Một loại vật liệu có các tính chất ưu việt của cả gốm và thủy tinh, không chỉ sử dụng làm đồ gia dụng, chén đĩa, mà còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực từ công nghiệp ô tô, hàng không vũ trụ, sinh học, y tế, năng lượng, điện tử tới an ninh quốc phòng…
Gốm thủy tinh là loại vật liệu có thành phần hóa học gần như thủy tinh nhưng về mặt cấu trúc thì khác với thủy tinh và giống gốm. Nếu như thủy tinh có cấu trúc vô định hình thì gốm thủy tinh có cấu trúc kết hợp giữa tinh thể và vô định hình. Cấu trúc vi mô gốm thủy tinh gồm các tinh thể nhỏ mịn, phát triển đồng đều trong toàn khối, hầu như không có lỗ xốp.
Kết hợp ưu điểm của gốm và thủy tinh
Nhờ kiểm soát được thành phần và sự kết tinh (qua quá trình phản ứng thủy tinh hóa - devitrification) người ta có thể tạo nên các pha tinh thể khác nhau với tỷ lệ, kích thước, hình dạng và sự phân bố khác nhau, nhờ đó gốm thủy tinh có tính chất đa dạng phù hợp với nhiều yêu cầu khác nhau.
Gốm thủy tinh có độ bền cao đối với các lực va đập và lực biến dạng, nếu ống thủy tinh thường có độ bền gãy là 210 - 700 kg/cm2 thì gốm thủy tinh với hình dạng và kích thước tương đương có độ bền gãy là 2.800 - 4.200 kg/cm2. Gốm thủy tinh có độ bền mài mòn, tính bền nhiệt cao hơn nhiều so với thủy tinh thường. Ví dụ như nhiều ôxit thủy tinh sẽ nóng chảy ở 600 - 700oC, còn vật liệu gốm thủy tinh có thành phần như vậy thì ở 1.000 - 2.000oC vẫn giữ được độ bền cơ và độ rắn. Gốm thủy tinh còn cách nhiệt rất tốt.
Ngoài ra, có thể chế tạo gốm thủy tinh có các tính chất khác biệt để có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ như do có hệ số giãn nở nhiệt rất nhỏ nên gốm thủy tinh thích hợp cho các ứng dụng chống sốc nhiệt; do có sức bền, chịu mài mòn, hệ số giãn nở nhiệt thấp nên dễ tạo hình bằng gia công cơ khí; do có tính chất điện từ đặc biệt hay có tính sinh học nên dễ cấy ghép vào tế bào xương, cơ của cơ thể sống; hoặc có những đặc điểm về mặt thẩm mỹ như có thể chế tạo trong suốt hoặc không trong suốt nên dùng làm đồ gia dụng vừa bền và đẹp.
Sự sắp xếp trong cấu trúc của một phân tử gốm thủy tinh
Chế tạo gốm thủy tinh có khó không?
Gốm thủy tinh thường được tạo ra bằng cách thoạt đầu theo công nghệ thủy tinh (nấu chảy, tạo hình, cấu trúc vô định hình), sau đó được xử lý nhiệt theo chế độ nhiệt luyện xác định để thực hiện quá trình tạo mầm và kết tinh, tạo nên các vi tinh thể. Để tạo mầm phải chọn thủy tinh gốc phù hợp và cho thêm các chất xúc tác tạo mầm như Pt, TiO2, ZrO2, SnO2... Thông thường thì gốm thủy tinh không phải là tinh thể hoàn toàn. vi cấu trúc gồm 50% đến 95% tinh thể, phần còn lại là thủy tinh. Một hoặc nhiều pha tinh thể có thể được hình thành trong quá trình xử lý nhiệt.
| Hiện nay có thể chế tạo gốm thủy tinh bằng phương pháp cải tiến để nhiệt độ tạo mầm và phát triển mầm gần nhau nhằm tiết kiệm năng lượng hơn phương pháp truyền thống. Ngoài ra, cũng có thể chế tạo gốm thủy tinh bằng phương pháp bột tương tự như cách thông thường để sản xuất gốm sứ. Trước tiên tạo hình gốm thủy tinh bằng cách ép nguội bột sau đó nhiệt luyện ở nhiệt độ cao để hình thành khối chắc đặc. Phương pháp này ít được sử dụng vì có những yêu cầu về | 
Tạo ra gốm thủy tinh trong PTN tại đại học Jena, Đức |
kích thước và hình dạng của các chi tiết sản xuất, cũng như chi phí sản xuất cao.
Đa năng, đa dụng
Ứng dụng trong y tế làm vật liệu thay cho răng và xương: còn được gọi là gốm thủy tinh y sinh. Đây là loại vật liệu có tính chất sinh học cao so với vật liệu y sinh truyền thống (titan, hợp kim đặc biệt, vật liệu các bon, silicon...). Gốm thủy tinh y sinh có khả năng liên kết sinh hóa với tế bào sống, giúp cho các tế bào sau khi bị thương tổn tiếp tục tái sinh và liên kết trực tiếp với bề mặt của vật cấy.
Trong gia dụng: do chi phí sản xuất thấp và kỹ thuật đơn giản, gốm thủy tinh được sử dụng để sản xuất đồ gia dụng chất lượng cao. Nhờ có khả năng chịu sốc nhiệt cao nên gốm thủy tinh được sử dụng làm nồi nấu. Nồi gốm thủy tinh có thể nấu trực tiếp trên bếp khi vừa ra khỏi tủ lạnh hay có thể nấu trong lò vi sóng mà không bị rạn nứt. Gốm thủy tinh còn được sử dụng để làm mặt bếp từ, bếp điện. Dùng gốm thủy tinh không chỉ tăng tính thẩm mỹ cho bếp mà còn chống trầy xước, chống sốc nhiệt, giúp bếp được bền dài lâu.
Nồi gốm thủy tinh có khả năng chịu sốc nhiệt cao | 
Mặt bếp làm bằng gốm thủy tinh |
Trong xây dựng: nhờ đặc tính chống chịu nhiệt độ cao nên gốm thủy tinh được sử dụng làm cửa chống cháy trong một số công trình xây dựng. Một sản phẩm khác phổ biến trong ngành xây dựng của gốm thủy tinh là neopariés, tương tự như đá cẩm thạch nhưng bền hơn.
Trong vũ trụ: gốm thủy tinh bền khi giảm nhiệt độ một cách đột ngột và độ chống mài mòn cao hơn nhiều lần so với kim loại nên gốm thủy tinh được sử dụng để làm các bộ phận chịu lực hoặc để phủ lên kim loại hay làm các khớp nối kín của kim loại và gốm. Do có độ bền nhiệt cao, đặc biệt là đối với các xung nhiệt nên gốm thủy tinh còn được sử dụng để làm lớp vỏ bảo vệ đầu mũi tên lửa. Gốm thủy tinh đã được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ trong cuối những năm 1950 để bảo vệ thiết bị radar khỏi sự phá hủy của máy bay và tên lửa; đến nay, Nasa đã phủ gốm thủy tinh lên các con tàu vũ trụ của mình.
Nghiên cứu gốm thủy tinh
Gốm thủy tinh được tình cờ phát hiện vào năm 1953 bởi Stanley Donald Stookey. Khi đó ông đang nghiên cứu tại công ty Corning Glass Works về sản phẩm pin lithium. Ông tạo ra thủy tinh có chứa các phân tử kết tinh bạc. Sau đó, vô tình đưa sản phẩm này tiếp xúc với ngọn lửa 600°C, thay vì thủy tinh bị chảy ra, Stanley lại thấy miếng thủy tinh vẫn không thay đổi về hình dạng. Khi làm rơi, miếng thủy tinh không bị vỡ. Stanley rất ngạc nhiên bởi độ bền của vật liệu mới tìm thấy và sau đó ông đã giới thiệu ra thị trường loại gốm thủy tinh đầu tiên mang tên fotoceram. Sau đó, gốm thủy tinh được rất nhiều nhà sản xuất khác nhau trên thế giới nghiên cứu chế tạo như hãng Corning Ware – sản xuất nồi và chén đĩa gốm thủy tinh, hãng Schott’s Ceran – sản xuất mặt bếp các loại, hãng Nippon Electric Glass – sản xuất gốm thủy tinh dùng trong y tế và xây dựng…
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.
Tỷ lệ đăng ký sáng chế về gốm thủy tinh tại các quốc gia trên thế giới.
Nguồn: Wispglobal
Số lượng các SC về gốm thủy tinh từ năm 1993 – 2012.
Nguồn: Wispglobal
5 công ty có số lượng SC về gốm thủy tinh cao nhất.
Nguồn: Wispglobal
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 CAD- CAM hiện đại, nên có ưu thế vượt trội hơn các vật liệu từ sứ tràng thạch đang phổ biến hiện nay.