp bột sản xuất gốm thủy tinh 9
Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể talc 14
Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc 15
Bảng 1.2. Tiêu chuẩn chất lượng khoáng talc theo ISO (ISO 3262) [20] 16
Hình 1.5. Hệ bậc ba CaO - MgO - SiO
2
19
Bảng 1.3. Giá trị một số hàm nhiệt động 21
Hình 2.1. Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg 26
Hình 2.2. Sơ đồ khối của thiết bị phân tích nhiệt 28
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lí kính hiển vi điện tử quét SEM 29
Bảng 3.1. Thành phần khoáng trong các mẫu có sử dụng talc 35
Bảng 3.2. Thành phần khoáng trong mẫu sử dụng đolomit 36
Bảng 4.1. Thành phần hóa học khoáng talc 39
Hình 4.1. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu talc 39
Hình 4.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột talc 40
Bảng 4.2. Thành phần hóa học mẫu đolomit 41
Hình 4.3. Giản đồ XRD mẫu đolomit 41
Hình 4.4. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu đolomit 42
Hình 4.5. Giản đồ phân tích nhiệt mẫu Mo 43
Hình 4.6. Giản đồ XRD của mẫu Ao………………………………………… 44

Bảng 4.9. Kết quả xác định độ xốp, độ hút nước, khối lượng riêng, cường độ của
mẫu chứa B
2
O
3
56
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
1
MỞ ĐẦU

Gốm sứ và thuỷ tinh là những vật liệu rất gần gũi với cuộc sống của con
người. Chúng được con người sử dụng và phát triển rất sớm. Ngày nay, cùng với sự
phát triển của khoa học kỹ thuật đã xuất hiện nhiều loại vật liệu mới với nhiều tính
chất ưu việt, ngày càng được phát triển và ứng dụng rộng rãi. Trong vài thập niên
trở lại đây, người ta bắt đầu nghiên cứu một loại vật liệu mới bắt nguồn từ thuỷ tinh
nhưng có cấu trúc tinh thể. Vật liệu này có những tính chất của thuỷ tinh và gốm
gọi là gốm thuỷ tinh. Đây là một vật liệu khá mới và đang trở thành đề tài được rất
nhiều nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm.
Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể có cấu trúc vi mô được tạo thành
bởi sự kết tinh kiểm soát của thuỷ tinh. Nó là những vật liệu đa tinh thể có hạt nhỏ
được tạo thành khi thuỷ tinh với thành phần thích hợp được xử lý nhiệt và trải qua
sự kết tinh kiểm soát để có năng lượng thấp hơn.
Gốm thủy tinh hệ CaO - MgO - SiO
2
có những tính chất cơ học, hoá học nỗi
trội như sức bền, chịu mài mòn, hệ số giản nở nhiệt thấp, có những đặc điểm về
mặt thẩm mĩ vì thế có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực. Hiện nay, có rất
nhiều phương pháp tổng hợp hệ gốm thuỷ tinh bậc 3 CaO-MgO-SiO
2

phải chịu một quá trình nhiệt luyện nào đó. Sự kết tinh trong quá trình sản xuất
thuỷ tinh là một khuyết điểm. Tuy nhiên tính chất này có thể được sử dụng để sản
xuất một loại vật liệu mới là gốm thuỷ tinh.
Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể được tạo thành khi những thành
phần thuỷ tinh thích hợp được nhiệt luyện và điều chỉnh quá trình kết tinh. Trong
gốm thuỷ tinh thường tồn tại 50% - 95% thể tích là tinh thể còn lại là pha thuỷ tinh
còn dư. Một hoặc nhiều hơn những pha tinh thể có thể tạo thành trong quá trình
nhiệt luyện và thành phần của chúng khác với thuỷ tinh cho trước và do đó thành
phần của thuỷ tinh còn dư cũng khác trước.
1.1.1.1. Tính chất của gốm thuỷ tinh
Gốm thuỷ tinh có những tính chất quan trọng như:
- Độ bền cao đối với các lực va đập và lực biến dạng, nên ống thuỷ tinh
thường có độ bền gãy là: 210 - 270 kg/cm
2
thì vật liệu gốm thuỷ tinh có kích thước
tương đương có độ bền gãy là 2800 - 4200 kg/cm
2
. Gốm thuỷ tinh cũng có độ chịu
mài mòn cao hơn nhiều so với thuỷ tinh thường.
- Có thể điều chỉnh thành phần hoá học của gốm thuỷ tinh một cách dễ dàng
để thay đổi hệ số giãn nở nhiệt theo mong muốn từ giá trị thấp nhất (gần bằng
không) đến cao nhất (2.10
-5
K
-1
). Do đó, có khả năng chọn hệ số giãn nở nhiệt của
vật liệu gốm thuỷ tinh cũng như của vật liệu kim loại. Điều này quan trọng khi chế
tạo các khớp nối kín của kim loại với linh kiện bằng gốm thuỷ tinh. Các mẫu gốm
thuỷ tinh có hệ số giãn nở nhiệt bé hoặc âm rất bền đối với xung nhiệt.
- Vật liệu gốm thuỷ tinh bền nhiệt hơn vật liệu thuỷ tinh có cùng thành phần.

Tuy nhiên, trong một ít lĩnh vực một cấu trúc định hướng là có lợi, ví dụ cho
các thiết bị hoả điện và áp điện, và có thể gia công gốm thuỷ tinh trên máy. Trong
đa số trường hợp sự tạo mầm bên trong, cũng biết có sự tạo mầm lớn, được yêu cầu
và thành phần thuỷ tinh ban đầu được chọn để chứa dạng tăng cường cho dạng này
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
4
của sự tạo mầm. Các dạng này có quan hệ với các chất tạo mầm và có thể là kim
loại (vd: Au, Ag, Pt, và Pd) hoặc phi kim loại (Vd: TiO
2
, P
2
O
5
và những Florua).
Tốc độ của sự tạo mầm phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ. Một khi mầm đã được hình
thành ổn định thì sự phát triển tinh thể bắt đầu. Sự phát triển kéo theo sự chuyển
động của các nguyên tử các phân tử từ thuỷ tinh, ngang qua bề mặt tinh thể thuỷ
tinh và vào trong tinh thể. Việc điều kiển quá trình này là do sự khác nhau trong thể
tích hoặc năng lượng hoá học tự do G
v
giữa thuỷ tinh và trạng thái tinh thể.
Một quá trình kết tinh thông thường gồm hai giai đoạn:
 Giai đoạn tạo mầm
 Giai đoạn mầm phát triển thành tinh thể
Căn cứ vào cơ chế tạo mầm có thể chia làm hai loại kết tinh:
 Kết tinh tự phát hay tự kết tinh
 Kết tinh cưỡng bức hay kết tinh định hướng
1.1.2.1. Quá trình tự kết tinh [7]
Qúa trình tự kết tinh xảy ra kèm theo hiệu ứng toả nhiệt do đó sau khi kết

mầm thì tốc độ phát triển tinh thể
đã ~ 0. Trong thực tế hay gặp hai
vùng nhiệt độ tạo mầm và phát
triển mầm tinh thể.
Trường hợp 3: Khi làm lạnh chậm sẽ có các tinh thể nhỏ mịn. Nếu làm lạnh
nhanh trong vùng nhiệt độ tạo mầm không đủ mầm nên xuất hiện trong thuỷ tinh
một ít tinh thể riêng biệt.
Trường hợp 4: Khi làm lạnh nhanh hệ sẽ tạo thuỷ tinh. Vì khả năng tạo mầm
xảy ra khi V
ft
đã quá bé. Nếu làm lạnh chậm thì trong thuỷ tinh sẽ có một lượng
nhỏ tinh thể.
Trường hợp 5: Khi làm lạnh nhanh sẽ tạo các tinh thể thô. Nếu làm lạnh
chậm lượng mầm xuất hiện đáng kể khi đó V
ft
bé, không đủ thời gian và vật chất để
phát triển nên tạo ra các tinh thể nhỏ mịn.
Ngoài ra, quá trình ngược lại - quá trình đốt nóng thuỷ tinh và sự kết tinh
cũng rất quan trọng. Khi đốt nóng (chiều ngược lại với làm lạnh) nếu giữ hệ lâu ở
nhiệt độ tạo mầm cực đại sẽ xuất hiện một lượng mầm đáng kể mà khi đốt nóng
tiếp lên nhiệt độ có vận tốc phát triển cực đại sẽ cho nhiều tinh thể nhỏ mịn. Ngược
lại nếu đốt nóng qua vùng nhiệt độ tạo mầm nhanh sẽ xuất hiện các tinh thể nhỏ. Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
6
1.1.2.2. Quá trình kết tinh định hướng
Khi quá trình tự kết tinh xảy ra thường sẽ thu được sản phẩm gốm thuỷ tinh
có những tính chất không mong muốn do các tinh thể hình thành định hướng tự do,

+ Cấu trúc tinh thể của pha mầm và của pha kết tinh phải tương tự nhau, đặc
biệt là giá trị khoảng cách giữa các mặt d với các chỉ số hkl bé của hai pha đó gần
giống nhau. Trong trường hợp này có thể phát triển tinh thể theo kiểu epitaxit nếu
kích thước của các tế bào tinh thể mầm và của tinh thể kết tinh khác nhau dưới
15%.
Sau giai đoạn tạo mầm ở nhiệt độ gần nhiệt độ hoá thuỷ tinh khi mà độ nhớt
của hệ khá cao, tốc độ lớn của tinh thể bé thì phải đun nóng thuỷ tinh lên nhiệt độ
cao hơn. Lúc này độ lớn của thuỷ tinh tăng lên trên bề mặt của mầm. Do nồng độ
của mầm rất cao nên tinh thể được phân bố đồng đều trong toàn bộ khối thuỷ tinh.
Mỗi tinh thể lớn lên với tốc độ chậm chạp và va chạm với mầm bên cạnh, làm cho
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
7
kích thước của tinh thể trong vật liệu có giá trị rất bé (10
-7
- 10
-6
m). Nhiệt độ phát
triển tinh thể thường cao hơn nhiệt độ tạo mầm.
1.1.3. Các phương pháp điều chế gốm thuỷ tinh
1.1.3.1. Phương pháp thông thường
Phương pháp thông thường để điều chế gốm thủy tinh là tiến tới làm kết tinh
bằng hai giai đoạn nhiệt luyện (Hình1.1)

Hình 1.1. Hai giai đoạn nhiệt luyện
+ Giai đoạn đầu tiên được thực hiện tại một nhiệt độ nhiệt luyện thấp mà ở
đó tốc độ tạo mầm cao (xung quanh T
N
). Ở đây, hình thành một mật độ cao của
mầm ở khắp bên trong thuỷ tinh. Mật độ cao của mầm là rất quan trọng để kích

kết khối chắc đặc là một con đường thông thường để sản xuất gốm sứ và cũng được
sử dụng cho những sản phẩm gốm thuỷ tinh. Phương pháp này có những giới hạn
trong kích thước và hình dạng của các chi tiết sản xuất, thêm vào đó là chi phí cho
việc sản xuất. Phương pháp này chỉ được sử dụng khi xác định được một lợi ích
chắc chắn. Trong đa số trường hợp chỉ có một chút lợi thế trong việc ép khối và
nung kết bột bởi vì sản phẩm gốm thuỷ tinh đòi hỏi một nhiệt độ nung kết cao
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
9
nhưng tính chất của thành phẩm cũng không khác đáng kể so với gốm thuỷ tinh
làm từ các con đường khác.
Thường người ta sử dụng bột thuỷ tinh nguyên liệu, để kết khối theo cơ chế
dòng nhớt ở một nhiệt độ thấp hơn. Quan trọng là phải tính đến tốc độ nung kết
tinh quá nhanh, kết quả là mức độ kết tinh cao sẽ ngăn cản sự nung kết ở nhiệt độ
thấp và do đó dẫn đến một lượng xốp không mong muốn. Mặt khác, nếu sự nung
kết xảy ra hoàn toàn trước khi kết tinh thì thành phẩm không hứa hẹn có gì khác
biệt có thể sản xuất được gốm thuỷ tinh chắc đặc bằng một quá trình kết tụ mà
trong đó cả sự kết đặc và kết tinh xảy ra đồng thời ở cùng nhiệt độ. Việc tối ưu hoá
thành phần và nhiệt độ nung kết có thể dẫn tới những vi cấu trúc khác và thậm chí
có cả những tính chất khác nhau của sản phẩm. Việc sử dụng áp suất hỗ trợ cũng có
tác dụng như của nhiệt độ, phương pháp này cho những sản phẩm có độ chắc đặc
gần như hoàn toàn, tuy nhiên giá thành đắt và kỹ thuật phức tạp.
Có thể mô tả phương pháp bột theo dạng sơ đồ sau:

Hình 1.3. Phương pháp bột sản xuất gốm thủy tinh
1.2. Giới thiệu chung về hệ bậc ba: CaO - MgO - SiO
2

phẩm
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
10
Ở điều kiện thường, silic đioxit thường tồn tại ở các dạng thù hình là: thạch
anh, tridimit và cristobatlit. Mỗi một dạng thù hình này lại có hai dạng: dạng  bền
ở nhiệt độ thấp và dạng  bền ở nhiệt độ cao.
Sơ đồ biến đổi dạng tinh thể của silic đioxit:
Tridimit 
 117
0
C
thạch anh  tridimit  critobalit 
 573
0
C  163
0
C  253
0
C
thạch anh  tridimit  critobalit 
Trong thực tế, nhiệt độ chuyển hoá các dạng thù hình của silic đioxit còn
phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự có mặt của các chất khoáng hoá, chế độ nâng
nhiệt, áp suất.
Tất cả các dạng tinh thể này đều bao gồm các nhóm tứ diện [SiO
4
]

 Na
2
SiO
3
+ CO
2

1.2.1.2. Canxi oxit (CaO)
Phân tử gam: 56,08 g/mol
Tỷ trọng: 3,35g/cm
3

Điểm nóng chảy: 2572
0
C
Điểm sôi: 2850
0
C
Độ tan trong nước: có phản với nước.
870
0
C
1470
0
C
1050
0
C
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21

0
C - 500
0
C, nung MgCO
3
ở 600 - 750
0
C.
Mg(OH)
2
 MgO + H
2
O
MgCO
3
 MgO + CO
2

1.2.2. Khái quát về các oxit: Al
2
O
3
, B
2
O
3
, Na
2
O
1.2.2.1. Nhôm oxit (Al

Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
12
Tỷ trọng: 2,46g/cm
3

Điểm nóng chảy: 723
0
K
Điểm sôi: 2130
0
K
Biển hiện: chất rắn, màu trắng, không màu, không mùi. Bo oxit được dùng
nhiều trong vật liệu gốm thuộc nhóm lưỡng tính. Nó giúp hình thành lớp đệm
chuyển tiếp đất sét, men để tránh rạn men. Bo oxit có thể được xem là 1 chất tạo
thuỷ tinh có tính axit nhưng cũng có thể xem là 1 oxit trợ chảy.
1.2.2.3. Natri oxit (Na
2
O)
Phân tử gam: 61,9789 g/mol
Tỷ trọng: 2,27g/cm
3

Điểm nóng chảy: 1132
0
C
Điểm sôi: 1950
0
C
Độ hoà tan trong nước: Phản ứng mãnh liệt với nước.

+ 3MgCO
3
+ 3H
2
O
Talc cũng được tạo thành từ magie chlorit và thạch anh có mặt trong đá
phiến lục và eclogit qua phản ứng biến chất.
Chlorit + thạch anh  kyanit + talc + H
2
O
Trong phản ứng này, tỉ lệ talc và kyanit phụ thuộc vào hàm lượng nhôm
trong đá giàu nhôm. Quá trình này xảy ra trong điều kiện áp suất cao và nhiệt độ
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
13
thấp thường tạo ra phengit, granat, glaugophan trong tướng phiến lục. Các đá có
màu trắng, dễ vỡ vụn và dạng sợi được gọi là phiến đá trắng.
1.2.3.2. Thành phần hoá học và thành phần khoáng talc
* Thành phần hoá học
Talc tinh khiết có công thức hoá học là Mg
3
Si
4
O
10
(OH)
2
với tỷ lệ MgO:
31,9%, SiO
2

10
(OH)
2
] thì quặng có chứa MgO còn có các khoáng như: dolomit
(Mg.Ca(CO
3
)
2
); mahezit (MgCO
3
); serpentin (4MgO.2SiO
2
.2H
2
O); actinolit
(Ca
2
Fe
5
[Si
4
O
11
]
2
.(OH)
2
); manhetit (Fe
3
O
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
15
Bảng 1.1. Thông số cấu trúc của talc
Thông số tế bào đơn vị
Một nghiêng
Ba nghiêng
a (A
0
)
5,28
5,290
b (A
0
)
9,15
9,173
c (A
0
)
18,92
9,460
 (A
0
)
90,00
98,68
 (A

, talc nóng chảy ở
1500
0
C.
Tính kỵ nước và trơ về mặt hoá học, dẫn điện, dẫn nhiệt kém. Talc không
tan trong nước cũng như trong dung dịch axit hay bazo yếu. Mặc dù có rất ít khả
năng gây phản ứng hoá học nhưng talc có một mối quan hệ rõ rệt với các chất hữu
cơ tức là nó ưa các hợp chất hữu cơ.
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
16
Khi nung talc có hiệu ứng nhiệt mạnh bắt đầu từ 900
0
C, thông thường là 920
- 1060
0
C nếu nung nóng trong môi trường không khí, ở khoảng nhiệt độ này talc bị
mất nước hoá học tạo thành metasilicat magie.
3MgO.4SiO
2
.H
2
O  3(MgO.SiO
2
) + SiO
2
+ H
2
O
Khi đó SiO

D
50
4-27
30

1.2.3.5. Ứng dụng của talc
Với các tính chất của talc như: cấu trúc dạng phiến, mềm, kỵ nước, ưa dầu
và có thành phần khoáng, thành phần hoá…., nên talc được ứng dụng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp như gốm, sơn, mĩ phẩm, polime, trong nông nghiệp, thực
phẩm, công nghiệp giấy, công nghiệp cao su, nhựa,…
1.2.4 Giới thiệu về đolomit [4,5,8]
1.2.4.1 Tính chất
Khoáng vật đolomit kết tinh ở hệ tinh thể ba phương. Nó tạo thành tinh thể
trắng, xám đến hồng, thường có hình cong mặc dù nó thường ở dạng khối. Nó có
tính chất vật lí tương tự như tinh thể canxit, nhưng không hòa tan nhanh chóng
trong dung dich HCl loãng trừ trường hợp ở dạng bột. Độ cứng là 3,5 đến 4 và tỉ
trọng là 2,85. Chiết suất nω = 1,679 – 1,681 và nε = 1,500.
Luận văn tốt nghiệp Hóa học vô cơ
Lương Viết Cường CHH-K21
17
1.2.4.2 Thành phần hóa học
Đolomit tinh khiết có công thức hóa học là MgCO
3
/CaCO
3
với tỷ lệ MgO:
21.74% , CaO: 30.43% và CO
2
: 47,83%. Tuy nhiên quặng đolomit trong tự nhiên
thường chứa các tạp chất như FeO, Fe

2
O
3
, các chất này sẽ phản ứng để tạo các khoáng khác nhau hay
tạo màu. Trong môi trường oxi hóa magie oxit với các oxit trên sẽ tạo thành tinh
thể ferit. Magie oxit và ferit sẽ hòa tan lẫn nhau để tạo thành dung dịch rắn ở nhiệt
độ thấp. Khi sử dụng các phụ gia là oxit M
2
O
3
sẽ làm tăng quá trình kết khối và tái
kết tinh tinh thể trong gốm

1.2.5. Khái quát về hệ gốm thuỷ tinh CaO - MgO - SiO
2
[13]
Gốm, gốm thuỷ tinh trong hệ bậc ba CaO-MgO-SiO
2
, với những tính chất cơ
học và hoá học như sức bền, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp cỡ 6.10
-6
K
-1

cùng những đặc điểm về mặt thẩm mĩ có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Tuy nhiên, gốm thuỷ tinh trên hệ này đòi hỏi một nhệt độ tổng hợp tương đối cao
1400 – 1450
0
C, trong khi đó vấn đề năng lượng và kèm theo đó là vấn đề môi
trường đang là những vấn đề nóng bỏng hiện nay, ngoài ra việc tổng hợp ở nhiệt độ

Để giảm đươc nhiệt độ tổng hợp thì trước hết thành phần nguyên liệu cần phải
được tối ưu hoá sao cho gần với điểm eutecti của hệ, khi đó pha tinh thể được tạo
thành trong hệ chủ yếu là diopsit và wollasstonit, để làm giảm nhiệt độ người ta
còn sử dụng các chất chảy ở dang khoáng hóa.
Gốm thuỷ tinh là những vật liệu đa tinh thể được tạo thành khi những thành
phần thuỷ tinh thích hợp được nhiệt luyện và điều chỉnh quá trình kết tinh. Hướng
nghiên cứu này thường người ta sử dụng các mầm tinh thể như: Au, TiO
2
, ZrO
2
,
Al
2
O
3
… được đưa vào trong quá trình điều chế nung nóng chảy hỗn hợp sau đó kết
tinh các tinh thể lớn lên từ các mầm tạo nên sản phẩm gốm thuỷ tinh.Thường trong
trạng thái gốm thuỷ tinh tồn tại 50% đến 95% thể tích là những tinh thể, còn lại là
phần thuỷ tinh còn dư [4,7], một hoặc nhiều hơn những pha tinh thể có thể tạo
thành trong quá trình nhiệt luyện và thường thành phần của chúng khác với thuỷ
tinh cho trước và do đó thành phần của thuỷ tinh còn dư cũng khác trước.
Gốm thuỷ tinh trong hệ CaO - MgO - SiO
2
với những tính chất tốt về mặt cơ
học và hoá học như sự trong suốt, sức bền, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp,
bền trong môi trường axit và bazơ do đó có thể được sử dụng: chịu mài mòn, cơ
nhiệt, vật liệu trong y học, gốm phủ …. Tuy nhiên hệ này đòi hỏi một nhiệt độ tổng
hợp tương đối cao. Để giảm được nhiệt độ tổng hợp trước hết thành phần nguyên
liệu cần phải được tối ưu hoá sao cho gần với điểm ơtecti của hệ.