Cơ chế hình thành độ bền khi nung của khuôn ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng đã được rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm, hầu hết các nghiên cứu này đã cho kết quả tương tự nhau [72, 73, 90]. Đặc biệt là các nghiên cứu của John R. Brown [57], Owusu, Y.A. [73] và GS. Đinh Quảng Năng [3]. Độ bền ban đầu có được là của gel silica ngậm nước, độ bền gel tăng lên trong khoảng nhiệt độ giữa 100o
C và 300oC khi tất cả lượng nước tự do đã được bốc hơi hết (trừ nước kết tinh). Ở đỉnh đầu tiên của hình 2.18, có sự giảm độ bền là do sự giải phóng của nước liên kết hóa học (nước kết tinh) ở nhiệt độ 325oC. Khi nhiệt độ tiếp tục tăng, sự mất nước sẽ làm các vết nứt xuất hiện nhiều hơn trên màng chất dính làm giảm độ bền của hỗn hợp. Trong khoảng 450 – 550oC độ bền giảm tới cực tiểu, tuy nhiên khi nhiệt độ tăng lên trên 800oC màng silicát natri bị chảy ra và điền vào các vết nứt trong hỗn hợp làm tăng bền cho hỗn hợp. Ở 982oC, thủy tinh hình thành nhiều hơn có độ mềm, dẻo và độ chảy giống như đồng [3, 22, 26, 72]. Đồ thị ở hình 2.18 cho thấy độ bền đạt giá trị cao nhất trong khoảng nhiệt độ từ 850 – 950o
Đặc biệt nghiên cứu của Chang-Jun Bae [19] đã cho thấy, trong quá trình nung khuôn ở nhiệt độ cao, có sự chuyển biến thành cristobalít từ thạch anh tạo nên độ cứng vững cao cho khuôn gốm. Trong khuôn gốm, có cả thành phần vật liệu thủy tinh, bắt đầu biến mền và dễ bị biến dạng nếu các lực giãn nở khác nhau có trong hỗn hợp khuôn, ruột. Vấn đề này được cải thiện bằng cách kết hợp các thành phần vật liệu khác nhau như: 90% thạch anh và 10% tinh thể cristobalít. Tuy nhiên, nếu lượng cristobalít có trong khuôn thạch anh nhiều quá thì sự co đột ngột từ beta tới alpha cristobalít ở 200oC trong quá trình làm nguội dẫn tới các vết nứt nhiều hơn và làm giảm độ bền, đánh giá này cùng chung quan điểm với các nghiên cứu của A.J. Leadbetter and A.F. Wright [7] và P. R. Beeley, R.F. Smart [75].
Hình 2.18: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ bền của khuôn, ruột sử dụng chất dính thủy tinh lỏng [57, 74]
Hình 2.19: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung tới sự chuyển biến cristobalít từ thạch anh [19]
Nghiên cứu của Chang-Jun Bae [19] cũng đã chỉ ra sự chuyển biến cristobalít từ thạch anh chịu sự ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung, như được chỉ ra ở hình 2.19. Lượng chuyển biến cristobalít tăng khi nhiệt độ thiêu kết tăng và thời gian giữ nhiệt cố định ở 2 giờ. Tuy nhiên, khi thời gian giữ nhiệt của mẫu thiêu kết ở cùng một nhiệt độ là 1300oC thay đổi từ 2 giờ giảm xuống còn 30 phút thì sự chuyển biến cristobalít giảm mạnh từ 27,6% xuống còn 8,3%.
Hình 2.20: Ảnh hưởng của sự chuyển biến cristobalít tới độ bền uốn [19]
Hơn nữa, lượng chuyển biến cristobalít quá nhiều sẽ làm giảm độ xốp của khuôn gốm xuống nhanh chóng (do sự giãn nở thể tích của cristobalít), tới một mức độ nào đó cũng sẽ góp phần làm tăng khả năng gây nứt khuôn gốm sau khi nung và làm giảm độ bền của khuôn gốm. Như được chỉ ra ở hình 2.20, khi lượng chuyển biến cristobalít vượt quá 30% thì độ bền giảm xuống đột ngột. Do vậy, việc khống chế lượng chuyển biến cristobalít là rất quan trọng trong quá trình ngăn chặn khả năng nứt khuôn gốm sau nung. Với những phân tích như trên, nghiên cứu của luận văn sẽ tập trung vào khoảng nhiệt độ nung nhỏ hơn 1000oC, để đảm bảo lượng chuyển biến cristobalít không vượt quá mức làm giảm độ bền cho khuôn khối.