Phương pháp làm của công nghệ gốm xuất phát từ các phối liệu ban đầu là hỗn hợp của các ôxit hoặc một số muối như muối cacbonat, muối axêtat, hay các muối khác của các kim loại hợp phần, đem trộn với nhau tạo thành một hỗn hợp. Hỗn hợp sau đó được nghiền trộn, ép, nung lại nhiều lần để tạo sản phẩm gốm như mong muốn.
Cơ sở của phương pháp này là quá trình xâm nhập của các nguyên tử chất rắn khác loại vào lẫn nhau, quá trình này gọi là quá trình khuếch tán. Quá trình khuếch tán
xảy ra mạnh ở nhiệt độ nung cỡ bằng 2/3 với nhiệt độ nóng chảy của chúng. Trong quá trình khuếch tán các nguyên tử tương tác với nhau và giữa chúng hình thành những liên kết hoá học mới, có nghĩa là chất mới có thể tạo thành. Do vậy, quá trình khuếch tán không những làm thay đổi về mức độ đồng nhất của vật liệu mà còn làm thay đổi cả công thức hoá học của chúng [13,14]. Vì vậy mà phương pháp này còn được gọi là phương pháp phản ứng pha rắn.
Hình 2.1. Qúa trình khuếch tán giữa hai kim loại A và B. (a) Trước khi quá trình khuếch tán xảy ra.
(b) Phản ứng pha rắn xảy ra được một phần. (c) Phản ứng pha rắn xảy ra hoàn toàn.
Đặc điểm của phương pháp này là: Các phản ứng pha rắn thường xảy ra chậm và phụ thuộc rất nhiều vào các yếu tố như nhiệt độ nung, thời gian nung, kích thước hạt và khả năng tạo pha giữa chúng.
Xét quá trình khuếch tán giữa hai hạt kim loại A và B (trong đó A và B là hai kim loại có thể tạo thành dung dích rắn) như được mô tả trên hình 2.1:
- Trước quá trình khuếch tán chúng là hai hạt kim loại riêng rẽ được phân cách nhau bởi mặt biên (hình 2.1a).
- Dưới tác dụng của nhiệt độ, các nguyên tử kim loại A và B ở bề mặt tiếp xúc khuếch tán sang nhau, quá trình khuếch tán dẫn đến sự có mặt của các nguyên
(a) (b) (c) Kim loại A Kim loại B A A+B B A+B Mặt biên
tử kim loại A và B trong hạt kim loại B và sự có mặt của các nguyên tử kim loại B trong hạt kim loại A ban đầu (hình 2.1b).
- Vùng biên giới ban đầu giữa hai kim loại không còn nữa. Tuy nhiên, vẫn chưa có sự đồng nhất về nồng độ của nguyên tử: đi từ trên xuống dưới, nồng độ kim loại A giảm dần còn nồng độ kim loại B thì tăng dần và ngược lại. Nếu kích thước ban đầu của các hạt kim loại là đủ nhỏ và thời gian khuếch tán là đủ lớn thì có thể tạo thành một hạt chất rắn mới đồng nhất về thành phần hóa học của hai kim loại A và B (hình 2.1c).
- Muốn tăng tốc độ khuếch tán của các ion, thì phải nâng cao nhiệt độ và giảm kích thước hạt. Để tăng tính đồng nhất phải lặp đi lặp lại quá trình nghiền, ép, nung nhiều lần [2].
- Để giảm kích thước hạt, người ta sử dụng phương pháp đồng kết tủa. Còn đối với cách thứ hai, có phương pháp precursor - hợp chất, precusor - dung dịch rắn và đặc biệt là phương pháp sol - gel.