Nghiên cứu gia cường thuỷ tinh bằng phương pháp hóa học

BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ LUYỆN KIM



BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG THỦY TINH BẰNG
PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC




















9644

HÀ NỘI – 2012



BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ - LUYỆN KIM
BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIA CƯỜNG THỦY TINH
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC






Chủ nhiệm đề tài: Tiến sỹ Nguyễn Xuân Khoa




Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2012 Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2012
THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN CHỦ QUẢN THỦ TRƯỞNG CƠ QUAN CHỦ TRÌ


Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

1
MỤC LỤC

MỤC LỤC 1
DANH MỤC BẢNG BIỂU 2
DANH MỤC HÌNH, ẢNH 3
TÓM TẮT NHIỆM VỤ 5
MỞ ĐẦU 7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9
1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 9
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11
1.2.1. Cấu trúc thủy tinh 11
1.2.2. Các công nghệ gia công thủy tinh 11
1.2.3. Công nghệ tôi hóa thủy tinh 12
1.2.3.2. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm tôi bằng công nghệ hóa 15
1.2.3.3. So sánh công nghệ tôi hóa với tôi nhiệt 16
1.2.3.4. Một số phương pháp tôi hóa mới 18
1.2.3.5. Ứng dụng của công nghệ tôi hóa 19
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 22
2.1. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22
2.2. MẪU NGHIÊN CỨU 22
2.2.1. Mẫu kính nổi đã có tiêu chuẩn 23
2.2.2. Các mẫu phi tiêu chuẩn 24
2.3. NGUYÊN VẬT LIỆU HÓA CHẤT DÙNG CHO NGHIÊN CỨU 24
2.4. THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU 25
2.4.1. Các thiết bị chính 25
2.4.2. Các thiết bị phụ trợ 25
2.5. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ DỰ KIẾN 26
2.6. KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA MẪU NGHIÊN CỨU 27
2.6.1. Khả năng chịu va đập 27
2.6.1.1. Đo bằng phương pháp quang học 27
2.6.1.2. Đo bằng phương pháp bi rơi 28
2.6.2. Khả năng chịu sốc nhiệt 29

2.6.3. Độ bền uốn 30
2.6.4. Đo độ cứng 30
2.6.5. Xác định lượng kali thẩm thấu vào bề mặt thủy tinh 31
2.6.6. Kiểm tra lượng ion kali bị giảm và natri tan vào muối bể ngâm 31
2.7. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 31
2.7.1.2. Nguyên liệu hóa chất 35
2.7.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ tới chất lượng sản phẩm 37
2.7.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian trao đổi ion tới chất lượng sản phẩm 37
2.7.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng chịu va đập của thủy tinh 38
2.7.2.3. Thí nghiệm tiếp với kính dày 2, 3 và 4 mm 38
2.7.3. Khảo sát khả năng tái chế, tác động môi trường và một số khả năng ứng dụng của công
nghệ tại Việt Nam 40

2.7.3.1. Nghiên cứu khả năng tái chế sản phẩm của công nghệ 40
2.7.3.2. Sản xuất thử thăm dò một số sản phẩm 41
3.1. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 42
3.1.1. Mẫu kính nổi 42
3.1.1.1. Khả năng chịu va đập 42
3.1.1.2. Độ bền uốn 42

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

2
3.1.1.3. Khả năng chịu sốc nhiệt 43
3.2.1.4. Độ dày lớp trao đổi ion 44
3.1.1.5. Độ cứng 45
3.2.2. Mẫu phi tiêu chuẩn 45
3.1.2.1. Khả năng chịu va đập 46

3.1.2.3. Khả năng chịu sốc nhiệt 47
3.1.3. Quy trình công nghệ tôi hóa 49
3.2. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 51
3.3. ĐỊNH HƯỚNG ÁP DỤNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 52
3.3.1. Dự kiến hiệu quả kinh tế khi áp dụng kết quả nghiên cứu vào sản xuất 52
3.3.1.1. Tính toán sơ bộ giá thành sản phẩm: 52
3.3.1.2. Ý tưởng Dự án 53
3.3.2. Dự kiến hình thức áp dụng kết quả nghiên cứu 55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56
Lời cảm ơn 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58
PHỤ LỤC 60


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Các mẫu kính nổi 23
Bảng 2: Các mẫu thủy tinh phi tiêu chuẩn 24
Bảng 3: Nguyên liệu hóa chất dùng cho nghiên cứu 25
Bảng 4: Các mẫu đo độ bền uốn 30
Bảng 5: Các mẫu đo độ cứng 30
Bảng 6: Các hỗn hợp muối thí nghiệm và kết quả thử nghiệm 36
Bảng 7: Độ bền uốn của kính tôi hóa 43
Bảng 8: Khả năng chịu sốc nhiệt của kính tôi hóa 44
Bảng 9: Kết quả
đo độ cứng Viker và độ cứng HRC 45
Bảng 10: Kết quả đo thả bi lên đáy bát 46
Bảng 11: Kết quả kiểm tra tỷ lệ vỡ khi rơi tự do 47
Bảng 12: Kết quả đo khả năng chịu sốc nhiệt 48
Bảng 13: Các thông số công nghệ 50

Bảng 14: Số lượng kính tôi hóa 51
Bảng 15: Giá thành sản phẩm quy đổi 53


Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

3
DANH MỤC HÌNH, ẢNH


Hình 1: Cơ chế trao đổi ion 13
Hình 2: Phân bố ứng suất trong thủy tinh tôi hóa tên mặt cắt kính phân cực
trang bị cùng một bộ bù Babinet
14
Hình 3: Phân bổ ứng suất trong thủy tinh tôi hóa và tôi nhiệt 15
Hình 4: Cơ chế ứng suất nén tác động lên các vết nứt micro trên bề mặt
thủy tinh.
15
Hình 5: Sơ đồ công nghệ dự kiến 26
Hình 6: Phân bổ độ đồng đều bền cơ 34
Hình 7: Đồ thị xác suất tồn tại – năng l
ượng va đập để xác định chỉ số mô
đun Weibull
35
Hình 8: Đồ thị khả năng chịu va đập- thời gian trao đổi ion 37
Hình 9: Đồ thị khả năng chịu va đập- nhiệt đọ trao đổi ion 38
Hình 10: Đồ thị khả năng chịu va đập- độ dày kính 39
Hình 11: Cốc két bẩn trước khi nung 41

HÌnh 12: Cốc sạch bóng sau khi tôi hóa 41
Hình 13: Cốc két bẩn trước khi nung 41
Hình 14: Cốc két bẩn hơn sau khi nung 41
Hình 15: Hàm lượng oxit Kali và Natri tại bề mặt kính 44
Hình 16: Sơ đồ công nghệ 50



Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

4
NHỮNG NGƯỜI THỰC HIỆN CHÍNH


STT Họ và tên

Học vị,
chuyên môn
Cơ quan
1 Nguyễn Xuân Khoa Tiến sĩ, silicát Viện Khoa học và Công nghệ
Mỏ-Luyện kim
2 Phạm Năng Thủy CNKT Trung tâm Thực nghiệm Tam
Hiệp
3 Đỗ Văn Nhượng Ks. Cơ khí Viện Khoa học và Công nghệ
Mỏ-Luyện kim
4 Hoàng Công Dũng Ks. Điện Viện Khoa học và Công nghệ
Mỏ-Luyện kim
5. Đặng Thị Bích Ngọc Cử nhân

Kinh tế
Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ
- Luyện kim
6 Lê Anh Đào KS. Công
nghệ
Công ty CP Gia dụng Goldsun

Ký hiệu, viết tắt:
Hiện công nghệ gia cường bằng phương pháp hóa học chưa có quy định
thống nhất quốc tế về tên gọi, do đó tùy theo lĩnh vực, quốc gia hay công ty, tên
tiếng Anh thường gọi là chemical strengthening hay chemical toughening,
tempering hoặc ion exchange, tương ứng với tiếng Việt là gia cường hóa học hay
cường hóa, tôi hóa hoặc trao đổi ion.
Để dễ phân biệt với công nghệ tôi nhiệt (thermal tempering) đã phổ biến tại
Việt Nam và phù hợp h
ơn với tiếng Việt, báo cáo sẽ viết tắt cụm từ “gia cường
bằng phương pháp hóa học” bằng thuật ngữ “tôi hóa” ngắn gọn hơn.

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

5
TÓM TẮT NHIỆM VỤ

Nhằm phát triển vật liệu có độ bền cao, giảm trọng lượng sản phẩm cũng như
h a thiện với môi trường, năm 2012 Bộ Công Thương đã giao Viện Khoa học và
Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện đề tài:” Nghiên cứu gia cường thủy tinh
bằng phương pháp hóa học”, với tổng kinh phí nghiên cứu là 200 triệu đồng.
Trên cơ sở Hợp đồng giao nhiệm vụ, đề tài

đã tiến hành khảo sát tình hình
nghiên cứu trong và ngoài nước trong lĩnh vực liên quan, từ đó lựa chọn hướng
nghiên cứu và phương pháp tiến hành phù hợp với điều kiện hạ tầng, thiết bị hiện
có của đơn vị.
Với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, đề tài đã triển khai nghiên cứu
trên 03 loại kính nổi và một số loại sản phẩm thủy tinh phi tiêu chuẩn. Cùng sự hỗ
trợ của các đơn vị nghiên cứu trong nước, đề tài đã tiến hành đo các thông số kỹ
thuật của sản phẩm mẫu và trên cơ sở các thông số đó hiệu chỉnh công nghệ và chế
tạo sản phẩm theo yêu cầu Hợp đồng Nghiên cứu.
Các thông số kỹ thuật của sản phẩm mẫu đều đã đạt yêu cầu đề ra và vượt
một số thông số c
ủa sản phẩm tôi nhiệt loại chất lượng cao trên thị trường, đặc biệt
độ bền uốn của sản phẩm mẫu sau khi tôi tăng lên tới 5 ÷ 10 lần hứa hẹn khả năng
ứng dụng vào nhiều lĩnh vực kỹ thuật với vai trò vật liệu phụ trợ cho công nghiệp
chế tạo của Việt Nam.
Ngoài ra khả năng chịu sốc nhiệt của sản phẩm đề tài cũng đã
đạt yêu cầu kỹ thuật của thủy tinh cho lò vi sóng, từ đó mở ra khả năng ứng dụng rất
thực tế vào lĩnh vực hàng thủy tinh gia dụng, cùng tham gia cạnh tranh với hàng thủy
tinh vi sóng nhập ngoại gần đây đã xâm nhập mạnh vào thị trường thủy tinh cao cấp
trong nước.
Công nghệ
không tạo chất thải rắn, khí hay lỏng, với khả năng giảm 30 ÷ 70%
trọng lượng sản phẩm trên cơ sở vẫn giữ được các tính năng kỹ thuật tương đương,
hoặc cùng kích thước, nhưng có tuổi thọ sản phẩm cao gấp nhiều lần sản phẩm chưa
tôi, khả năng tái chế các sản phẩm cũ,… góp phần đóng góp bảo vệ môi trường.
Với giá thành s
ản phẩm sau gia công đã được thị trường quốc tế và trong
nước chấp nhận, công nghệ tôi hóa có thể tạo giá trị gia tăng trong cơ cấu giá thành.

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

6
Nếu được đưa vào sản xuất đại trà, Dự án sản xuất bằng công nghệ tôi hóa sẽ góp
phần tạo thêm việc làm, thay thế hàng nhập ngoại trong lĩnh vực dân dụng và kỹ
thuật cao.
Về khả năng phát triển, đề tài đã triển khai thăm dò một số hoạt động sản
xuất thử và cũng đã đạt một số kết quả ban đầu.

Nhìn chung, đề tài đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu đề ra về cả chất lượng
cũng như số lượng và có thể có những đóng góp hữu ích cho môi trường và xã hội
nếu được đưa vào sản xuất đại trà.





Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

7
MỞ ĐẦU

Là vật liệu đã được biết đến từ hàng ngàn năm trước, đến nay thủy tinh đã
trở thành vật liệu gần gũi, không thể thiếu trong công nghiệp, đời sống xã hội và
trong mọi gia đình. Bên cạnh những ưu điểm nổi bật đã biết của thủy tinh như: khả
năng truyền qua, khúc xạ ánh sáng, cứng, bền hóa… vẫn tồn tại một số nhượ
c điểm

như: dễ vỡ, độ bền cơ, bền nhiệt còn hạn chế.
Giải quyết các tồn tại nói trên là ước muốn từ rất lâu của các nhà nghiên cứu
và người tiêu dùng. Tuy nhiên phải đến đầu thế kỷ 20, sau khi công nghệ sản xuất
thủy tinh và các công nghệ phụ trợ đã phát triển mạnh và mức sống của người dân
được tăng cao tạo ra thị trường cho những s
ản phẩm mới, các công nghệ gia công
hoàn thiện thủy tinh mới có điều kiện bùng nổ, như: công nghệ tôi nhiệt, công nghệ
dán kính, công nghệ tôi hóa. Trong đó công nghệ tôi hóa gần đây được quan tâm
nghiên cứu nhiều hơn.
Ở giai đoạn đầu công nghệ tôi hóa chủ yếu ứng dụng vào lĩnh vực sản xuất
kính chắn gió buồng lái máy bay. Sau khoảng năm thập kỷ tính từ phát minh đầu
tiên, cùng với những kết qu
ả nghiên cứu hạ giá thành và nhu cầu an toàn của con
người ngày càng được nâng cao, công nghệ tôi hóa thủy tinh nhanh chóng mở rộng
lĩnh vực ứng dụng sang nhiều lĩnh vực công nghiệp cũng như dân dụng, đặc biệt
trong những điều kiện mà công nghệ tôi nhiệt không sản xuất được hoặc sản xuất
được nhưng giá thành cao hơn, như: độ dày thủy tinh dưới 5 mm, hình dạng thủy
tinh phức tạp, yêu cầu độ
chính xác cao, độ bền cơ rất cao,…
Ngoài ra hiện tượng trái đất nóng lên cũng góp phần tạo thêm “đất sống” cho
các công nghệ xanh, trong đó có công nghệ tôi hóa phát triển, vì công nghệ này tạo
ra khả năng giảm 30 ÷ 70 % trọng lượng sản phẩm thủy tinh nhưng vẫn giữ được
các tính năng kỹ thuật tương đương hoặc với cùng trọng lượng nó có thể làm tăng
tuổi thọ sản phẩm lên gấp nhiều lầ
n.
Trên cơ sở nhu cầu thị trường và mục tiêu tăng khả năng ứng dụng cũng như
tính an toàn cho người sử dụng, năm 2012 Bộ Công Thương đã giao Viện Khoa học

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

8
và Công nghệ Mỏ - Luyện kim thực hiện đề tài:” Nghiên cứu gia cường thủy tinh
bằng phương pháp hóa học”.
Mục tiêu chính của đề tài là:
- Nghiên cứu công nghệ gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học.
- Ứng dụng công nghệ trên vào việc chế tạo 50 kg sản phẩm mẫu đạt yêu cầu kỹ
thuật.
Trong đó:
150 Mục tiêu kinh tế
Do thuộc loại hình công nghệ mới, giá thành sản phẩm đã được các công ty
nước ngoài xây dựng, nên có giá trị gia tăng, đồng thời tạo thêm thu nhập, việc làm
cho đơn vị.
Trước mắt đề tài hướng tới công nghệ sản xuất các sản phẩm như: mặt kính
cho các thiết bị điện, lò vi sóng, máy photocopy… và cải thiện độ bền cơ, bền nhiệt
cho một số mặt hàng dân d
ụng phi tiêu chuẩn như: ly, cốc bền cơ, bền nhiệt, các
sản phẩm bình nước lọc chịu nhiệt…
b. Mục tiêu khoa học công nghệ
Nghiên cứu nguyên lý khoa học của công nghệ gia cường hóa thủy tinh.
Cơ sở lý thuyết cho việc đăng ký xây dựng tiêu chuẩn cho các sản phẩm của
công nghệ gia cường hóa thủy tinh trình Bộ Công Thương.
Nghiên cứu công nghệ gia cường hóa thủy tinh ứng dụng vào các sản phẩm
công nghiệ
p và dân dụng khác.

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

9
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
Với mục đích tăng độ bền cơ, bền nhiệt và một số tính năng kỹ thuật khác
cho vật liệu thủy tinh, song song với công nghệ tôi nhiệt, các nhà khoa học đã đầu
tư nghiên cứu phát triển công nghệ tôi hóa.
Các tổ chức đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu có thể kể đến Tập đoàn
Corning, Mỹ với các nghiên cứu về tôi hóa được S. S. Kistler [1], H. M. Garfinkel
[2], [3] và đồng nghiệp công bố đầ
u tiên vào những năm 1960. Đến nay hàng trăm
bài báo và sáng chế đã được công bố về lĩnh vực công nghệ tôi hóa. Đại học Alfred,
New York cũng công bố nhiều kết quả nghiên cứu ứng dụng công nghệ tôi hóa mặt
kính điện thoại di động và thủy tinh dân dụng khác.
Thập kỷ 80 Nhật Bản đã đăng ký rất nhiều phát minh về công nghệ tôi hóa
thủy tinh bao bì, trong đó được nhấn mạnh nhiều về sả
n phẩm chai bia [4] — [8].
Ngoài ra, Italy, Đức, Anh, Canada, Nga, Trung Quốc, Ấn Độ… cũng công bố
nhiều kết quả nghiên cứu trong lĩnh vực tôi hóa thủy tinh.
Đi sâu vào khả năng ứng dụng, các nước phát triển đã triển khai sản xuất ở
quy mô công nghiệp các sản phẩm như: kính chắn gió máy bay PPG Industry (Mỹ),
Pilkington (Anh), mắt kính Corning Glass Works (Mỹ), Schott (Đức), kính màn
hình LCD (Berliner Glas — Đức),…
Gần đây các công ty tại các nước đang phát triển như Trung Quốc, Ấn Độ,
Thái Lan đã triển khai song song, vừa đầu tư nghiên cứu sản xuất vừa nhập thiết bị
công nghệ tôi hóa các sản phẩm phụ trợ cho công nghiệp như: Màn hình tiếp xúc
(touch screen), mặt kính cho các thiết bị công nghiệp,…
Ngoài ra công nghệ còn có thể ứng dụng cho rất nhiều loại sản phẩm thủy
tinh như: Bát đĩa, cốc, ly chịu nhiệt,… và về mặt lý thuyết hầu hết các mặt hàng
thủy tinh đều có thể

tôi hóa.
Năm 1992, Nhóm nghiên cứu Liên hiệp Silicat và Kim loại (nay thuộc Viện
KH&CN Mỏ - Luyện kim) đã tiến hành một số nghiên cứu về công nghệ tôi hóa
nhằm tăng khả năng chống xước cho sản phẩm mắt kính bằng phương pháp ngâm

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

10
thủy tinh vào bể muối kali ở nhiệt độ gần nhiệt độ chuyển pha và đã đạt được một
số kết quả ban đầu. Tuy nhiên do nguồn kinh phí tự có cho nghiên cứu còn hạn hẹp,
để có được công nghệ sản xuất ổn định cần đầu tư thêm. Ngoài ra các hãng sản xuất
mắt kính lớn lại ở nước ngoài, khó tiếp cận và thường hoạt động khép kín từ chế tạo
gọ
ng, mắt kính, gia công hoàn thiện đến marketing, Liên hiệp chưa tiếp cận được
khách hàng, chưa có cam kết bao tiêu sản phẩm, nên Liên hiệp tạm dừng ở mức độ
nghiên cứu thăm dò.
Năm 2006, Nhóm nghiên cứu Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim đã triển khai
một số nghiên cứu liên quan đến chụp đèn sân bay bằng thủy tinh chịu sốc nhiệt.
Gần đây Viện Nghiên cứu Viglacera — Tập đoàn HUD, Đại học Bách khoa
HN cũng
đã thu thập thông tin liên quan và triển khai một số nghiên cứu ban đầu.
Năm 1994, Nhóm nghiên cứu Viện KH&CN Mỏ - Luyện kim cùng đồng
nghiệp đã thiết kế chế tạo và chuyển giao dây chuyền tôi nhiệt phục vụ thị trường
kính ôtô thay thế. Năm 1996 Nhà máy kính Đáp Cầu nhập dây chuyền tôi nhiệt của
Đông Đức tôi kính tấm. Trong những năm 2000 công ty Nippon Sheet Glass (Nhật
Bản) tại Đáp Cầu và nhiều đơn vị trong nước khác đ
ã nhập các dây chuyền tôi nhiệt
quy mô công nghiệp từ Nhật, TAM Glass (Phần Lan), Hàn Quốc, Trung Quốc và

cung ứng rộng rãi cho thị trường trong nhiều năm nay, tuy nhiên loại công nghệ tôi
nhiệt còn tồn tại một số nhược điểm như: chưa tôi được kính dày 2 ÷ 4 mm đạt chất
lượng hoặc hiệu quả kinh tế. Ngoài ra còn các nhược điểm như: bị biến dạng sau
tôi, khả năng chịu va đập, chịu lự
c uốn, áp suất còn hạn chế và không tôi được thủy
tinh có hình dạng phức tạp. Một phần, mặc dầu rất nhỏ, sản phẩm kính tôi nhiệt bị
tự nổ trong quá trình sử dụng còn gọi là hiện tượng NiS [9], nên chưa được ứng
dụng vào những lĩnh vực cần độ tin cậy tuyệt đối và cường độ chịu lực cao như:
kính chắn gió máy bay, tàu cao tốc, tàu biển…
Hiện tượ
ng NiS cũng là nguyên nhân gây nhiều tranh cãi giữa nhà sản xuất
và khách hàng hay thợ thi công, vì sau khi nổ dấu vết để lại bị mất nhiều. Trong
nước cũng đã xảy ra không ít hiện tượng tự nổ trên, như: công trình kính tôi nhiệt
tại Tòa nhà Vincom, công trình Trung tâm hội nghị quốc gia nhập kính an toàn từ

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

11
Trung Quốc, Văn phòng Đài tiếng nói Việt Nam, kính ôtô Long Bình… Gần đây
nhiều công ty sản xuất kính an toàn đã nhập các thiết bị ngâm nóng (heat soak) để
khử bớt ~ 95 % sản phẩm có nguy cơ tự nổ. Tuy nhiên tỷ lệ trên vẫn chưa phải con
số phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy tuyệt đối.
Các nhược điểm trên đều được công nghệ tôi hóa khắc phục một cách hiệu
quả, góp phầ
n cùng công nghệ tôi nhiệt đa dạng hóa các loại mặt h a cho thị
trường.
1.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.2.1. Cấu trúc thủy tinh

Mặc dầu vẫn còn mang đặc thù mỹ thuật và thủ công nhưng hiện phần lớn
các vấn đề của công nghệ thủy tinh đã được giải quyết thông qua các nghiên cứu về
cấu trúc.
Thủy tinh silicát được cấu tạo bởi mạng không gian ba chiều của các tứ diện
SiO
4
-4
. Theo Zachariasen các tứ diện SiO
4
-4
chỉ liên kết với nhau bằng ba đỉnh, do đó
bắt buộc mạng không gian ba chiều tạo ra các lỗ hổng có kích thước và hình dạng
khác nhau một cách ngẫu nhiên và được điền đầy bởi các ion biến tính mạng nhằm
mục đích cân bằng điện tích thừa của các “ôxy không cầu” trên đỉnh còn lại của các
tứ diện SiO
4
-4
.
Trong hệ thủy tinh kiềm — kiềm thổ - silicát, thường cứ 5 ÷ 6 anion SiO
4
-4
có
2 cation kiềm và 1 cation kiềm thổ. Trong thủy tinh, theo các nhà khoa học, các ion
kiềm và kiềm thổ này, như : Na
+
, K
+
, Ca
+2
… phân bố ngẫu nhiên trong các khoảng

trống của mạng SiO
4
-4
.
1.2.2. Các công nghệ gia công thủy tinh
Để mở rộng ứng dụng cũng như khả năng phối hợp với các loại vật liệu
khác, thủy tinh có thể được tiếp tục gia công bằng nhiều công nghệ khác nhau. Các
công nghệ gia công thủy tinh đã được ứng dụng nhiều có thể kể đến:
- Uốn, cắt, mài, khoan thủy tinh: Tăng khả năng, lĩnh vực ứng dụng của vậ
t liệu.
- Làm mờ bằng hỗn hợp axit hoặc phun cát: Tăng tính mỹ thuật và khả năng ứng
dụng.

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

12
- Dán thủy tinh thành 2 hoặc nhiều lớp: Tăng tính an toàn, khả năng và lĩnh vực
ứng dụng của vật liệu.
- Kính dán, hút chân không: Ứng dụng làm kính hộp nhiều lớp cách nhiệt.
- Nung chảy thủy tinh (glass fusing): Mở rộng ứng dụng trong xây dựng.
- Nhuộm màu, in men thủy tinh: Tăng tính mỹ thuật và khả năng ứng dụng.
- Phun phủ, kính low-e: Tăng khả n
ăng cách nhiệt vào mùa hè và giữ nhiệt vào
mùa đông.
- Sấy kính bằng điện: Ứng dụng trong các sản phẩm kính chắn gió máy bay, ôtô
với mục đích làm tan băng, hơi nước bám trên mặt kính gây giảm tầm nhìn.
- Phun phủ chế tạo kính thông minh: Có thể điều khiển độ truyền qua của kính
bằng điện.

- Tôi nhiệt: Đưa thủy tinh lên nhiệt độ 650 ÷ 750
o
C sau đó thổi khí lạnh hoặc thả
thủy tinh vào bể dầu để làm lạnh đột ngột nhằm mục đích tăng độ bền cơ, bền
nhiệt và tính an toàn cho sản phẩm.
- Tôi hóa: Tăng độ bền cơ, bền nhiệt và tính an toàn cho sản phẩm bằng phương
pháp hóa học.
1.2.3. Công nghệ tôi hóa thủy tinh
Tôi hóa là một quá trình gia cường bề mặt thủy tinh thông qua con đường
trao đổi ion. Thủy tinh được
đưa lên nhiệt độ 400 ÷ 500
o
C sau được đó thả vào bể
hoặc phun muối nóng chảy chứa ion có đường kính lớn hơn ion kiềm trong thủy
tinh và được lưu ở nhiệt độ trên trong thời gian nhất định để tạo sự trao đổi ion, sau
khi hạ nhiệt sẽ tạo ứng suất trên bề mặt thủy tinh.
1.2.3.1. Nguyên lý công nghệ

Khi thủy tinh được sấy lên nhiệt độ gần nhiệt độ chuyển pha (T
g
—

Transformation temperature) một mặt các liên kết cấu trúc bị yếu đi, đặc biệt là các
ion kiềm, thuộc loại ion sửa đổi mạng, tồn tại trong cấu trúc nhờ lực liên kết ion
yếu hơn liên kết của các ion tạo mạng, mặt khác nhiệt độ tăng cũng gia tăng lực dẫn
khuếch tán, nên khi được tiếp xúc với nguồn ion đậm đặc từ bên ngoài, thông qua
con đường khuếch tán đa ion, các ion như: Na
+
, K
+

, Rb
+
, Cs
+
từ bên ngoài sẽ thay

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

13
thế các ion có đường kính nhỏ hơn bên trong thủy tinh như: Li
+
, Na
+
, Ag
+
, Cu
+
,
Zn
+
, Cd
+
… tạo ra ứng suất nén trên bề mặt của thủy tinh trên cơ sở cấu trúc tạo
mạng của mối h a kết silic-oxy của thủy tinh ban đầu, theo Ren´e Gy
[10], vẫn
được giữ nguyên. Các ứng suất nén này giúp thủy tinh gia cường bề mặt chống lại
các tác động cơ hay nhiệt từ bên ngoài.
Trên cơ sở mô hình trao đổi ion giữa K

+
và Na
+
đại diện cho công nghệ tôi
hóa (trên thực tế có thể còn nhiều loại ion với các đường kính khác nhau cùng tham
gia trao đổi), cơ chế trao đổi ion tại bề mặt thủy tinh được S. Jill Glass [11] trình
bày trong sơ đồ mặt cắt Hình 1:
Bên trái là thủy tinh trong bể muối kali nóng chảy.
Bên phải là quá trình trao đổi ion. Các ion K
+
lớn hơn từ muối kali nóng chảy
trao đổi vị trí với các ion Na
+
nhỏ hơn trong thủy tinh. Bề mặt thủy tinh được đặt
trong ứng suất nén từ quá trình “nhồi” ion lớn hơn vào vị trí của ion nhỏ hơn. Độ
dày “bao” (vùng trao đổi ion hay), hay độ dày K
+
thâm nhập, tỷ lệ thuận với căn
bậc hai của thời gian ở nhiệt độ không đổi (Định luật Fick).

Hình 1. Cơ chế trao đổi ion.
Trong các oxit thành phần của thủy tinh, trong khi Al
2
O
3
, MgO có tác động
hỗ trợ tốc độ trao đổi ion giữa K
+
và Na
+

hay giúp giảm thời gian trao đổi ion, thì
CaO lại hạn chế quá trình này. Vì vậy trên thực tế thủy tinh aluminosilicate cho
hiệu quả tôi hóa cao hơn thủy tinh hệ sodalimesilicate.m
Muối
k
ali
Thủy tinh trong bể muối
Trao đổi ion
Bề mặt thủy tinh

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

14
Trên Hình 2, độ dầy bao được xác định bởi điểm cắt giữa đường cốt không
và trắc đồ ứng suất.

Hình 2. Phân bố ứng suất trong thủy tinh tôi hóa trên mặt cắt kính phân cực
trang bị cùng một bộ bù Babinet.
Sự phân bố ứng suất căng và nén hình thành trong thủy tinh được Harold
Rawson [13] thể hiện trên toàn bộ mặt cắt trong Hình 3. Phía bên ngoài là ứng suất
nén và bên trong, sau điểm trung hòa là ứng suất căng.
Cũng trong Hình 3 tương quan về hình dạng và độ lớn của thủy tinh tôi hóa
và thủy tinh tôi nhiệt được thể hiện rõ. Đường cong ứng suất của thủ
y tinh tôi hóa
gấp khúc hơn và ứng suất nén chỉ có trên bề mặt tương đối mỏng của thủy tinh
nhưng lại lớn hơn nhiều so với ứng suất nén của thủy tinh tôi nhiệt, trong khi đồ thị
ứng suất nén của thủy tinh tôi nhiệt lại giảm dần, đều theo hình parabol vào sâu bên
trong thủy tinh, nhưng giá trị lại nhỏ hơn của thủy tinh tôi hóa. Tương tự, đối xứng

với ứng su
ất nén, sự khác biệt về hình dạng và giá trị của ứng suất căng của hai loại
thủy tinh tôi cũng được thể hiện rõ trên Hình 3.
Nén
Kéo
Độ
d
à
y

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

15

Hình 3. Phân bổ ứng suất trong thủy tinh tôi hóa và tôi nhiệt
Khi nghiên cứu về tính dễ vỡ của thủy tinh các nhà khoa học đã phá hiện ra
nguyên nhân chính là các vết nứt micro trên bề mặt và từ đó đã đưa ra nhiều
phương án công nghệ nhằm hạn chế nhược điểm này. Hãng Nippon Electric đã mô
tả tác động của ứng suất nén lên các vết nứt micro trên bề mặt thủy tinh trên trang
web [14], (Hình 4). Bên trái là thủy trước khi tôi với vết nứt to, cùng các ion Na
+

đường kính nhỏ. Bên phải là thủy tinh sau khi tôi với vết nứt đã bị các ion K
+

đường kính lớn hơn nén nhỏ, hẹp lại.

Hình 4. Cơ chế ứng suất nén tác động lên các vết nứt micro

trên bề mặt thủy tinh.
1.2.3.2. Các đặc điểm kỹ thuật của sản phẩm tôi bằng công nghệ hóa
• Ứng lực nén tăng 5 ÷ 10 lần so với kính chưa tôi.
• Khả năng chịu va đập tăng 2 ÷ 5 lần.
• Tăng khả năng chịu sốc nhiệt (∆T).
bề mặt
bề mặt
ứng suất căng
ứng suất nén
tôi nhi
ệ
t
tôi hóa
Trước khi tôi
Sau khi tôi
Ứng suất kéo Ứng suất kéo
Ứng suất nén
Vết
nứt

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

16
• Có thể cắt, khoan, mài sau khi tôi. Tuy nhiên cần lưu ý tính từ điểm cắt đến
khoảng cách 2 cm là vùng ứng lực nén bị giảm xuống cường độ tương đương
kính chưa tôi. Do vậy các nhà thiết kế thường đưa các phần “yếu” nằm vào
khung, ví dụ: khung cửa có vách nhôm, silicon bao bọc.
• Khi vỡ thủy tinh vỡ thành nhiều mảnh nhỏ hơn, cải thiện tính an toàn, mặc dầu

vẫn chưa được coi là kính an toàn nế
u không phối hợp với các công nghệ khác.
1.2.3.3. So sánh công nghệ tôi hóa với tôi nhiệt
So với các công nghệ tôi nhiệt khác như tôi bằng khí, tôi bằng dầu, công
nghệ tôi hóa đặc biệt ưu việt trong các trường hợp sau:
1. Khả năng chịu va đập vượt trội so với sản phẩm tôi nhiệt, nên phù hợp khi thực
tế yêu cầu chống va đập cao hơn mức các công nghệ tôi khác có thể đáp ứng.
2. Có khả năng ch
ủ động điều khiển cường độ tôi theo nhu cầu sử dụng nhằm đảm
bảo tính hiệu quả kinh tế, trong khi công nghệ tôi nhiệt bị động với kết quả
cường độ tôi ứng lực nén.
3. Độ bền uốn cũng vượt trội so với công nghệ tôi nhiệt tạo khả năng ứng dụng vào
các sản phẩm cần chịu áp suất cao.
4. Khi độ
dày kính cần tôi dưới 3 mm, các công nghệ tôi khác không đáp ứng được
về kỹ thuật hoặc hiệu quả kinh tế.
5. Trong vùng độ dày kính từ 3 ÷ 5 mm, công nghệ tôi hóa lại vượt trội về độ chính
xác cao, kính không bị biến dạng sau khi tôi từ đó tạo khả năng ứng dụng vào
những mục đích có nhu cầu độ chính xác về quang học hoặc nhu cầu dán kính
sau khi tôi cũng cần độ chính xác cao.
6. Khi độ cong kính quá lớn hay th
ủy tinh dị hình, phức tạp (chai lọ bao bì, ly,
cốc…) và khi độ dày chênh lệch quá lớn trong cùng một sản phẩm (ví dụ đèn
hiệu sân bay).
7. Khác với kính tôi nhiệt, sau khi tôi hóa độ chống xước tăng tạo khả năng ứng
dụng vào mục đích bền va đập kiêm chống xước như mặt điện thoại di động,
mặt màn hình cảm ứng (touch screen)…

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

17
8. Khi hệ số giãn nở quá thấp (thủy tinh boroslilcate), do đặc thù về nguyên lý kỹ
thuật, các công nghệ tôi khác không thể đáp ứng được, chỉ duy nhất công nghệ
tôi hóa xử lý được và đã ứng dụng thành công trong thực tế.
9. Sản phẩm kính sau khi tôi vẫn có thể được cắt, khoan, mài mà không bị vỡ, “nổ”
như trường hợp sản phẩm của các công nghệ tôi kính khác, mở ra khả năng thi
công hiệu chỉnh tạ
i chỗ, ngay tại công trường.
10. Hiện tượng lưỡng chiết (khúc xạ kép — birefringent): Công nghệ tôi hóa tạo
phân bố ứng lực đồng đều và rất mỏng trên bề mặt, nên hiện tượng lưỡng chiết
rất nhỏ, không gây ảnh hưởng đáng kể tới sóng điện từ con người sử dụng trong
các xe quân sự, máy bay…
11. Không bị hiện tượng tự nổ NiS như trường hợ
p kính tôi nhiệt.
12. Khi sản phẩm cần tôi nhạy cảm với nhiệt độ cao của các công nghệ tôi khác,
như: Kính mầu cơ chế keo, kính nhuộm… thì công nghệ tôi hóa lại có thể đáp
ứng tốt các điều kiện về nhiệt độ đủ thấp để không ảnh hưởng tới chất lượng
mầu.
13. Về mặt kinh tế công nghệ tôi hóa có nhu cầu vốn đầu tư ban đầu th
ấp hơn công
nghệ tôi nhiệt sẽ tăng tính năng động cho công nghệ.
Nhược điểm so với kính tôi nhiệt:
1. Tốc độ sản xuất công nghiệp của công nghệ tôi nhiệt cao hơn với cùng 01 quy
mô đầu tư, nên trong một số trường hợp cụ thể có giá thành thấp hơn kính tôi
hóa.
2. Khi vỡ thủy tinh vỡ các thành mảnh, không nhỏ như kính tôi nhiệt, nên kém hơn
về độ an toàn trong m
ột số ứng dụng. Tuy nhiên các mảnh vỡ thường vẫn nằm

trong khung, không bắn lung tung như trường hợp sản phẩm kính tôi nhiệt, nên
trong một số trường hợp lại chính là ưu thế.
Tóm lại trong gần một thế kỷ phát triển, với sự tập trung của nhiều ngành
khoa học, từ toán học, vật lý, điều khiển đến công nghệ vật liệu,…, hàng ngàn phát
minh, nghiên cứu phát triển đã
được công bố, công nghệ tôi nhiệt đã gặt hái những
thành tựu to lớn trong ứng dụng. Chỉ riêng Công ty TAM Glass (Phần Lan) đã đăng

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

18
ký hàng trăm sáng chế về công nghệ tôi nhiệt. Dây chuyền sau lại tiến bộ hơn dây
chuyền trước, nên Trung Quốc là nước có tiếng về công nghệ sao chép, nhưng vẫn
phải mua lần lượt tới hơn 100 dây chuyền tôi nhiệt từ công ty này. Tuy nhiên, nó
cũng đã đạt tới giới hạn hoàn thiện và khó có thể vượt qua một số nhược điểm
mang tính nguyên lý khoa học của công nghệ, như: tôi kính mỏng dưới 3 mm, tôi
thủ
y tinh hình dạng phức tạp, hiện tượng NiS… nhưng đó lại chính là “đất sống”
cho công nghệ tôi hóa phát triển và cùng công nghệ tôi nhiệt chia sẻ thị trường thủy
tinh siêu bền. Công nghệ tôi hóa đặc biệt hiệu quả ở những lĩnh vực sản phẩm công
nghệ tôi nhiệt không thể làm được hoặc làm được nhưng giá thành quá cao.
1.2.3.4. Một số phương pháp tôi hóa mới
Gần đây nhằm tăng tính hiệu quả kinh t
ế kỹ thuật trong ứng dụng cho công
nghệ, các nhà nghiên cứu đã phát triển một số sáng chế về phương pháp tôi hóa mới
với các ưu thế ấn tượng như:
- Công nghệ tôi hóa gốc Li
+

(dùng nguyên lý ngược lại: ion nhỏ thay ion lớn):
Với thế mạnh giảm thời gian trao đổi ion từ nhiều giờ xuống vài chục giây [15].
- Công nghệ tôi hóa bằng phương pháp kết tinh: Tạo chênh lệch về hệ số giãn nở
giữa phần kết tinh và phần thủy tinh còn lại, qua đó tạo sức căng bên trong vật
liệu.
- Công nghệ tôi hóa kép: Cải thiện đáng kể mô đun phân bổ Weibull, t
ăng tính ổn
định của chất lượng sản phẩm [16].
- Công nghệ tôi hóa 2 bước: Hỗ trợ tăng cường độ ứng lực [17].
- Công nghệ hỗ trợ tôi hóa bằng trường điện: Tăng hiệu quả quá trình trao đổi ion
[18].
- Công nghệ hỗ trợ tôi hóa bằng vi sóng: Tăng hiệu quả quá trình trao đổi ion
[19].
- Tôi hóa thủy tinh chalco-halide (không dùng hệ SiO
2
): L.Calveza, M và các
đồng nghiệp công bố năm 2009 khắc phục nhược điểm cố hữu của loại thủy tinh
chalco-halide là độ bền cơ đặc biệt kém [20].

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

19
Nhìn chung mỗi phương pháp đều có hai mặt ưu nhược, nên hiện phương
pháp truyền thống vẫn được ứng dụng rộng rãi và các phương pháp trên mới chỉ
được ứng dụng trong khuôn khổ thử nghiệm hoặc trong một số loại sản phẩm hay
lĩnh vực nhất định.
1.2.3.5. Ứng dụng của công nghệ tôi hóa
Thủy tinh tôi hóa được ứng dụng rộng rãi tại những nơi công nghệ tôi nhi

ệt
không làm được hoặc làm được nhưng giá thành cao hơn.
o Gia dụng: Bát, đĩa, ly, cốc, lọ, bình… đều có thể được tôi nhằm tăng độ bền, mỹ
thuật cho sản phẩm, đặc biệt cho nhu cầu rã đông từ tủ lạnh sang lò vi h a.

o Bao bì: Chai lọ thủy tinh có thể được tôi hóa nhằm giảm 30 ÷ 50 % trọng lượng
nhưng vẫn đạt độ bền tương đương. Lĩnh vực ứng dụng này ngày càng phát triển
do nhu cầu bảo vệ môi trường, tiện nghi và khả năng giảm giá thành tôi nhờ việc
ghép công nghệ tôi hóa luôn vào cuối công đoạn thổi chai.
o Công nghiệp:
 Nhờ khả năng chịu lực ép, độ bền uốn cao, thủy tinh tôi hóa được ứng dụng
làm cửa sổ, mắt nhìn hay mặt nạ trong môi trường áp suất hoặc/và nhiệt độ
cao hay có sốc nhiệt cao, như các lò, nồi hơi…

 Nhờ độ bền cơ, khả năng chịu sốc nhiệt, chịu nhiệt, độ cứng cao hoặc/và độ
chính xác quang học cao và nhẹ, thủy tinh tôi hóa được ứng dụng làm mặt
kính bảo vệ cho các thiết bị, máy móc, lò công nghiệp.

o Điện, điện tử:
 Các ổ đĩa từ thủy tinh phục vụ lưu trữ dữ liệu.
 Thủy tinh “bánh xốp” (wafer) cho máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động
nhằm tăng hiệu quả quản lý ánh sáng, cảm biến MEMS trong các thiết bị
điện tử ôtô (cảm biến áp suất, quán tính, gia tốc), đầu in máy in phun, công
nghiệp bán dẫn, chip cảm biến hình ảnh, vật liệu nền cho các chip sinh học
và nhiều ứng dụng khác.
 Mặt màn hình cảm ứng cho điện thoại di động, MP3, PDA, máy tính cá
nhân…

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

20
 Màn hình phẳng và màn hình cong cho TV, LCD…
o Thiết bị đo: Mặt kính chống xước cho các thiết bị đo đạc.
o Thí nghiệm: Chai, lọ, ống đong thí nghiệm;
o Dán kính: Phối hợp với công nghệ dán kính, kính tôi hóa dán trở thành vật liệu
siêu bền an toàn rất hữu dụng, đặc biệt ở những nơi công nghệ tôi nhiệt dán bị
hiện tượng bong tróc;
o Nhà máy pin năng lượng mặt trời: Mặt kính cho các tấm pin năng lượng mặt
trời được tôi hóa nhằm tăng độ bền cơ giúp giảm độ dày kính, từ đó tăng hiệu
quả thu ánh sáng, kéo dài tuổi thọ trước sự mài mòn của gió cát, tăng khả năng
chịu va đập giúp chống đỡ mưa đá, tăng độ bền nhiệt…
o Giao thông: Phối hợp với công nghệ dán kính, thủy tinh tôi hóa dán có thể ứng
dụng vào kính chắn gió, cửa sổ cho ôtô, tàu hỏa, máy bay… sẽ chịu được va đập
mạnh như gạch đá, mưa đá, chim bay va vào.
o Lĩnh vực sinh học, dược: Có thể ứng dụng vào bất kỳ thủy tinh nào, khi công
nghệ tôi nhiệt không đáp ứng được.
o Y học: Các sản phẩm thủy tinh bền cơ nhiệt cho thiết bị, dụng cụ y tế và phẫu
thuật.
o Quang học, chiếu sáng: Các thủy tinh bền cơ, nhiệt kiêm chống xước làm mắt
kính hay thấu kính, kính lọc hoặc chụp đèn hiệu sân bay, chụp đèn pha.
o An ninh: Kính chống đạn, chống trộm, chống nổ.
o Quốc phòng: Các mắt nhìn, cửa sổ cho những nơi cần quan sát, ngắm và bất kỳ
nhu cầu nào về chất liệu nhẹ, siêu bền và độ chính xác quang học cao.
o Hàng hải, kinh tế biển: Các cửa sổ, mái vòm, xi lanh, đường ống thủy tinh chịu
áp suất cho tàu lặn, thủy cung và các thiết bị hàng hải.
o Công nghiệp vũ trụ: Các cửa sổ, mái vòm, xi lanh, đường ống thủy tinh chịu áp
suất.
o Các lĩnh vực, ý tưởng ứng dụng mới khác:

 Thủy tinh kích thước nhỏ, công nghệ tôi nhiệt không đáp ứng được.

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

21
 Nơi cần độ bền uốn, chịu áp suất cao hơn khả năng đáp ứng của công nghệ
tôi nhiệt.
 Nơi cần độ chống xước cao.
 Những nơi cần thủy tinh chịu chịu sốc nhiệt cao.
 Nơi cần thủy tinh nhẹ.

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

22
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để tập trung vào tính hiệu quả và khả năng ứng dụng vào thực tế và phù hợp
với các điều kiện kinh tế, hạ tầng kỹ thuật của Viện, đề tài lựa chọn phương pháp
nghiên cứu thực nghiệm:
Trên cơ sở các tài liệu liên quan đến công nghệ thu thập được, đề tài nghiên
cứu kỹ cơ sở lý thuyết công nghệ và khả năng ứng dụng công nghệ vào thự
c tế, từ
đó đánh giá, phân tích và lựa chọn loại công nghệ có khả năng thực thi và ứng dụng
tại Việt Nam.
Trên cơ sở các tài liệu, kinh nghiệm nghiên cứu, cơ sở lý thuyết, chọn

khoảng dao động của các thông số công nghệ, nghiên cứu, khảo sát trong các
khoảng đó để chọn thông số tối ưu.
Kết quả thực nghiệm và kết quả nghiên cứu được đánh giá qua kế
t quả phân
tích, đo đạc và các thông số thu thập thống kê, phân tích hiệu chỉnh trong quá trình
thí nghiệm công nghệ làm cơ sở cho các thí nghiệm, chế thử kế tiếp.
Bên cạnh mục tiêu khoa học, mục tiêu ứng dụng được thúc đẩy bằng việc
tìm, tiếp cận, chủ động giới thiệu khả năng công nghệ và phối hợp với các đơn vị
tiềm năng về tiêu thụ sản phẩm cùng nghiên cứ
u trên cơ sở trao đổi thông tin, mẫu
mã, tiêu chuẩn kỹ thuật và xây dựng các mối quan hệ kinh tế trong tương lai.
2.2.MẪU NGHIÊN CỨU

Các mẫu nghiên cứu tôi hóa của đề tài có thể chia làm hai loại. Loại kính nổi
(float glass) có chất lượng cao, ổn định, hình dạng đơn giản và khả năng ứng dụng
rộng, nên đã được nhiều nước như Mỹ [21], Anh [22] và Trung Quốc [23]… xây
dựng tiêu chuẩn quốc tế và tiêu chuẩn quốc gia. Các loại thủy tinh có hình dạng
phức tạp khác như chụp đèn, cốc, bát… tồn tại trên thị trường chủ yếu b
ằng uy tín
của thương hiệu hoặc tiêu chuẩn cơ sở [24].
Mặc dù tính khoa học và lãi suất kinh tế dự kiến kém hơn, nhưng các mẫu
phi tiêu chuẩn có nhu cầu vốn đầu tư nghiên cứu sản xuất và tiếp cận thị trường
thấp hơn, phù hợp với điều kiện sẵn có của Trung tâm Thực nghiệm Tam Hiệp, nên

Báo cáo tổng kết đề tài: Gia cường thủy tinh bằng phương pháp hóa học

Viện Khoa học và Công nghệ Mỏ-Luyện kim

23
nó được triển khai tham khảo, hỗ trợ mục tiêu ứng dụng của đề tài. Tuy nhiên dưới

góc độ khoa học các kết quả thí nghiệm của hai loại mẫu trên vẫn có tác dụng bổ
trợ lẫn nhau .
Mẫu kính nổi đã có tiêu chuẩn
Bảng 1. Các mẫu kính nổi
TT
Độ
dày,
mm
Khổ, mm Xuất xứ Mục tiêu nghiên cứu
1 2 80 x 80 Việt Nhật, VFG
- Thí nghiệm cơ sở
- Ứng dụng làm mặt đồng hồ, công tơ
2 3 80 x 80 Việt Nhật, VFG Thí nghiệm cơ sở
3 4 80 x 80 Việt Nhật, VFG Thí nghiệm cơ sở
4 5 80 x 80 Việt Nhật, VFG Thí nghiệm cơ sở
5 5 80 x 80 Chu Lai Thí nghiệm cơ sở
6 5 80 x 80 Ninh Bình Thí nghiệm cơ sở
7 2 40 x 160 Việt Nhật, VFG Đo độ bền uốn
8 4 40 x 160 Việt Nhật, VFG Đo độ bền uốn
9 5 40 x 160 Việt Nhật, VFG Đo độ bền uốn
10 2 300 x 300 Việt Nhật, VFG
Đo thông số kỹ thuật sau khi tôi hóa.
Mẫu chào hàng kính bền cơ, bền nhiệt
11 3 300 x 300 Việt Nhật, VFG
Đo thông số kỹ thuật sau khi tôi hóa
Chào hàng mặt kính lò vi sóng, thiết bị
điện,…
12 4 300 x 300 Việt Nhật, VFG
Đo thông số kỹ thuật sau khi tôi hóa
Chào hàng mặt kính lò vi sóng, thiết bị

điện,…
13 5 300 x 300 Việt Nhật, VFG
Đo thông số kỹ thuật sau khi tôi hóa
Kính chịu nhiệt và bền cơ
14 5 300 x 300 Chu Lai Đo độ đồng đều của khả năng chịu va đập
15 5 300 x 300 Quảng Ninh Đo độ đồng đều của khả năng chịu va đập
16 5 300 x 300
Kính tôi nhiệt
Hải Long
Đo so sánh khả năng chịu va đập với kính
tôi hóa