TRƯỜNG ÐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
SILICAT ÐẠI CƯƠNG
MSMH: HH098
CÁN BỘ BIÊN SOẠN:
NGÔ TRƯƠNG NGỌC MAI
NGUYỄN VIỆT BÁCH
Cần Thơ 2007
MỤC LỤC
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU 1
1.1 Ðịnh nghĩa vật liệu silicat 1
1.2 Phân loại ceramic 2
1.3 Lịch sử phát triển 3
1.4 Ảnh hưởng của vật liệu ceramic đến xã hội 3
CHƯƠNG II. TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU VÔ CƠ 9
2.1 Tính chất cơ 9
2.2 Tính chất nhiệt
11
2.3 Tính chất quang
15
2.4 Tính chất điện
19
CHƯƠNG III. GỐM SỨ
22
3.1 Ðịnh nghĩa
22
3.2 Phân loại
22
3.3 Nguyên liệu

22
3.4 Gia công và chuẩn bị phối liệu
36
3.5 Tạo hình
39
3.6 Sấy
52
3.7 Trang trí sản phẩm và tráng men
55
3.8 Nung
79
CHƯƠNG IV. THỦY TINH
91
4.1 Ðịnh nghĩa
91
4.2 Trạng thái thủy tinh
91
4.3 Cấu trúc của thủy tinh
92
4.4 Tính chất của thủy tinh
94
4.5 Nguyên liệu trong sản xuất thủy tinh
106
4.6 Nhiên liệu sử dụng trong sản xuất thủy tinh
121
4.7 Chuẩn bị phối liệu
122
4.8 Quá trình nấu thủy tinh
124
4.9 Tạo hình các sản phẩm thủy tinh

137
4.10 Ủ và tôi sản phẩm thủy tinh
152
CHƯƠNG V. CHẤT KẾT DÍNH
159
5.1 Phân loại
159
5.2 Xi măng portland
159
CHƯƠNG VI. VẬT LIỆU CHỊU LỬA
162
6.1 Phân loại và tính chất của vật liệu chịu lửa
162
6.2 Vật liệu chịu lửa aluminosilicat
174
6.3 Vật liệu chịu lửa dinas
181
CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU
1.1 ĐỊNH NGHĨA VẬT LIỆU SILICAT
Vật liệu silicat là từ được sử dụng cách nay vài chục năm. Ngày nay trên các phương
tiện thông tin đại chúng, chúng ta đều thấy người ta sử dụng từ ceramics.
Từ ceramic bắt nguồn từ một từ gốc Hy Lạp keramos có nghĩa là đồ gốm, tức vật liệu
được tạo thành từ sự gia công nhiệt nguyên liệu đất sét. Tuy nhiên từ keramos còn có nguồn
gốc Sanskrit cổ hơn có nghĩa là “đốt cháy”.
Ngày nay định nghĩa này được mở rộng hơn nhiều. Ceramic được coi là nghệ thuật và
khoa học về sản xuất và sử dụng vật liệu rắn có thành phần xác định tạo thành từ vật liệu vô
cơ phi kim loại bằng phương pháp nhiệt. Vì thế trong nhiều tài liệu tiếng Việt người ta sử
dụng nhóm từ “vật liệu vô cơ phi kim loại” này để chỉ nhóm vật liệu Ceramic. Vật liệu
ceramic bản chất thường là tinh thể và được tạo thành giữa các nguyên tố kim loại và phi kim
loại như nhôm và oxy ( Al

2
O
3
), silic và oxy (SiO
2
), silic và nitơ (Si
3
N
4
)… Định nghĩa này
không chỉ bao gồm các vật liệu như đồ gốm sứ, vật liệu chịu lửa, các sản phẩm từ đất sét, các
vật liệu mài, men gốm sứ, xi măng và thủy tinh mà còn bao gồm các vật liệu vô cơ phi kim
loại từ tính, vật liệu điện từ, gốm đơn tinh thể, thủy tinh gốm và nhiều vật liệu ngày nay
không còn tồn tại cũng như nhiều vật liệu mới có mặt cách đây vài năm. Thủy tinh khác hơn
gốm sứ ở chỗ nó vô định hình và không có trật tự xa như tinh thể.
Ceramic là một trong 3 nhóm lớn về vật liệu rắn. Hai nhóm còn lại là kim loại và
polymer. Sự kết hợp của 2 hay 3 nhóm vật liệu này với nhau tạo thành một loại vật liệu mới
có tính chất đặc biệt hơn là vật liệu composit. Ví dụ như bê tông gia cố bằng thép, nhựa gia
cố bằng sợi thủy tinh hoặc sợi carbon dùng sản xuất tàu thuyền, vợt tennis, ván trượt tuyết và
xe đạp đua.
Vào năm 1974 thị trường ceramic ở Mỹ chỉ là 20 triệu USD. Năm 1994 tăng đến 16,7
tỉ USD. Năm 2002 là 25 tỉ USD. Đến nay nó được đánh giá là tăng đến trên 30 tỉ USD.
1.2 PHÂN LOẠI CERAMIC
Ngành kỹ thuật ceramic có thể được phân loại như sau:
• Các sản phẩm gốm (sản xuất chỉ từ đất sét)
• Sứ
• Gạch chịu lửa
• Thủy tinh
• Vật liệu mài
• Xi măng

• Ceramic tiên tiến
Các nhóm trên đều có thể được phân chia thành nhiều nhóm nhỏ. Như sau:
GỐM Gạch, ống nước, ngói, gạch lát nền, gạch ốp tường, chậu hoa,
…
SỨ Đồ sứ gia dụng, gạch lát nền và ốp tường, sứ vệ sinh, sứ điện,
sứ mỹ thuật
GẠCH CHỊU LỬA Sản phẩm gạch và khối sử dụng trong Công nghiệp sắt thép,
kim loại không chứa sắt, thủy tinh, xi măng, gốm sứ, trao đổi
nhiệt, dầu khí và công nghiệp hóa chất.
THUỶ TINH Thủy tinh phẳng (kính), vật chứa (chai, lọ), thủy tinh gia
dụng, sợi thủy tinh (cách điện) dùng cho vật liệu cách điện,
các tấm trần và ngói lợp, thủy tinh làm bóng đèn, thủy tinh
tiên tiến/đặc biệt dùng trong công nghệ truyền tin (sợi quang
học). lưu trữ dữ liệu (công nghệ CD) và in ấn tài liệu (máy in
laser).
VẬT LỆU MÀI Vật liệu mài tự nhiên (đá garnet, kim cương, …) và tổng hợp
(silicon carbide, kim cương, oxit nhôm nóng chảy,…) sử
dụng để nghiền, cắt, đánh bóng, phủ bên ngoài, …
XI MĂNG Sử dụng để sản xuất đường bêtông, cầu, nhà cửa, đập nước.
CERAMIC TIÊN TIẾN
Kết cấu Các bộ phận mài mòn, ceramic sinh học (ghép xương,…),
dụng cụ cắt và các bộ phận trong động cơ.
Điện Tụ điện, chất cách điện, chất nền, bó mạch tích hợp, chất áp
điện, từ tính và siêu dẫn.
Chất phủ Các thành phần động cơ, dụng cụ cắt và các bộ phận mài
mòn.
Hóa chất và môi trường Bộ phận lọc, màng, xúc tác, chất mang xúc tác.
1.3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN
Các nhà khảo cổ học đã phát hiện đồ gốm nhân tạo có mặt cách nay ít nhất là 24.000
năm trước công nguyên. Chúng đã được tìm thấy ở Czechoslovakia dưới dạng các bức tượng

người nhỏ, các tấm lót và các hòn bi. Các đồ gốm này được làm từ mỡ động vật và xương
trộn với tro xương và một loại vật liệu giống như đất sét mịn. Sau khi tạo hình, chúng được
nung ở nhiệt độ trong khoảng 500 – 800
0
C trong lò nung có vòm hình móng ngựa, một phần
chôn trong đất bằng các bức tường hoàng thổ. Tuy nhiên chúng ta cũng chưa rõ ứng dụng của
nó. Vật dụng được tìm thấy có ứng dụng đầu tiên là những chiếc bình gốm có mặt khoảng
9.000 năm trước công nguyên. Các bình này có lẽ dùng để chứa ngũ cốc và thức ăn.
Người ta cho rằng sản xuất thủy tinh của người xưa cũng liên quan đến sản xuất đồ
gốm có ảnh hưởng mạnh ở vùng Thượng Ai Cập (Upper Egypt, cách xa châu thổ sông Nile
nhất) khoảng 8.000 năm trước công nguyên. Khoảng 3000 – 4000 năm trước công nguyên đã
hình thành nên 1 trung tâm gốm ở vùng Trung Đông và Ai Cập, trong thời gian này cũng phát
hiện ra bàn xoay dùng để tạo hình sản phẩm gốm. Trong quá trình nung đồ gốm, sự có mặt
của CaO chứa cát kết hợp với soda và sự quá nhiệt của lò nung có thể là nguyên nhân tạo
thành men màu trên đồ gốm. Các chuyên gia tin rằng cho đến khoảng 1.500 năm B.C thủy
tinh mới được sản xuất một cách độc lập khỏi đồ gốm tạo thành một lớp sản phẩm riêng biệt.
Thời trung cổ ở Châu Âu, đã có những trung tâm rất lớn sản xuất đồ gốm như Faenza
ở Ý (từ đó có danh từ faience hay còn gọi là sành), hay Mallorca-một hòn đảo ở Địa Trung
Hải (từ đây có tên mặt hàng majolica, cũng có nghĩa là sành, loại sành này xương có màu,
xốp, được tráng men đục và trang trí nhiều màu sắc).
Vào những năm 600 trước công nguyên, nước Trung Hoa cổ đã sản xuất được đồ sứ.
Đến thế kỷ IX sau công nguyên (đời nhà Đường) nghề sứ Trung Hoa đã rất phát triển. Và vào
đời nhà Thanh (thế kỷ XVI sau công nguyên) thì bước vào thời kỳ cực thịnh.
Ở Châu Âu, mãi đến năm 1709, một người Đức tên là Johann Friedrich Bottger mới
sản xuất được đồ sứ giống đồ sứ Trung Quốc. Năm 1759, Josial Wedgwood (người Anh) sản
xuất được sành dạng đá (một loại sành có xương mịn, trắng, kết khối tương đối tốt, chất
lượng hơn hẳn sành thông thường tuy nhiên vẫn chưa bằng đồ sứ). Trong 1/4 cuối cùng của
thế kỷ XVIII, sành dạng đá đã đẩy lùi mặt hàng majolica. Trong thế kỷ XIX, ở Châu Âu mặt
hàng này được dùng để thay thế cho đồ sứ đắt tiền. Chỉ sau khi giá cả hàng sứ rẻ đi cộng
thêm với những tính chất tuyệt vời của nó thì hàng sứ mới đẩy lùi được mặt hàng sành dạng

đá.
Ở Việt Nam, ông cha ta đã sản xuất được đồ gốm từ thời thượng cổ cách đây 4500
năm. Vào thời đầu các vua Hùng chúng ta đã có gốm Phùng Nguyên, gò Mun (Vĩnh Phú)
nung ở nhiệt độ 800 – 900
0
C, xương bắt đầu được tinh luyện. Từ thế kỷ XI chúng ta đã sản
xuất được gốm men Đại Việt nổi tiếng với các trung tâm lớn như Hà Bắc, Thanh Hoá, Thăng
Long, Đà Nẵng. Từ thời Trần có gốm Thiên Trường (Hà Nam Ninh) với sản phẩm bát dĩa,
bình lọ phủ men ngọc, men màu. Cuối thời Trần (thế kỷ XIV) bắt đầu hình thành làng gốm
Bát Tràng nổi tiếng cho đến ngày nay.
Từ thời cổ đến nay, khoa học và ứng dụng ceramic kể cả thủy tinh đã phát triển một
cách vững chắc. Ceramic đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của con người.
Chúng ta hãy tìm hiểu kỹ ảnh hưởng của ceramic đến xã hội như thế nào.
1.4 ẢNH HƯỞNG CỦA VẬT LIỆU CERAMIC ĐẾN XÃ HỘI
1.4.1 Vật liệu chịu lửa
Chúng ta biết rằng kim loại và các hợp kim của chúng được sử dụng để sản xuất xe
hơi, máy móc, máy bay, nhà cửa và vô số ứng dụng khác. Nhưng kim loại sẽ không sản xuất
được nếu không có ứng dụng vật liệu ceramic là vật liệu chịu lửa. Vật liệu chịu lửa có thể
chịu điều kiện nhiệt độ cao và dễ bay hơi của quá trình luyện kim. Ngoài ra vật liệu chịu lửa
còn được ứng dụng trong các lĩnh vực khác như hóa chất, dầu khí, trao đổi nhiệt, thủy tinh và
công nghiệp gốm sứ.
1.4.2 Xây dựng
Ngành kỹ thuật xây dựng liên quan đến việc xây dựng các trung tâm thương mại, nhà
dân, đường cao tốc, cầu, hệ thống cấp và thoát nước,…. Điều này không thể thực hiện mà
không có vật liệu ceramic. Các sản phẩm sử dụng : gạch lát nền, tường, lợp, xi măng, gạch,
thạch cao, ống nước và thủy tinh.
Nhà cửa, công sở và xe ôtô của chúng ta nếu không có cửa sổ thì sẽ ra sao? Cửa kính
cho phép ánh sáng lọt qua. Có rất nhiều loại cửa sổ, bao gồm: loại an toàn, nhuộm màu, làm
mờ, dát mỏng và không phản chiếu. Thêm vào đó, sợi thủy tinh được sử dụng làm chất cách
điện, tấm trần, mái lợp giúp giữ ấm và khô.

Gạch đất sét dùng để xây dựng nhà cửa, các công trình do cường độ chịu lực, độ bền
và vẻ đẹp. Gạch là sản phẩm duy nhất không bị cháy, nóng chảy, bong, lồi lõm, cong vênh,
mục nát, ăn mòn hay bị mối tấn công. Gạch có rất nhiều kích cỡ, màu sắc, hình dáng. Ngói
cũng rất bền và làm đẹp cho công trình xây dựng.
1.4.3 Điện chiếu sáng
Một phát minh quan trong làm thay đổi cuộc sống của hàng triệu người là bóng đèn
nóng sáng của Thomas Edison năm 1879. Phát minh này không thể thực hiện được nếu
không có thủy tinh. Tính cứng, trong suốt và khả năng chịu được nhiệt độ cao trong môi
trường chân không của thủy tinh tạo điều kiện cho việc chế tạo bóng đèn. Sau này, vào giữa
thế kỷ 20, phương tiện chiếu sáng tiến bộ hơn với sự ra đời của đèn huỳnh quang, đèn dây
tóc, đèn neon, đèn hơi natri chiếu sáng đường phố. Đến ngày nay, diod phát sáng (LED) được
ứng dụng trong đồng hồ, bảng chỉ đường, truyền tin (mạng sợi quang học), lưu trữ dữ liệu và
in tài liệu.
1.4.4 Ứng dụng điện
Ngành kỹ thuật điện rộng lớn chắc sẽ không tồn tại nếu không có ceramic. Các sản
phẩm gốm sứ có tính chất điện rất đáng quan tâm như cách điện, bán dẫn, siêu dẫn, áp điện
và từ tính. Ceramics có tính quyết định đối với các sản phẩm như điện thoại di động, máy
tính, truyền hình và các sản phẩm điện khác.
Lưu trữ dữ liệu từ tính được phát triển song song với con chip siêu dẫn của máy tính
và được xác định là có khả năng tính toán và lưu trữ thông tin không thua kém. Không có lưu
trữ từ tính sẽ không có Internet, không có máy tính cá nhân, không có những cơ sỡ dữ liệu
lớn và đương nhiên là không có dữ liệu tính toán của máy tính cỡ gigabyte, terabyte và
exabyte. Ngày nay trên thế giới mỗi năm người ta sản xuất hơn 150 triệu đĩa cứng và 50 triệu
đầu video.
Ceramic cũng được dùng để nâng cao hoạt động thể thao của chúng ta. Ví dụ người ta
dùng gốm áp điện để tạo những thiết bị thể thao thông minh, như là những mặt hàng thể thao
có thể thích ứng với môi trường xung quanh để gia tăng hiệu quả của nó. Ứng dụng cụ thể là
ván trượt tuyết, bóng rổ, bóng chày, và bộ giảm chấn động cho xe đạp leo núi.
Ví dụ, tập đoàn K2 sử dụng một thiết bị đo kiểm tra do Active Control eXperts sản
xuất bên trong ván trượt tuyết. Thiết bị đo chứa một vật liệu gốm áp điện làm giảm chấn động

của băng tuyết, giúp giữ ván trượt chắc trên tuyết và do vậy làm tăng sự vững chắc, khả năng
kiểm soát và tốc độ cao nhất.
Buji sứ là một chất cách điện có ảnh hưởng sâu rộng đến xã hội. Được phát minh đầu
tiên vào năm 1860 để đánh lửa nhiên liệu cho động cơ đốt trong và vẫn còn sử dụng với mục
đích này cho tới ngày nay.
1.4.5 Truyền tin
Sợi thủy tinh là một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trong lĩnh vực công nghệ
thông tin. Thông tin trước đây được truyền qua hàng trăm sợi dây đồng bây giờ được chứa
chỉ trong một sợi silic (thủy tinh) trong suốt, chất lượng cao. Sử dụng công nghệ này cho
phép tăng tốc độ và khối lượng thông tin lớn hơn nhiều so với sử dụng dây cáp đồng.
Sợi quang học là một sợi cáp chắc chắn để phân phối một loạt dịch vụ có liên quan
nhau, như sự kết hợp giọng nói, dữ liệu và hình ảnh. Cho dù đó là gì đi nữa, ứng dụng hình
ảnh đa phương tiện, truyền dữ liệu tốc độ cao và truy cập intenet, truyền thông tin hay các
dịch vụ theo nhu cầu khác thì sợi quang dẫn sẽ giúp truyền thông tin dễ dàng hơn.
1.4.6 Y học
Ceramic đang gia tăng ứng dụng trong y học. Các bác sĩ giải phẫu sử dụng vật liệu
bioceramic để sử và thay thế khớp hông, đầu gối và một số bộ phận khác. Ceramic cũng được
sử dụng tay thế van tim bị hỏng. Trong cơ thể con người, khi cấy hoặc phủ lên các bộ phận
thay thế bằng kim loại, vật liệu ceramic có thể mô phỏng sử phát triển của xương, thúc đẩy sự
hình thành mô và được hệ thống miễn dịch bảo vệ.
Nha sĩ cũng sử dụng ceramic để cấy răng và bọc răng. Người ta còn sử dụng những
quả cầu thủy tinh nhỏ hơn sợi tóc để phân phối và xác định lượng phóng xạ cho các cơ quan
bị hư hỏng trong cơ thể. Ceramic là một trong số ít vật liệu có độ bền và ổn định đủ để chịu
đựng sự ăn mòn của lưu chất trong cơ thể.
Hệ thống hình ảnh quyết định sự chẩn đoán y khoa. Vật liệu ceramic hiện đại đóng
vai trò quan trong kỹ thuật siêu âm và X-quang và chụp CT. Các bộ phận chuyển đổi sử dụng
chì titanate zirconate (PZT) trên cơ sở ceramic áp điện là bộ phận chính trong hệ thống siêu
âm. Các bộ phận chuyển đổi này tạo ra sóng siêu âm và ghi nhận những tín hiệu phản xạ lại
tạo thành hình ảnh.
Âm thanh siêu âm được sử dụng để kiểm tra nhiều phần của cơ thể như bụng, ngực,

vùng chậu của phụ nữ, tuyến tiền liệt, tuyến giáp, tuyến cận giáp, và hệ mạch máu. Phổ biến
nhất là siêu âm cho phụ nữ mang thai ở ba giai đọan. Tiến bộ mới là dùng để xem hình ảnh
những mảng ung thư hoặc những bất thường trong mạch máu mà trước nay chưa từng nhìn
thấy được. Điều này cho phép các bác sĩ xác định chính xác độ nguy hiểm hơn vì nó cho
phép nhìn rõ hơn hình ảnh của của mạch máu, thành động mạch, và chuyển động của các
mảng.
Scan CT X-quang là một phượng tiện chẩn đoán phổ biến trong các bệnh viện và
trung tâm chẩn đoán y khoa, cho phép chúng ta nhìn thấy những vùng bên trong cơ thể con
người để dò tìm ung thư và các bệnh khác. Để chụp CT, cần có một đầu dò X-quang đủ để
ghi nhận hình ảnh có chất lượng cao. Năm 1998 Tập doàn y khoa GE đã chế tạo thành công
đầu dò chất lượng cao chứa bộ phận phát sáng gián đoạn kiểu nhấp nháy cho hình ảnh tốt hơn
giúp hạ thấp cường độ tia X chiếu cho bệnh nhân.
1.4.7 Ứng dụng trong lĩnh vực môi trường và không gian
Ceramic đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhiều yêu cầu về môi trường.
Ceramic giúp giảm thải ô nhiễm, giữ lại những chất độc hại và cô lập chất thải hạt nhân.
Ngày nay các bộ phận chuyển xúc tác trong xe tải và xe hơi được làm từ gốm xốp và giúp
chuyển hóa các hydrocarbon độc và hơi CO thành CO
2
và nước ít độc hại nhất. Các bộ phận
gốm sứ tiên tiến đã được sử dụng trong động cơ diesel và ôtô. Tính chất nhẹ, chịu được nhiệt
độ cao, và chống mài mòn giúp quá trình cháy tốt hơn và tiết kiệm nhiều nhiên liệu.
Chương trình tàu không gian của NASA cũng trở thành hiện thực khi có những tấm
lợp ceramic nhẹ, tái sử dụng được. 34.000 tấm cần bảo vệ phi hành gia và phi thuyền có
khung bằng oxide nhôm chế tạo ở nhiệt độ rất cao (1600
0
C) cho phép đối mặt với bầu khí
quyển của trái đất trong chuyến trở về của phi thuyền.
Những ứng dụng còn chưa có giới hạn ở đây. Trong khi chờ đợi sự ra đời của nhiều
ứng dụng mới, chúng ta hãy nắm vững rằng ceramic đã, đang và sẽ còn tiếp tục gây những
ảnh hưởng mang tính quyết định trong tương lai.

Động cơ (diesel)
Turbin
Thiết bị trao đổi nhiệt
Che anten
Phủ sắt
Miếng ma sát,
sợi khuôn
Máy, cối nghiền
Dụng cụ mài
Bột mài
Ngói
Gạch ống
Tôn tráng men
Gốm kim loại
(cernet)
Vật liệu chống
thấm
Thiết bị trao đổi
nhiệt
Thiết bị chống
cháy
Thiết bị, vật liệu
bảo vệ các tia
phản xạ
Bao bì
tấm
hóa học
sợi, vải
quang học
sinh hóa

Laser
Cửa sổ IR
Màu
Điện
Cao tần
Cách điện
Tụ điện
Thiết bị dò
Điện cực
Nam châm
Caplo khí
Áp điện
Cơ nhiệt
Vật liệu bền
ma sát
Vật liệu mài
Vật liệu
chịu lửa
Hạt nhân
Gốm sứ
thủy tinh
Đất nung
Thủy tinh
Quang học
Gốm kim loại
Gốm điện
GỐM
Gạch
Chén nung
Sợi cách nhiệt

Mỹ thuật
Chén dĩa
Sứ vệ sinh
Gạch
CHƯƠNG II. TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU VÔ
CƠ
2.1 TÍNH CHẤT CƠ:
Do bản chất hóa học và cấu trúc quy định, vật liệu vô cơ có các tính chất chung
đặc trưng là: bền hóa học cao, bền nhiệt cao, cách nhiệt tốt và một số vật liệu có các
tính chất quang học đặc biệt. Ðây là đặc điểm chủ yếu về tính chất của vật liệu vô cơ,
là cơ sở chính để lựa chọn, sử dụng đối với phần lớn vật liệu vô cơ.
Nhưng mặt khác, cũng do cấu trúc quy định, vật liệu vô cơ nhìn chung có độ
bền cơ học thấp hơn so với vật liệu kim loại và có những đặc điểm riêng cần chú ý khi
chế tạo và sử dụng vật liệu vô cơ.
Tính chất cơ là tính chất của vật liệu chịu được những ứng suất phát sinh trong
nó trong 1 thời gian dài mà không bị phá hủy.
2.1.1 Tính đàn hồi và tính giòn:
Vật liệu vô cơ là vật liệu đàn hồi điển hình.
Ở nhiệt độ thường dưới tác dụng của tải trọng,
mối quan hệ giữa ứng suất hình thành trong vật liệu
(
σ
) và độ biến dạng (
ε
) của mẫu hoàn toàn tuân theo
định luật Hooke:
εσ
.E
=
Trong đó: E: modun đàn hồi

2.1.2 Ðộ bền cơ học:
Là tính chất của vật liệu chống lại sự phá hủy do tác động của những ngoại lực
làm cho phân bố hạt xích lại gần nhau (khi nén) hay tách xa nhau ra (khi kéo)
Ðể đánh giá độ bền của vật liệu theo độ bền liên kết nguyên tử, người ta đưa ra
khái niệm độ bền lý thuyết (
lt
σ
):
2/1
)/ 2( aE
lt
γσ
=
(theo Orowan)
Trong đó: E: modun đàn hồi
γ
: năng lượng bề mặt riêng
Hình 2.1. Mối quan hệ giữa ứng suất và độ
biến dạng: 1-vật liệu vô cơ; 2-kim loại
a: khoàng cách nguyên tử
Ðộ bền thực tế của vật liệu vô cơ thường có giá trị thấp hơn nhiều so với giá trị
lý thuyết (có thể là hàng trăm hay hàng nhìn lần). Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến
điều này là như sự giảm tiết diện chịu lực của vật liệu (do có lỗ xốp), sự phân bố
không đồng đều tải trọng (do sự khác nhau giữa hằng số đàn hồi của các thành phần
trong cấu trúc),…nhưng nguyên nhân chính dẫn đến điều này là sự có mặt của các vết
nứt tế vi với chiều dài khoảng 10
-3
đến 100
m
µ

. Các vết nứt tế vi này xuất hiện bởi
tính chất bất đẳng hướng nhiệt (tính dị hướng nhiệt) của pha tinh thể có thể hình thành
trong vật liệu ngay khi không có hay có tải trọng. Theo Orowan, do tồn tại vết nứt tế
vi khi vật liệu chịu tải trọng kéo với ứng suất
o
σ
thì tại đỉnh của vết nứt có sẵn sẽ xuất
hiện ứng suất
σ
được xác định như sau:
2/1
)/.(.2 rl
o
σσ
=
Trong đó: l: chiều dài vết nứt
r: bán kính cong tại đỉnh vết nứt
Như vậy, với cùng một tải trọng tác dụng, ứng suất
σ
sẽ càng lớn khi chiều dài
vết nứt càng lớn và bán kính cong tại đỉnh vết nứt càng nhỏ. Khi ứng suất này vượt
quá độ bền lý thuyết, vết nứt sẽ lan rộng và phá hủy vật liệu.
Cũng như cơ chế phá hủy trên, vật liệu vô cơ luôn có độ bền nén cao hơn nhiều
lần so với độ bền kéo (đối với vật liệu thủy tinh là khoảng 10 lần)
Ðể đánh giá độ bền cơ học của vật liệu giòn người ta sử dụng độ dai phá hủy
K
1C
, được xác định:
2/12/1
1

MPa.m , ) (. lgK
C
πσ
=
Trong đó: g: hệ số hình dạng
σ
: ứng suất phá hủy
l: chiều dài vết nứt
Như vậy yếu tố ảnh hưởng quyết định đến cơ tính của vật liệu vô cơ không
phải là năng lượng liên kết nguyên tử cấu tạo nên nó, mà là tình trạng khuyết tật trong
và trên bề mặt vật liệu. Khi số lượng vết nứt tế vi tăng, kích thước vết nứt tăng thì cơ
tính giảm mạnh.
Ở các vật liệu vô cơ tinh thể, kích thước các hạt tinh thể cấu tạo nên vật liệu có
ảnh hưởng rõ đến cơ tính của vật liệu. Khi kích thước hạt càng giảm thì bề mặt ranh
giới giữa các hạt tăng lên, sẽ có tác dụng ngăn chặn hay làm thay đổi hướng lan truyền
vết nứt, do vậy độ bền cơ của vật liệu tăng lên.
Khi hàm lượng các bọt khí trong vật liệu tăng thì độ bền giảm không chỉ do
diện tích chịu lực giảm mà còn do tại các lỗ khí thường tập trung tạp chất và ứng suất.
Hình dạng bọt khí cũng ảnh hưởng tới cơ tính. Các bọt khí dài làm giảm độ bền mạnh
hơn các bọt khí tròn.
Cũng cần chú ý rằng khi hàm lượng bọt khí rất thấp (0,1-0,5%) và kích thước
bọt rất nhỏ lại có thể làm tăng độ bền. Trong trường hợp này các lỗ hổng cực mịn
đóng vai trò các trung tâm hấp thụ năng lượng, có tác dụng ngăn chặn sự lan truyền
vết nứt và giải tỏa ứng suất phá hủy vật liệu.
Ðộ bền của vật liệu vô cơ còn phụ thuộc vào điều kiện và môi trường sử dụng.
2.2 TÍNH CHẤT NHIỆT:
Vật liệu vô cơ không chỉ được sử dụng ở nhiệt độ thường mà trong nhiều
trường hợp còn được sử dụng ở nhiệt độ cao. Do đó, bên cạch các tính chất cơ học thì
tính chất nhiệt cũng là tính chất quan trọng của vật liệu vô cơ.
2.2.1 Giãn nở nhiệt:

Nguyên nhân giãn nở của vật liệu rắn dưới tác dụng của nhiệt độ là dao động
nhiệt phi điều hòa của các phần tử cấu tạo nên vật liệu. Mức độ dao động này phụ
thuộc vào các yếu tố nguyên tử (loại và độ bền liên kết hóa học,…) và các yếu tố tinh
thể học (tính dị hướng hay đẳng hướng,…).
Ðể đánh giá mức độ giãn nở nhiệt của vật liệu vô cơ người ta thường sử dụng
hệ số giãn nở nhiệt dài
α
:
) ( Tll
o
∆∆∆=
α
Trong đó: l
o
: độ dài ban đầu của mẫu
l
∆
: độ giãn dài của mẫu khi nhiệt độ tăng thêm
T
∆
độ.
Người ta còn quan tâm đến hệ số giãn nở nhiệt thể tích
β
)./( TVV
o
∆∆∆=
β
Giữa
α
và

β
có quan hệ gần đúng
αβ
3
≈
.
Khi nhiệt độ tiếp tục tăng quá một giới hạn nào đó, vật liệu sẽ chuyển trạng thái
từ rắn sang mềm, sẽ biến dạng dẻo. Lúc này vật liệu mất dần khả năng chịu tải và
được coi là bắt đầu bị phá hủy do nhiệt.
Ðối với vật liệu vô cơ tinh thể, hệ số giãn nở nhiệt phụ thuộc rất lớn vào hướng
trục tinh thể
Bảng 2.1. Hệ số giãn nở nhiệt dài
α
của một số vật liệu vô cơ tinh thể theo các
chiều trục khác nhau
STT Vật liệu
α
, 10
-7
K
-1
Vuông góc trục c Song song trục c
1
2
3
4
5
6
SiO
2

(thạch anh)
3Al
2
O
3
.2SiO
2
Al
2
O
3
.TiO
2
ZrSiO
4
CaCO
3
C (graphit)
140
45
-26
37
-60
10
90
57
115
62
250
270

Ðối với vật liệu vô cơ vô định hình, do cấu trúc hoàn toàn đẳng hướng nên hệ
số giãn nở nhiệt không đổi theo mọi phương khảo sát. Ðối với vật liệu thủy tinh, hệ số
giãn nở nhiệt phụ thuộc vào thành phần hóa học, độ bền liên kết và đặc trưng cấu trúc
của thủy tinh đó.
Hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu đa pha phụ thuộc vào hệ số giãn nở nhiệt của
các pha thành phần. Một vật liệu gốm cấu tạo từ n pha có hệ số giãn nở nhiệt xác định
theo:








∑








∑
=
i
ii
i
iii

cK
cK
ρ
ρ
α
α
.

Trong đó: K
i
: modun đàn hồi
c
i
: hàm lượng phần trăm

i
ρ
: khối lượng riêng của pha thứ i trong vật liệu đa pha
2.2.2 Dẫn nhiệt:
Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu được thể hiện qua hệ số dẫn nhiệt
λ
[W/
(m.K)]:
)/.(./ dxdTFdtdQ
λ
−=
Trong đó: dQ: nhiệt lượng truyền qua tiết diện F của khối vật liệu trong thời
gian dt với gradien nhiệt độ dT/dx theo phương x vuông góc với F.
Dẫn nhiệt trong các vật liệu rắn được thực hiện nhờ các điện tử tự do và sự dao
động của mạng lưới cấu trúc. Vật liệu kim loại có khả năng dẫn nhiệt cao là nhờ các

điện tử tự do của nó, còn trong vật liệu vô cơ sự trao đổi nhiệt xảy ra chủ yếu là do
dao động phi điều hòa của các nguyên tử cấu tạo nên mạng lưới.
Theo thuyết photon:
3/ lvc
=
λ
Trong đó: c: nhiệt dung của vật liệu
v: tốc độ photon (tốc độ truyền dao động mạng lưới)
l: quãng đường tự do của photon
Hệ số dẫn nhiệt là đại lượng phụ thuộc vào nhiệt độ. Quy luật này không giống
nhau ở vật liệu tinh thể và vô định hình.
Lý thuyết photon rất nhấn mạnh ảnh
hưởng của độ phi điều hòa của dao động
mạng đến khả năng dẫn nhiệt. Từ đây có thể
hiểu vì sao các vật liệu gồm các nguyên tố có
khối lượng nguyên tử lớn thường có độ dẫn
nhiệt nhỏ.
Ðối với các vật liệu vô cơ vô định
hình như thủy tinh, do cấu trúc chỉ có trật tự
gần không có trật tự xa nên độ dài quãng
đường tự do của photon rất bị hạn chế, chỉ ở
cỡ khoảng
cách nguyên tử. Do đó, so với vật liệu vô cơ
tinh thể, vật liệu thủy tinh có độ dẫn nhiệt thấp
Hình 2.2. Sự phụ thuộc cua hệ số dẫn nhiệt
λ
và
nhiệt độ của một số vật liệu vô cơ tinh thể:
1-graphit; 2-SiC; 3-BeO; 4-Al
2

O
3
; 5-mulit
hơn và có hệ số nhiệt dương, tức khi nhiệt độ tăng thì hệ số dẫn nhiệt sẽ tăng một ít do
khoảng cách nguyên tử tăng lên. Cần chú ý thêm rằng khả năng truyền nhiệt nói
chung của vật liệu thủy tinh còn phụ thuộc vào thành phần truyền nhiệt bức xạ của nó.
Khả năng dẫn nhiệt của vật liệu vô cơ đa pha, đa tinh thể phụ thuộc rất lớn vào
đặc điểm tổ chức của nó. Các yếu tố chính làm giảm độ dẫn nhiệt của vật liệu này là
ranh giới giữa các hạt, khuyết tật mạng và tạp chất.
Về nguyên tắc, vật liệu đơn tinh thể có độ dẫn nhiệt cao hơn vật liệu đa tinh
thể, vật liệu tinh thể có độ dẫn nhiệt cao hơn vật liệu vô định hình. Riêng vật liệu gốm
bán dẫn và thủy tinh bán dẫn có độ dẫn nhiệt đặc biệt cao do có mặt các điện tử tự do.
Sự có mặt của lỗ xốp trong vật liệu vô cơ có ảnh hưởng rất lớn đến độ dẫn
nhiệt của vật liệu. Không khí bị giam trong các lỗ xốp có khả năng dẫn nhiệt kém ở
nhiệt độ thấp nên làm giảm mạnh độ dẫn nhiệt của toàn vật liệu. Hệ số giãn nở nhiệt
của vật liệu vô cơ có chứa lỗ xốp có thể xác định theo công thức:
)]21/()1[(1
)]21/()1[(.21
.
nnV
nnV
k
k
r
+−−
+−+
=
λλ

Trong đó:

kr
n
λλ
/=
r
λ
,
k
λ
: hệ số dẫn nhiệt của pha rắn và pha khí
V
k
: phần trăm thể tích pha khí
Hầu hết các vật liệu cách nhiệt là vật liệu xốp. Do tỷ lệ lỗ xốp trong vật liệu lớn
nên vật liệu có hệ số dẫn nhiệt rất nhỏ. Tuy nhiên nhiệt độ tăng cao thì khả năng dẫn
nhiệt của vật liệu này sẽ tăng do thành phần truyền nhiệt bức xạ của lỗ xốp tăng.
2.2.3 Truyền nhiệt bức xạ:
Ngoài khả năng truyền nhiệt dẫn nhiệt, vật liệu vô cơ còn có khả năng truyền
nhiệt bức xạ qua pha vô định hình và pha khí. Ðối với các vật liệu vô cơ có tỷ lệ pha
vô định hình và pha khí (trong các lỗ xốp) cao, khi nhiệt độ tăng thì vai trò của truyền
nhiệt bức xạ tăng lên và có thể chiếm ưu thế so với truyền nhiệt dẫn nhiệt.
Hệ số truyền nhiệt bức xạ
bx
λ
được xác định:
aTln
bx
/ ).3/16(
32
σλ

=
Trong đó:
σ
: hằng số Stefan-Boltzmann
n: chỉ số khúc xạ đối với tia hồng ngoại
l: quãng đường tự do của photon đối với tia hồng ngoại
a: hệ số hấp thụ
T: nhiệt độ
Do hệ số truyền nhiệt bức xạ phụ thuộc vào nhiệt độ theo hàm T
3
nên nó tăng
rất nhanh theo nhiệt độ. Khả năng cho tia hồng ngoại đi qua của pha vô định hình và
pha khí càng cao thì nhiệt bức xạ truyền qua càng mạnh. Truyền nhiệt bức xạ của các
vật liệu vô cơ thường bắt đầu đáng kể từ nhiệt độ trên 300
0
C.
Kích thước của lỗ xốp cũng có ảnh hưởng đến khả năng truyền nhiệt bức xạ
của vật liệu. Các lỗ xốp kích thước lớn làm tăng truyền nhiệt bức xạ.
2.2.4 Ðộ bền xung nhiệt:
Phần lớn các vật liệu vô cơ thường có độ dẫn nhiệt thấp nên khi nhiệt độ môi
trường thay đổi thì nhiệt độ trong vật liệu được cân bằng một cách chậm chạp. Trong
quá trình này, tại các vùng nhiệt độ khác nhau có sự giãn nở nhiệt khác nhau dẫn tới
hình thành ứng suất không đều trong khối vật liệu. Nếu ứng suất này vượt quá giới
hạn bền kéo hay bền nén của vật liệu thì vật liệu sẽ bị phá hủy.
Khả năng bền vững cơ học của vật liệu vô cơ dưới tác dụng nhiệt độ thay đổi
đột ngột được gọi là độ bền xung nhiệt, xác định bằng khoảng chênh lệch nhiệt độ
T∆
lớn nhất hay số lần thay đổi nhiệt độ đột ngột theo các điều kiện quy định về tốc độ và
khoảng nhiệt độ thay đổi, kích thước mẫu,… mà vật liệu chưa bị phá hủy. Ðộ bền
xung nhiệt của vật liệu vô cơ phụ thuộc phức tạp vào nhiều yếu tố khác nhau như độ

dẫn nhiệt, độ bền cơ học, điều kiện đo đạc, hình dáng và kích thước mẫu,…
Ðể đánh giá một cách tương đối độ bền xung nhiệt của vật liệu vô cơ, người ta
đưa ra công thức tính toán dựa trên mối quan hệ của nó với các yếu tố ảnh hưởng quan
trọng nhất, theo Bartenev:
)./()1.().2/3( ET
u
b
αµσ
−=∆
Trong đó:
u
b
α
: giới hạn bền uốn của vật liệu
µ
: hệ số Poisson
α
: hệ số giãn nở nhiệt dài
E: modun đàn hồi của vật liệu
Ðối với vật liệu gốm có thể ứng dụng công thức Haase:
)./( ET
b
αα
=∆
Trong đó:
b
α
: giới hạn bền kéo
2.3 TÍNH CHẤT QUANG:
Do cấu trúc vùng năng lượng điện tử của mình, các vật liệu vô cơ có thể là

trong suốt đối với ánh sáng nhìn thấy (như thủy tinh,…). Dó đó ngoài phản xạ và hấp
thụ, còn cần khảo sát các hiện tượng khúc xạ và truyền qua.
2.3.1 Khúc xạ:
Tia sáng truyền tới bề mặt ngoài của các vật liệu trong suốt thì bị giảm tốc độ
và kết quả là bị lệch hướng tại mặt giới hạn. Hiện tượng này được gọi là khúc xạ. Chỉ
số khúc xạ (chiết suất) n của một chất được định nghĩa là tỷ số giữa tốc độ trong chân
không c và tốc độ trong môi trường v, tức là:
n = c / v =
rr
µεµεµε
/.
00
=
µε
./1
=
v
o
c
µε
./1
0
=
Trong đó:
0
ε
,
0
µ
: hằng số điện môi, độ thẩm từ của chân không

ε
,
µ
: hằng số điện môi, độ thẩm từ của môi trường
r
,
µε
r
: hằng số điện môi và độ thẩm từ tương đối
Độ lớn của n phụ thuộc vào sóng ánh sáng. Hiệu ứng này được chứng minh
bằng sự tán sắc ánh sáng quen thuộc, tức là sự phân tách một chùm tia sáng trắng
thành các tia thành phần mầu sắc khác nhau bằng một lăng kính thủy tinh. Chiết suất
không chỉ ảnh hưởng đến quang lộ của ánh sáng, mà như giải thích dưới đây sẽ ảnh
hưởng đến phần ánh sáng bị phản xạ từ bề mặt:
Bởi vì sự truyền chậm của bức xạ điện từ trong một môi trường là do sự phân
cực điện tử gây ra, nên kích thước của các nguyên tử hay ion cấu thành có ảnh hưởng
đáng kể đến độ lớn của hiệu ứng này. Nói chung, nguyên tử hay ion càng lớn thì sự
phân cực điện tử càng mạnh, tốc độ áng sáng càng chậm và chiết suất càng lớn. Chiết
suất của thủy tinh Na-Ca tiêu biểu gần bằng 1,5. Khi cho thêm các ion lớn như bari và
chì (bằng BaO và PbO) vào thủy tinh sẽ làm tăng chiết suất lên đáng kể. Ví dụ như
thuỷ tinh nhiều chì (chứa tới 90% trọng lượng PbO) có chiết suất khoảng 2,1.
Các gốm tinh thể có cấu trúc lập phương và các thuỷ tinh có tính chất đẳng
hướng (nghĩa là không phụ thuộc vào hướng tinh thể). Mặt khác các tinh thể không
lập phương nhưng lại có chiết suất n bất đẳng hướng, tức là chiết suất lớn nhất dọc
theo những hướng có mật độ ion cao nhất.
Bảng 2.2. Chiết suất của một số vật liệu
Vật liệu Chiết suất trung bình
Gốm thuỷ tinh SiO
2
1,458

Gốm thuỷ tinh Na-Ca 1,51
Corundun 1,76
Periclaz 1,74
Thạch anh 1,55
Spinel 1,72
2.3.2 Phản xạ:
Khi bức xạ ánh sáng đi từ môi trường này sang môi trường khác, một phần ánh
sáng bị bức xạ ở trên mặt phân cách giữa hai môi trường ngay cả khi hai môi trường
đều trong suốt. Độ phản xạ R biểu thị phần ánh sáng bị phản xạ tại mặt phân cách, tức
là:
R = I
R
/ I
0
Trong đó: I
R
, I
0
cường độ chùm phản xạ và chùm tới
Nếu ánh sáng tới vuông góc với mặt giới hạn:
R = [(n
2
– n
1
)/(n
2
+ n
1
)]
2

Trong đó: n
1
, n
2
chiết suất của hai môi trường
Nếu như ánh sáng tới không vuông góc với mặt phân cách thì R sẽ phụ thuộc
vào góc tới. Khi ánh sáng được truyền từ chân không hay không khí vào một chất rắn
s thì:
R = [(n
s
– 1)/(n
s
+ 1)]
2
Từ trên ta thấy nếu chiết suất của vật rắn càng cao thì độ phản xạ càng lớn. Đối
với thuỷ tinh silicat tiêu biểu, độ phản xạ khoảng 0,05. Chiết suất của vật rắn phụ
thuộc vào bước sóng ánh sáng, do đó độ phản xạ cũng biến đổi theo bước sóng.
Tổn hao phản xạ đối với thấu kính và các dụng cụ quang học có thể giảm đáng
kể nếu phủ lên bề mặt phản xạ những lớp rất mỏng bằng vật liệu điện môi như MgF
2
.
2.3.3 Hấp thụ:
Các vật liệu có thể trong suốt hay đục đối với ánh sáng nhìn thấy.
Những vật liệu nào có khe vùng lớn hơn 3,1 eV sẽ không hấp thụ một ánh sáng
nhìn thấy nào. Nếu độ tinh khiết cao chúng sẽ hiện ra trong suốt. Mặt khác nếu vật
liệu có khe vùng hẹp hơn 1,8 eV thì chúng sẽ hấp thụ toàn bộ phổ ánh sáng nhìn thấy
vì vậy chúng đều đục. Còn những vật liệu nào có khe vùng nằm trong khoảng 1,8 eV
và 3,1 eV thì chỉ hấp thụ một phần phổ ánh sáng nhìn thấy do đó ta nhìn thấy chúng
mờ và có màu. Mỗi vật liệu đều trở nên đục ở một số bước sóng nhất định tuỳ thuộc
vào độ rộng khe vùng E

g
. Ví dụ như kim cương có khe vùng là 5,6 eV sẽ trở nên đục
đối với bức xạ có bước sóng ngắn hơn 0,22
m
µ
.
Cũng như đường đi của ánh sáng, cường độ bức xạ bị hấp thụ phụ thuộc vào
đặc tính của môi trường. Cường độ bức xạ
T
Γ
(truyền qua hay là không bị hấp thụ)
giảm liên tục theo khoảng cách x mà ánh sáng đi qua:
x
T
e
β
−
Γ=Γ
.
0
Trong đó:
0
Γ
: cường độ bức xạ tới không phản xạ
β
: hệ số hấp thụ (mm
-1
), là
đặc trưng riêng của vật liệu và thay đổi theo
bước sóng của bức xạ tới

x: khoảng cách
Các vật liệu có giá trị
β
lớn hơn được
coi là các chất hấp thụ mạnh.
2.3.4 Truyền qua:
Xét trường hợp ánh sáng đi qua một vật
rắn trong suốt. Đối với một chùm tia tới có
cường độ I
0
chiếu vào mặt trước của của mẫu
chất có độ dày l và hệ số hấp thụ
β
, cường độ được truyền qua tại mặt sau của mẫu
là:
t
T
eRII
β
−
−=
.2).1.(
0
Trong đó: R: độ phản xạ
Như vậy, thành phần của tia tới truyền qua vật liệu trong suốt phụ thuộc vào
những tổn hao do hấp thụ và phản xạ. Hơn nữa, các thông số như độ hấp thụ, độ phản
xạ và độ truyền qua đều phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng và phải thoả mãn biểu
thức:
I
0

= I
A
+ I
T
+ I
R
Trong đó: I
0
: cường độ chùm ánh sáng tới
I
A
, I
T
, I
R
: cường độ chùm ánh sáng hấp thụ, truyền qua, phản xạ
2.4 TÍNH CHẤT ĐIỆN:
Một trong những đặc tính điện quan trọng nhất của vật liệu rắn là khả năng dẫn
điện của nó.
Độ dẫn điện là nghịch đảo của điện trở suất:
ρ
σ
1
=
1
).(
−
Ω
m
Căn cứ vào khả năng dẫn điện vật liệu rắn được chia thành 3 loại: dẫn điện, bán

dẫn và điện môi. Những chất dẫn điện tốt thường có độ dẫn điện khoảng 10
7

1
).(
−
Ω
m
,
các chất bán dẫn có độ dẫn điện từ 10
-6
–10
4

1
).(
−
Ω
m
, còn chất điện môi là 10
-10
–10
-20
1
).(
−
Ω
m
. Các vật liệu gốm thường là vật liệu cách điện ở nhiệt độ phòng và có độ dẫn
điện như bảng sau:

Bảng 2.3. Độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng của một số vật liệu
Vật liệu
Độ dẫn điện,
1
).(
−
Ω
m
Corundum
Sứ
Thuỷ tinh Na-Ca
Mica
10
-10
– 10
-12
10
-10
– 10
-12
< 10
-10
10
-10
– 10
-15
Hình 2.3. Sự biến đổi theo bước sóng của các tỷ
phần ánh sáng truyền qua, hấp thụ và phản xạ
qua 1 loại thủytinh xanh
Hằng số điện môi là tỷ số:

0
ε
ε
ε
=
r
(
ε
: độ thẩm của môi trường điện môi;
0
ε
: độ thẩm
của chân không và có giá trị 8,85.10
-12
F/m). Hằng số điện môi là tính chất được xem
khi thiết kết tụ điện.
Bảng 2.4. Hằng số điện môi và độ bền điện môi của một số vật liệu
Vật liệu Hằng số điện môi Độ bền điện môi
60 Hz 1 MHz 10
4
V/m
Gốm titanat
Mica
Steatit
Thuỷ tinh (MgO-SiO
2
)
Sứ
-
-

-
6,9
6,0
15 – 10000
5,4 – 5,7
5,5 – 7,5
6,9
6,0
200 – 1180
3940 – 7875
790 – 1380
985
160 - 1575
Nhiều loại gốm, kể cả thuỷ tinh, sứ steatit và mica có độ ổn định về kích thước
và độ bền cơ học cao thường được ứng dụng làm đế cầu dao, cách điện đường dây tải
điện,…Ngoài ra titan oxit, gốm titanat có thể được chế tạo với hằng số điện môi hết
sức cao làm cho chúng có những ứng dụng đặc biệt trong tụ điện.
Đặc tính điện khác tương đối quan trọng và mới ở một số vật liệu đó là tính sắt
điện, hoả điện và tính áp điện. Một mặt nó góp phần xác định tính đối xứng của tinh
thể, mặt khác nó cho phép sử dụng tinh thể với những hiệu ứng đặc biệt đó để chế tạo
những thiết bị đặc biệt trong kỹ thuật.
Sắt điện: là tính phân cực tự phát tức là phân cực khi vắng mặt điện trường của
chất điện môi. Tương tự như các vật liệu sắt từ, chúng cũng có thể cho từ tính vĩnh
cửu. Trong các vật liệu sắt điện phải tồn tại những lưỡng cực điện vĩnh cửu. Ví dụ như
gốm bari titanat (BaTiO
3
) - một trong những chất sắt điện phổ thông nhất, sự phân cực
tự phát là hệ quả của sự sắp xếp các vị trí các ion Ba
2+
, Ti

4+
và O
2-
trong ô cơ sở như
trên hình 2.4. Các ion Ba
2+
nằm ở các đỉnh góc của ô cơ sở mang tính đối xứng
tetragonal. Momen lưỡng cực sinh ra do sự xê dịch tương đối của các ion Ti
4+
và O
2-
ra
khỏi vị trí đối xứng của chúng. Các ion O
2-
nằm thấp xuống dưới một chút, còn ion
Ti
4+
lại dịch lên trên so với tâm điểm của ô cơ sở. Tuy nhiên, khi nung nóng bari
titanat lên trên 120
0
C thì ô cơ sở sẽ trở lại khối lập phương, và tất cả các ion đều theo
đúng vị trí đối xứng trong ô cơ sở lập phương, vật liệu bây giờ có cấu trúc perovskit
và tính chất sắt điện biến mất.
Các chất sắt điện có hằng số điện môi cực kỳ cao ở các tần số điện trường
tương đối thấp vì vậy các tụ điện chế tạo bằng những vật liệu này có thể có kích thước
nhỏ hơn rất nhiều so với các tụ điện làm bằng vật liệu điện môi khác.
Áp điện: là một tính chất khác thường của một vài vật liệu có cấu trúc tinh thể
phức tạp và có tính đối xứng thấp như BaTiO
3
, PbZrO

3
, BaZrO
3
, NH
4
H
2
PO
4
, thạch
anh,…Tính chất này thể hiện khi nén hay kéo giãn 1 số tinh thể điện môi theo những
phương đặc biệt trong tinh thể thì trên các mặt giới hạn của tinh thể có xuất hiện
những điện tích trái dấu, tương tự như những điện tích trong hiện tượng phân cực điện
môi. Hiện tượng như thế này gọi là áp điện thuận. Nếu đổi dấu của lực tác dụng, ví dụ
từ nén sang kéo hay ngược lại thì chiều của điện trường cũng đảo theo, lúc này điện
tích xuất hiện trên 2 mặt giới hạn cũng đổi theo. Do có điện tích trái dấu xuất hiện nên
giữa 2 mặt giới hạn này có 1 hiệu điện thế.
Vật liệu áp điện được ứng dụng trong các linh kiện chuyển đổi năng lượng điện
thành ứng suất cơ học và ngược lại, như đầu ghi âm, microphone, máy phát siêu âm,
đầu đo ứng suất, đầu thu âm. Trong 1 máy ghi âm, khi đầu kim dịch chuyển theo các
rãnh trên 1 đĩa hát, biến thiên của áp suất lên vật liệu áp điện ở trong đầu ghi âm
chuyển đổi thành tín hiệu điện và được khuyếch đại lên trước khi ra loa.
Hình 2.4. Một ô cơ sở của Bari titanat BaTiO
3
(a) và sơ đồ bố
trí các ion Ti
4+
và O
2-
xung quanh tâm của mặt (b)