3. Ceramic – thủy tinh (gốm thủy tinh)
3.5. Tương lai và hướng nghiên cứu:
Sau hơn 60 năm phát triển, các sản phẩm gốm - thủy tinh rất đa dạng với các tính năng khác thường, và trong tương lai, chúng sẽ còn tiếp tục được phát triển trên các mặt sau đây:
- Về cấp phối: với 10 cấp phối cơ bản, sử dụng phụ gia là một số nguyên tố phù hợp (có khoảng 80 nguyên tố trong Bảng tuần hoàn Mendeleev phù hợp), có thể kết tinh để tạo thành các loại vật liệu gốm-thủy tinh khác nhau;
- Về mặt tạo hình: các sản phẩm với mọi hình dạng. Về nguyên tắc, hình dạng sản phẩm có thể được tạo ra bằng cách: cán, đúc, ép, thổi, kéo hay các phương pháp tạo hình thủy tinh khác hiện có hoặc sẽ được sáng chế; - Về xử lý nhiệt: Sự kết tinh được tạo ra khi làm nguội theo một hoặc nhiều giai đoạn;
- Về vi cấu trúc: Các sản phẩm có thể được chế tạo với cấu trúc hạt nano, cấu trúc hạt mico hay cấu trúc hạt macro; độ kết tinh cao hay thấp; độ xốp bằng không hay thấp; chứa một hay nhiều pha tinh thể; các tinh thể sắp xếp ngẫu nhiên hay theo trật tự; sự kết tinh gây ra trên bề mặt hay bên trong sản phẩm;
- Về tính năng nhiệt: hệ số giãn nở nhiệt có thể được kiểm soát (âm, dương hay bằng không); tính ổn định có thể trong dải rộng từ 400 ºC
- Về tính năng cơ học: Các sản phẩm có độ bền và dai cao hơn nhiều so với thủy tinh, tuy nhiên giới hạn về tính năng cơ học hiện nay sẽ được nâng cao hơn nhờ việc sử dụng phụ gia sợi gia cường, sử dụng các phương pháp hóa học và nhiệt. Các sản phẩm có độ cứng lớn được dùng trong chế tạo máy;
- Về tính năng hóa học: Chế tạo các sản phẩm có độ bền cao hay tái hấp thu;
- Về tính năng sinh học: Chế tạo các sản phẩm có tính tương thích sinh học, trơ hoặc có hoạt tính sinh học;
- Về tính năng điện và từ: Chế tạo các sản phẩm có hằng số điện môi thấp hay cao, dẫn ion hay cách điện, siêu dẫn, áp điện và từ tính, chịu điện áp cao,…
- Về tính năng quang học: Chế tạo các sản phẩm trong suốt hay có màu, phát quang,…
Với khoảng rộng về giới hạn các tính năng tiềm năng và khả năng thiết kế cấp phối, xử lý nhiệt và hình thành vi cấu trúc, sản phẩm gốm - thủy tinh và công nghệ chế tạo nó có sự kết hợp đa dạng và linh hoạt giữa các tính năng và công nghệ, do đó đảm bảo được sự phát triển liên tục của công nghệ gốm-thủy tinh và đem lại tương lai ngày càng phát triển của các sản phẩm gốm - thủy tinh.
Theo nguồn tài liệu tiếp cận được thì hiện có gần 4.000 sáng chế (SC) liên quan đến gốm thủy tinh trên thế giới. Nhật Bản có số lượng đăng đăng ký SC dẫn đầu với 1.108 SC. Tổ chức sáng chế châu Âu đứng thứ hai với 793 SC và Trung Quốc đứng thứ ba với 670 SC. Số lượng SC về gốm thủy tinh phát triển mạnh trong vòng 10 năm gần đây. Công ty đứng đầu về số lượng đăng ký SC là Kyocera corp – Nhật với 199 SC.
Biểu đồ: Tỷ lệ đăng ký sáng chế về gốm thủy tinh tại các quốc gia trên thế giới.
Biểu đồ: Số lượng các SC về gốm thủy tinh từ năm 1993 – 2012.
Nguồn: Wispglobal
Biểu đồ: 5 công ty có số lượng SC về gốm thủy tinh cao nhất.
Tại Việt Nam, các nhà khoa học thuộc Bộ môn Silicat, Khoa Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã sản xuất thành công vật liệu gốm thủy tinh y sinh dùng cấy ghép vĩnh viễn, thay thế xương trong chỉnh hình y tế, có độ bền tương đương với xương người. Nhóm đã tiến hành thử nghiệm cấy ghép gốm thủy tinh y sinh trên cơ thể người bệnh (tại các bệnh viện: Tai - Mũi - Họng Trung ương, Bạch Mai, Răng - Hàm - Mặt Trung ương, Bệnh viện K). Trong tất cả các ca phẫu thuật cấy ghép vật liệu gốm thủy tinh y sinh cho người bệnh (dùng thay thế các chi tiết chuỗi xương tai truyền âm thanh; các chi tiết xương tai giữa; thay chân răng và sửa chữa xương hàm mặt; hàn vá phần xương bị khoét bỏ), không có trường hợp nào có phản ứng đào thải. Bệnh nhân chóng lành vết thương, khả năng hồi phục sức khỏe tốt, đặc biệt khả năng khôi phục chức năng của bộ phận điều trị rất cao.
Khoa công nghệ vật liệu, Trường đại học bách khoa TP.HCM đã tiến hành nghiên cứu khả năng kết tinh của gốm thủy tinh lithium disilicate. Đây là loại gốm thủy tinh mới phát triển trong lĩnh vực nha khoa, có cấu trúc tinh thể dạng tấm lớp hoặc hình que đan xen cài lẫn nhau, có độ bền uốn rất cao, có độ trong mờ cao, có khả năng tự bóng bề mặt khi nung, đáp ứng được các tiêu chuẩn kỹ thuật và thẩm mỹ, tính tương thích sinh học cao… Trong công nghệ phục hình răng, có thể tạo hình nhanh chóng gốm thủy tinh lithium disilicate bằng phương pháp ép nóng và kỹ thuật
Kết luận : Vật liệu composite gốm hoàn toàn có tiềm năng , phát triển tốt là một vật liệu vượt trội mang ưu điểm của nhiều loại vật liệu , được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp và giá cả tốt ưu đãi