جهت بررسی فازها و اشکال سیلیس (Silica Phases & Forms) یا پلی مورف های سیلیکا (Silica polymorphs) باید ابتدا به بررسی ساختمان آن پرداخت. چهار وجهی های SiO₂ می توانند از طریق چهار راس خود به یکدیگر متصل شده و به این ترتیب بار منفی یکدیگر را به طور کامل خنثی کنند. بدیهی است که در این صورت هر اتم اکسیژن به دو چهار وجهی مجاور تعلق داشته و در نتیجه هر چهار وجهی دارای یک اتم سیلیسم و چهار نیمه اتم اکسیژن خواهد بود. به همین دلیل فرمول سیلیس به صورت SiO₂ نمایش داده می شود. سیلیس آزاد بلورین به چند شکل یا پلی مورف در طبیعت یافت می شود که مهم ترین آن ها عبارتند از: کوارتز (Quartz) تریدیمیت (Tridymite) و کریستوبالیت (Cristobalite). هنگامی که دو چهار وجهی سیلیس به وسیله اتم مشترک راس خود به یکدیگر متصل می شوند، قاعده مثلثی شکل چهار وجهی پایینی و قاعده مثلثی شکل چهاروجهی بالایی نسبت به هم می توانند سه وضعیت مختلف داشته باشند.

در تریدیمیت این دو قاعده کاملا بر یکدیگر منطبق هستند در حالی که انطباق قاعده ها در کوارتز و کریستوبالیت دیده نمی شود. در کریستوبالیت یکی از قاعده ها نسبت به قاعده دیگر 60 درجه گردش نموده است. به طور کلی در تریدیمیت و کریستوبالیت اتصال چهار وجهی های مجاور به شکل مستقیم بوده و این اتصال ها حلقه هایی را متشکل از شش اتم سیلیسیم (به همراه اکسیژن های مربوطه) به وجود می آورند. در کوارتز اتصال چهار وجهی های مجاور مستقیم نبوده و به شکل مارپیچ است. به همین دلیل کوارتز دارای بیشترین تراکم در بین فاز های سیلیس است.وزن مخصوص کوارتز 3.65، تریدیمیت 2.28 و کریستوبالیت 2.32 است. شیشه سیلیسی و یا شیشه کوارتز فاز دیگر سیلیس آزاد است. به طور کلی سیلیس آزاد دارای فاز های کوارتز، تریدیمیت، کریستوبالیت و شیشه سیلیسی است.

هر یک از فاز ها یا شکل های اصلی سیلیس خود دارای اشکال فرعی دیگری (Forms) هستند. اشکال فرعی هر فاز بر حسب درجه حرارت خود معمولا به ترتیب با حروف α و β مشخص می شوند. فاز کوارتز دارای دو شکل فرعی α و β، فاز تریدیمیت دارای سه شکل β ،α و β₂ فاز کریستوبالیت دارای دو شکل فرعی α و β هستند. تفاوت بین اشکال مختلف فاز های سیلیس در زاویه پیوند سیلیسِم و اکسیژن است. به طور کلی در سیلیس، اشکال متعلق به درجه حرارت های پایین تر نظم کمتری دارند.

کوارتز، تریدیمیت، کریستوبالیت و سیلیس مایع چهار فاز پایدار سیلیس در شرایط تعادل هستند. کوارتز فاز پایدار در شرایط معمولی محیط است. فاز کوارتز تا درجه حرارت 870 درجه سانتی گراد هم چنان به صورت پایدار باقی مانده و سپس طبق منحنی تعادلی به تریدیمیت تبدیل می شود. تریدیمیت نیز به صورت پایدار بین درجه حرارت های 870 تا 1470 درجه سانتی گراد وجود داشته و پس از آن کریستوبالیت در درجه حرارت 1470 به وجود می آید و در نهایت کریستوبالیت در 1713 درجه سانتی گراد ذوب شده و فاز سیلیس مایع ایجاد می شود.

تبدیلات مذکور در عمل و به خصوص در مقیاس تولید صنعتی به همان سادگی که دیاگرام فازی نشان می دهد به وقوع نمی پیوندد. تبدیل فاز های سیلیس در عمل بسیار به کندی صورت پذیرفته و اغلب مدت زمان بسیار زیادی را لازم دارند تا به تعادل برسند. زیرا این عمل مستلزم شکسته شدن پیوند چهار وجهی ها و اتصال مجدد آن ها به شکل جدید است. به عنوان مثال تبدیل کوارتز به تریدیمیت آنقدر آرام و کند است که عملا بدون استفاده از کاتالیزور ها امکان پذیر نیست.برای ایجاد فاز تریدیمیت، ابتدا باید کوارتز تا درجه حرارت تشکیل کریستوبالیت یعنی بالاتر از 1470 و پایین تر از 1713 درجه سانتی گراد سرد شود تا فاز تریدیمیت ایجاد شود. به همین دلیل در فرآورده های سرامیک فاز تریدیمیت کمیاب بوده و معمولا به اندازه فاز های کوارتز، کریستوبالیت و سیلیس مذاب مورد توجه نیست. در بین محصولات سرامیک فاز تریدیمیت در بعضی از آجر های نسوز به طور عمده وجود دارد.در هنگام سرد شدن، تبدیل فازها باز هم مشکل تر شده و به طور عملی در مقیاس صنعتی تقریبا امکان ناپذیر است. در این شرایط عملا فاز های سیلیس مطابق منحنی تعادلی رفتار نکرده و در حالت غیر تعادلی فاز های نیمه پایدار یا metastable ظاهر می شوند.

به عنوان مثال فاز های کریستوبالیت و یا تریدیمیت تحت فشار سرد شوند، مانند نمودار تعادلی سیلیس عمل نموده و فاز تریدیمیت به کوارتز و فاز کریستوبالیت ابتدا به تریدیمیت و سپس به کوارتز تبدیل می شوند. به همین دلیل نیز در طبیعت سیلیس معمولا به شکل کواتز یافت شده و به ندرت فاز های تریدیمیت و کریستوبالیت را می توان به طور طبیعی یافت، چرا که این فاز ها در طبیعت تحت فشار سرد می شوند.

نباید تصور کرد که فاز های نیمه پایدار سیلیس فقط در هنگام سرد شدن به وجود می آیند. در هنگام گرم شدن، چنانچه زمان لازم برای تبدیلات به آن ها داده نشود باز هم فاز های نیمه پایدار ایجاد می شوند. به عنوان مثال هنگامی که کوارتز سریعا گرم شود این فاز در درجه حرارتی بسیار کم تر از آن چیزی که منحنی تعادلی نشان می دهد یعنی در حرارتی حدود 1460 ذوب می شود.

باید در هنگام بررسی تحولات فازی سیلیس به نکات زیر توجه کرد:

1- دانه بندی و اندازه ذرات سیلیس در زمان مورد نیاز جهت انجام تبدیلات بسیار موثر است. به عنوان مثال تبدیلات در یک نمونه کوارتز ریز دانه سریعتر از نمونه کوارتز درشت دانه رخ می دهد.

2- وجود کاتالیزور های مناسب باعث تسریع در تبدیلات فاز ها می شوند. در تبدیل فاز کوارتز به کریستوبالیت، اکسید کلسیم و منیزیم، و در تبدیل فاز کوارتز به تریدیمیت علاوه بر اکسید های مذکور، اکسیدهای سدیم، پتاسیم، آهن و آلومینا کاتالیزور های مناسبی هستند.

3- تبدیل فاز ها به صورت تدریجی رخ می دهد. هنگامی که تبدیل شروع می شود مقدار کمی کریستوبالیت باعث تهییج و تحریک بیشتر شده و مقدار بیشتری کوارتز به کریستوبالیت تبدیل می شود. کریستوبالیت حاصل مجددا به صورت محرک عمل کرده و سرعت و شدت تبدیل را باز هم افزایش می دهد تا این که کوارتز کاملا به کریستوبالیت تبدیل شود. بنابراین کریستوبالیت در این تبدیلات خود به صورت کاتالیزور عمل می کند به همین دلیل در عمل برای تبدیل کوارتز به کریستوبالیت مقداری کریستوبالیت به صورت مصنوعی در ابتدا به کوارتز اضافه می شود.

4- زمان عامل بسیار مهمی در تبدیل فاز ها است، بنابراین عملا می توان از طریق عدم ایجاد زمان کافی، از تبدیلات فازی جلوگیری کرد.

کلمه انگلیسی Inversion متضاد کلمه Conversion بوده و به معنی تبدیلات برگشت پذیر و سریع است. بنابراین مشخص است که تبدیلات اشکال برعکس تبدیلات فاز های سیلیس، تبدیلاتی برگشت پذیر  و سریع بوده و به همین دلیل نیز در صنعت سرامیک بسیار مورد توجه است. چرا که به طور کلی هر تبدیلی معمولا به معنی تغییر حجم است و چنانچه تبدیلی به طور سریع صورت گیرد، تغییر حجم نیز بسیار سریع خواهد بود. تغییرات اشکال مختلف سیلیس در حقیقت تغییر در زوایای بین پیوند های سیلیسیم و اکسیژن بوده و به همین دلیل نیز به نسبت تغییرات فاز های سیلیس، تغیراتی محدود تر و جزئی تر است. فاز کوارتز دارای دو شکل α و β است. وزن مخصوص کوارتز α برابر با 2.65 و وزن مخصوص کواتز β برابر با 2.6 است. به طور کلی در کوارتز تبدیل اشکال α و β به یکدیگر در درجه حرارت هایی بین 550 تا 575 درجه سانتی گراد به وقوع می پیوندد. ولی معمولا برای این تبدیل به طور مشخص درجه حرارت 573 درجه سانتی گراد قید می شود. اگر چه معمولا این تغییر، تغییر ناگهانی در نظر گرفته می شود ولی در حقیقت تغییر شکل α به β در کوارتز از حدود 550 درجه سانتی گراد آغاز شده و سپس سرعت آن افزایش می یابد تا اینکه در 573 درجه سانتی گراد به طور تقریبا ناگهانی به نهایت شدت خود می رسد. شکل روبرو منحنی انبساط تبدیل دو طرفه و قابل برگشت اشکال کوارتز را نشان می دهد. هم چنان که این منحنی نشان می دهد می توان نتیجه گیری نمود که به طور خلاصه تبدیل متقابل شکل α و β در کوارتز به طور نسبی ناگهانی نبوده بلکه تقریبا به مرور شدت آن افزایش می یابد ولی این تبدیل در درجه حرارت مشخصی یعنی در 573 درجه سانتی گراد انجام می شود.

با این توضیحات بدیهی است که فاز سیلیس بی شکل یا آمورف در معرض تبدیل اشکال قرار نمی گیرد، زیرا به طور کلی تبدیلات اشکال سیلیس، خاص فاز های بلورین است و در هر حال بر عکس تغییرات فازهای سیلیس غیر قابل اجتناب بوده و نمی توان از بروز آن ها جلوگیری به عمل آورد. بنابراین در لعاب ها که اساسا دارای ساختمان آمورف هستند، پس از ذوب و هنگام سرد شدن هیچ نوع تبدیل شکلی انجام نمی شود. در شکل زیر تغییرات حجمی شیشه سیلیسی در مقایسه با تغییرات کوارتز و کریستوبالیت نشان داده شده است.