Trong khuôn đúc, độ dẫn nhiệt của thạch anh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: độ ẩm, độ xít chặt, khối lượng riêng, cấu tạo hạt cát, hàm lượng chất dính, chất phụ... Khi nung nóng và làm nguội thạch anh có chuyển biến thù hình theo hình 2.21 [3] và cấu trúc ô mạng của các dạng thù hình được trình bày ở hình 2.22 [1, 3]. Kèm theo với quá trình chuyển biến thù hình là quá trình biến đổi thể tích. Nhiệt độ chuyển biến thù hình và giá trị biến đổi thể tích được đưa ra ở bảng 2.5 [3].
Hiện tượng biến đổi thù hình là khả năng biến đổi của cùng một chất. Vật chất có cùng công thức hóa học nhưng có nhiều dạng cấu trúc mạng tinh thể khác nhau ta gọi là vật chất đó có nhiều dạng thù hình. Một chất có thể có ít nhất hai dạng thù hình như α-CaO.SiO2 và β- CaO.SiO2 nhưng cũng có chất có nhiều dạng thù hình như: α-SiO2, β-SiO2 (quắc), α-triđimit,
β-triđinit, γ-triđimit, α-cistobalit, β-cistobalit, SiO2 có thể có 7 dạng thù hình: 2 dạng quắc, 3 dạng triđimit, 2 dạng cistobalit và một pha SiO2 nóng chảy [1]. Khi nghiên cứu tính chất các dạng thù hình của vật chất, rõ ràng một chất chuyển từ trạng thái này sang trạng thái kia kèm theo thay đổi tính chất hóa lý cơ bản của nó.
Hình 2.21: Sơ đồ chuyển biến thù hình của cát thạch anh [3]
Bảng 2.5: Nhiệt độ chuyển biến thù hình và độ thay đổi thể tích của cát thạch anh [3]
(%)
Hình 2.22: Cấu trúc ô mạng của thạch anh ở các dạng thù hình: α-thạch anh (a), α- cristobalite (b), α-tridimit (c) và thạch anh được biến tính (d) [1, 3]
Hình 2.23: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự giãn nở nhiệt của thạch anh [77].
Thạch anh là một loại vật liệu không phản ứng với kim loại đúc và đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đối với một vật liệu dùng làm khuôn hoặc ruột trong ngành đúc như: khả năng ổn định nhiệt ở nhiệt độ cao và khả năng chống sốc nhiệt. Ngoài những ưu điểm nổi bật kể trên thì thạch anh có nhược điểm là sự chuyển biến thù hình thành cristobalite kéo theo sự thay đổi thể tích lớn (hình 2.23), sự thay đổi thể tích này là nguyên nhân chính tạo ra sự nứt khuôn trong quá trình nung khuôn khối một lớp.