Về vai trò của gốm sứ thủy tinh công nghiệp trong nền kinh tế quốc dân

Khi nói đến gốm sứ thủy tinh, đầu tiên chúng ta nghĩ đến các sản phẩm bát, đĩa, chén, chai lọ và kính, gương. Tuy nhiên, gốm sứ thủy tinh còn là vật liệu và chi tiết quan trọng trong các ngành công nghiệp đặc biệt là công nghiệp công nghệ cao như: Các chi tiết trong điện thoại di động, các chi tiết động cơ máy bay, bộ xúc tác lọc khí thải ôtô, cáp quang truyền tín hiệu internet, bóng đèn chiếu sáng, răng sứ, các lớp chịu nhiệt và cách nhiệt trong các lò nấu thép. Như vậy, gốm sứ thủy tinh công nghiệp được ứng dụng vào hầu hết các lĩnh vực trong cuộc sống, ở mọi nơi có thể nhìn thấy hoặc không nhìn thấy, gốm sứ thủy tinh đã và đang làm việc miệt mài để phục vụ cuộc sống hàng ngày của chúng ta. 

Theo Hiệp hội gốm sứ Hoa Kỳ, gốm sứ thủy tinh công nghiệp bao gồm 09 lĩnh vực chính: 1. Gốm sứ trong công nghiệp hàng không và vũ trụ; 2. Gốm sứ thủy tinh trong công nghiệp điện và điện tử; 3. Gốm sứ thủy tinh trong công nghiệp y dược; 4. Gốm sứ thủy tinh trong công nghiệp sản xuất ô tô và phương tiện giao thông; 5. Gốm sứ thủy tinh trong công nghiệp năng lượng; 6. Gốm sứ thủy tinh trong công nghiệp viễn thông; 7. Gốm sứ thủy tinh dân dụng; 8. Gốm sứ thủy tinh trong luyện kim, cơ khí và hóa chất; 9. Gốm sứ thủy tinh mỹ nghệ và nghệ thuật . Các ứng dụng chính của 9 phân ngành, lĩnh vực gốm sứ thủy tinh công nghiệp được trình bày sau đây.

Chén nung và thuyền nung nhiệt độ cao1550°C, hệ mullite - corun và corun sản xuất từ oxit nhôm Tân Rai sử dụng trong phòng thí nghiệm, sản xuất gang thép

- Gốm sứ thủy tinh hàng không và vũ trụ: Gốm sứ thủy tinh ứng dụng trong công nghiệp hàng không và vũ trục chủ yếu trong: Máy bay, tàu vũ trụ và các vật thể bay tốc độ cao. Đối với máy bay, gốm sứ sử dụng trong chế tạo động cơ, các chi tiết chịu nhiệt của động cơ, hệ thống khí thải và phanh, cánh gió. Đối với tàu vũ trụ, gốm sứ ứng dụng trong các bộ phận cách nhiệt, chịu mài mòn cao. Đối với các vật thể bay tốc độ cao như tên lửa đạn đạo, gốm sứ ứng dụng trong lớp phủ chịu nhiệt, phần đầu tên lửa.

- Gốm sứ thủy tinh điện và điện tử: Gốm sứ thủy tinh ứng dụng trong công nghiệp điện và điện tử bao gồm: Gốm sứ thủy tinh cách điện và gốm sứ thủy tinh cách bán dẫn và điện. Gốm sứ thủy tinh cách điện gồm các loại sứ đỡ, sứ treo đường dây dẫn điện (insulator); Gốm sứ thủy tinh bán dẫn và dẫn điện gồm các sản phẩm: Mạch điện tử (electronic circuits), tụ điện (capacitor), điện trở (resistor), cuộn cảm (inductors), các linh kiện bảo vệ mạch, linh kiện sứ áp điện (piezoelectric devices), màn hình điện tử di động, cố định và các sản phẩm gốm sứ khác.

- Gốm sứ thủy tinh y dược: Gốm sứ thủy tinh ứng dụng trong y dược bao gồm lĩnh vực chữa bệnh và thiết bị tế. Đối với lĩnh vực chữa bệnh sử dụng các loại răng sứ, van tim, các chi tiết xương sứ nhân tạo, các loại thuốc nhả chậm. Đối với lĩnh vực thiết bị y tế sử dụng các cảm biến đo huyết áp bằng sứ áp điện, chai/lọ thuốc, các thiết bị phòng lab.

- Gốm sứ thủy tinh ôtô và phương tiện giao thông: Gốm sứ thủy tinh ứng dụng trong công nghiệp sản xuất ô tô và phương tiện giao thông bao gồm chế tạo động cơ, hệ thống truyền động, hệ thống khung gầm và hệ thống điện tử. Động cơ và các linh kiện động cơ sử dụng con lăn trục CAM bằng sứ, hệ thống phun nhiên liệu, bộ xử lý khí thải, các lớp phủ gốm chịu nhiệt độ cao. Hệ thống truyền động sử dụng bộ ly hợp, van, bi, trụ đỡ, gioăng đệm sứ. Khung gầm ô tô sử dụng má phanh gốm, van nâng hạ, cửa chống đạn, các linh kiện sứ áp điện, gương, kính. Hệ thống điện và điện tử sử dụng bugi, hệ thống điện tử điều khiển, các cảm biến gốm sứ. 

- Gốm sứ thủy tinh năng lượng: Gốm sứ thủy tinh ứng dụng trong công nghiệp năng lượng theo các lĩnh vực chuyển hóa năng lượng, lưu trữ năng lượng. Đối với lĩnh vực chuyển hóa năng lượng sử dụng các loại điện cực pin nhiên liệu rắn, các lớp phủ pin mặt trời, lớp phủ gốm máy phát điện, tuabin khí. Đối với lĩnh vực lưu trữ năng lượng sử dụng tụ điện gốm, các cấu trúc honeycomb lưu trữ nhiệt. Đối với lĩnh vực phân phối và tiết kiệm năng lượng sử dụng sứ cách điện, dây siêu dẫn, các loại sản phẩm cách nhiệt.

- Gốm sứ thủy tinh viễn thông: Gốm sứ thủy tinh trong công nghiệp viễn thông sử dụng các linh kiện điện tử như mạch, các thiết bị thụ động (resistor), vật liệu vỏ, khung các linh kiện điện tử viễn thông, các chi tiết sứ áp điện, cáp sợi quang, ống kính các thiết bị quan sát, màn hình điện tử các loại. 

- Gốm sứ thủy tinh dân dụng: Gốm sứ thủy tinh sử dụng trong dân dụng bao gồm các dụng cụ trong nhà và ngoài trời. Các thiết bị, dụng cụ trong nhà bao gồm bát, đĩa, chén, nồi, đồ vệ sinh, đèn, các đồ trang trí nội thất bằng gốm sứ thủy tinh. Các thiết bị ngoài trời gồm gạch ngói, trang trí sân vườn, cửa kính. 

- Gốm sứ thủy tinh luyện kim, cơ khí và hóa chất và các ngành công nghiệp khác: Sử dụng các loại sản phẩm cách nhiệt (refractory products), xúc tác và chất mang xúc tác, đường ống công nghệ, các thiết bị tách lọc, các công cụ cắt gọt mài, các loại trụ đỡ, van, vòi phun chịu nhiệt, chịu hóa chất, chịu mài mòn, các dụng cụ bảo vệ các cảm biến nhiệt độ.

 Cyclon thủy lực sứ chịu mài mòn cao sử dụng trong công nghiệp chế biến khoáng sản, giấy, dầu khí, hóa chất, dược phẩm

- Gốm sứ thủy tinh mỹ nghệ và nghệ thuật:  Phù điêu, tranh, tượng và các loại sản phẩm gốm sứ trang trí khác.  

Như vậy, gốm sứ thủy tinh công nghiệp đóng vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân đặc biệt là trong các nền kinh tế phát triển. 

Về xu hướng phát triển của gốm sứ thủy tinh công nghiệp

Dư địa phát triển trong ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp Việt Nam rất cao đặc biệt là đối với gốm sứ kỹ thuật. Trong ngành gốm sứ công nghiệp thế giới và các nước phát triển, lĩnh vực gốm sứ kỹ thuật luôn chiếm một tỷ trọng đáng kể (khoảng 80%), gốm sứ dân dụng chỉ chiếm khoảng 20%. Trong khi đó, ở nước ta lĩnh vực gốm sứ kỹ thuật chiếm một tỷ lệ rất nhỏ (chỉ có một vài nhà máy sản xuất sứ cách điện, gốm chịu nhiệt, gốm công cụ cắt gọt), gốm sứ dân dụng là chiếm tỷ trọng lớn. 

Xu hướng tăng trưởng ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp trên thế giới luôn ở mức cao. Đặc biệt là nguyên liệu gốm sứ cung cấp cho lĩnh vực điện tử, cáp quang và nhà mát sản xuất điện mặt trời luôn bị thiếu hụt. Hiện nay gốm sứ kỹ thuật được sử dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp do các tính chất quý như chịu nhiệt độ cao, độ bền mài mòn, cách nhiệt tốt hay các tính chất riêng biệt như có tính áp điện, bán dẫn, cách điện và có thể tái sinh. Các lĩnh vực gốm sứ thủy tinh kỹ thuật  có xu hướng phát triển mạnh bao gồm: 1) Gốm sứ hóa học và y sinh bao gồm các hệ: gốm sứ xúc tác (Al2O3, TiO2, mullite, zeolite); gốm sứ chống ăn mòn (Al2O3, SiC, Si3N4, BN) và gốm sứ y sinh (Al2O3, ZrO2, hydroxy apatite); 2) Gốm sứ quang học: bao gồm cáp quang (SiO2); gốm khúc xạ (Al2O3, ZrO2, TiO2); gốm phân cực (PLZT, ZrTiO3); bộ dao động laser (Al2O3, Y3Al5O12); 3) Gốm sứ chịu nhiệt, cách nhiệt, dẫn nhiệt: Gốm cách nhiệt (ZrO2, K2O-TiO2-Al2O3-SiO2); gốm dẫn nhiệt (SiC+BeO), BeO, AlN); gốm hệ số dãn nở nhiệt thấp (Litisilicate, Al2TiO5, Cordierite); gốm bền sốc nhiệt, chịu nhiệt (Al2O3, SiC, Si3N4); 4) Gốm sứ cách điện, dẫn điện và từ tính: Gốm sứ cách điện (TiO2, BaTiO3, SrTiO3); Gốm sứ từ tính: (Ferrit, Fe2O3, CrO2); Gốm siêu dẫn (La-Ba-Cu-O); 5) Gốm sứ điện tử: Gốm bán dẫn (SiC, GaN, GaAs); điện trở gia nhiệt (ZrO2, SiC, BaTiO3); Gốm dẫn điện ion (β-Al2O3, ZrO2); gốm phát xạ nhiệt điện tử (LaB, BaO); 6) Gốm sứ cơ học: Gốm dùng để cắt, phay, tiện (Al2O3, TiC, TiN, kim cương); gốm dùng để mài bóng (Al2O3, SiC, CeO2); Gốm sứ độ cứng cao (Al2O3, SiC, TiC); gốm sứ chịu mài mòn (Al2O3, SiC, Si3N4); gốm bôi trơn (C, MoS); Gốm sứ độ bền cơ cao (ZrO2); 7) Gốm sứ hạt nhân: gốm hấp thụ nơtron (B4C); gốm ứng dụng cho các lò phản ứng tổng hợp hạt nhân (UO2, UC); gốm làm chậm nơtron (BeO, C).

Bột talc chất lượng cao sử dụng trong công nghiệp sản xuất gốm sứ, phân bón, cao su, nhựa, dược phẩm

Hiện trạng phát triển của ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp của Việt Nam đang tập trung ở các lĩnh vực sản phẩm chiếu sáng, gốm sứ dân dụng, gốm sứ mỹ nghệ, thủy tinh bao bì và một tỷ lệ rất nhỏ là gốm sứ cách điện, điện tử và quang học. Nhiều lĩnh vực gốm sứ thủy tinh khác như: cách nhiệt, chịu nhiệt, chịu hóa chất, chịu mài mòn, điện tử chưa phát triển. Điều đó cho thấy trong bối cảnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa của Việt nam đặc biệt là trong bối cảnh thực hiện các chủ trương chính sách của Đảng và Nhà nước cần đầu tư phát triển mạnh các lĩnh vực của phân ngành gốm sứ thủy tinh kỹ thuật.

Về định hướng phát triển Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp

Hiện trạng hoạt động khoa học và công nghệ của Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp 

Về năng lực nghiên cứu khoa học: Cơ sở vật chất, trang thiết bị nghiên cứu khoa học, nhân lực khoa học và công nghệ nhìn chung phù hợp với hoạt động nghiên cứu và phát triển lĩnh gốm sứ thủy tinh dân dụng và mỹ nghệ và đáp ứng được một phần nhu cầu nghiên cứu, phân tích nguyên vật liệu sản phẩm ngành gốm sứ thủy tinh kỹ thuật. 

Về nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ: Các hướng nghiên cứu đã và đang chuyển dịch sang các lĩnh vực gốm sứ kỹ thuật (đặc biệt là các hệ sứ cách điện, gốm sứ bền cơ, bền sốc nhiệt, gốm cách nhiệt) và chế biến sâu nguyên vật liệu phục vụ ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp (như cao lanh, quartz, đất sét, bentonite, talc). 

Về dịch vụ khoa học và công nghệ: Phòng thử nghiệm về gốm sứ thủy tinh của Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp phù hợp với ISO/IEC 17025:2017 (VILAS), có năng lực cơ bản ở Việt Nam trong lĩnh vực gốm sứ thủy tinh công nghiệp, dịch vụ phân tích và thử nghiệm chưa đồng bộ, thiếu các thiết bị nghiên cứu các hệ vật liệu gốm sứ kỹ thuật tiên tiến cho các sản phẩm gốm sứ cách điện cách nhiệt, chịu mài mòn, chịu hóa chất. 

Về chuyển giao công nghệ và giới thiệu sản phẩm: Hoạt động sản xuất thử nghiệm và giới thiệu sản phẩm của Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp chuyển biến theo hướng hoàn thiện đến sản phẩm cuối cùng, tuy nhiên thiếu nhân lực và không gian giới thiệu sản phẩm. 

Như vậy  trong giai đoạn trước đây, Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã hoành thành vai trò của đơn vị nghiên cứu đáp ứng các yêu cầu phát triển của ngành tập trung vào lĩnh vực gốm sứ dân dụng và mỹ nghệ. Tuy nhiên, trong bối cảnh mới với nhu cầu về gốm sứ kỹ thuật (điện, điện tử, y sinh, công nghệ cao), Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh cần có định hướng phát triển phù hợp với yêu cầu phát triển mới của đất nước. 

Định hướng phát triển Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp

Từ các phân tích tóm tắt trên, định hướng phát triển Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp trong giai đoạn 2022-2030 như sau: “Phát triển đồng bộ ba lĩnh vực hoạt động khoa học và công nghệ: Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ, Dịch vụ khoa học; Chuyển giao công nghệ và giới thiệu sản phẩm ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp theo hướng chú trọng vào phát triển lĩnh vực gốm sứ kỹ thuật. Trong đó lấy nghiên cứu khoa học và công nghệ làm trọng tâm thúc đẩy dịch vụ khoa học công nghệ, chuyển giao công nghệ và giới thiệu sản phẩm góp phần thúc đẩy phát triển ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp và các ngành công nghiệp phụ trợ và liên quan theo hướng hiện đại, đồng bộ từ chế biến nguyên liệu đến sản xuất sản phẩm”. Cụ thể như sau:

1. Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ chế biến và nâng cao chất lượng nguyên vật liệu cho ngành sản xuất gốm sứ thủy tinh công nghiệp. Trong giai đoạn từ năm 2022 đến năm 2030, tập trung nghiên cứu và phát triển chế biến thạch anh, quartzite làm nguyên liệu sản xuất gốm sứ, tiếp cận và làm chủ công nghệ sản xuất nguyên liệu gốm sứ, thủy tinh để sản xuất pin mặt trời, cáp sợi quang và chất bán dẫn khác.

2. Nghiên cứu chế tạo thiết bị kiểm tra, sản xuất của ngành gốm sứ thủy tinh. Trong giai đoạn từ năm 2022 đến năm 2030, tập trung nghiên cứu và phát triển công nghệ chế tạo một số thiết bị như: lò nung gốm sứ điều khiển tự động, môi trường khí trơ, các thiết bị cho chế biến cao lanh, thạch anh chất lượng cao và một số hệ thống thiết bị khác.

3. Nghiên cứu khoa học và phát triển các công nghệ sản xuất gốm sứ và thủy tinh kỹ thuật. Trong giai đoạn từ năm 2022 đến năm 2030, tập trung nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất một số loại gốm sứ cách điện, chịu nhiệt, chịu hóa chất, chịu mài mòn và một số sản phẩm gốm bán dẫn, điện tử dựa trên các vật liệu gốm sứ tiên tiến (SiC, Si3N4 và các loại vật liệu gốm tiên tiến khác).

Như vậy, trong giai đoạn đến năm 2030, định hướng phát triển Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp theo hướng từng bước chuyển dịch các nghiên cứu sang các công nghệ dẫn dắt đáp ứng yêu cầu phát triển ngành gốm sứ thủy tinh công nghiệp trong giai đoạn mới.

TS. Chu Văn Giáp

Viện trưởng Viện nghiên cứu Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp