Vidrios y materiales vítreos Defnición Líquido sub-enfríado de elevada viscosidad
(¿ 1015 cp ) cuya temperatura de
fusión es aproximadamente 1200ºC !s un material amorfo dada la movilidad de sus componentes !s una u na me"cla de óxidos met#licos obtenidos a partir de la fusión y descomposición de sales minerales y otros compuestos
Propiedades 1 2 ' ) *
$ure ure"a% &rans ranspa pare renc ncia ia%% (esiste esistenci ncia a químic química% a% (esiste (esistencia ncia a la compre compresión sión y a la tracci tracción% ón% Coe+ci Coe+cient ente e ba,o ba,o de dilata dilatació ción% n% (efracc (efracción ión y dispersión dispersión de la la lu" lu"
La característica de los materiales vítreos de presentar una estructura molecular desordenada se denomina anisotropía (esponden (esponden al comportamiento del estado vítreo que se caracteri"a por transmisión de lu" similar a los líquidos .excelente índice de refracción/ mala conducción de calor y electricidad duros pero fr#iles
Materias primas Sílice !l vidrio est# constituido principalmente por sílice .dióxido de silicio/ un sólido #cido que combinado con óxidos b#sicos forma silicatos La sílice se presenta en la naturale"a en diversas variedades mineralóicas como el cuar"o .polvo blanquecino una de las variantes m#s puras/ !l vidrio elaborado a partir de cuar"o puro tiene randes aplicaciones ya que su coe+ciente de dilatación t3rmica es la sexta parte de aquel correspondiente al vidrio 4yrex La sílice es tambi3n encontrada en piedras semi preciosas como cristal de roca amatista topacio aua marina aunque su variedad m#s abundante es la arena .que toma el color amarronado del óxido f3rrico/
Cuarzo !s una de las formas m#s puras de sílice 5u color es blanco 4ara 4ara vidrios incoloros el contenido de óxido f3rrico f3rrico no debe superar el 00)*6 mientras que para óptica no debe superar el 001*6
Feldespato !s un producto mineral cuya fórmula responde a
6 Si O 2 . R2 O . A l 2 O 3
donde la
( representa al sodio .7a/ o potasio .8/ 5e lo utili"a por su aporte de óxido de aluminio
Bórax $e orien mineral 5e emplea el tetraborato de sodio deca9idratado penta9idratado y an9idro 5u areado es imprescindible cuando se requiere elevada resistencia química y ba,o coe+ciente de dilatación
Ácido bórico :orato de tri-9idróeno se obtiene a partir del bórax 5e emplea en vidrios especiales
Carbonato de sodio &ambi3n conocido como soda 5olvay se obtiene de un proceso de síntesis química y su fórmula responde a la del carbonato de di-sodio (esulta un excelente fundente que permite la transformación de los óxidos aportados por el óxido de di-sodio $espu3s de la arena es el compuesto m#s utili"ado en el vidrio reular .vidrio soda-cal/ &ambi3n se utili"a una variedad mineral conocida como trona que responde a la fórmula del bicarbonato de sodio
( NaHC O3 ) 0
Carbonato de calcio !s uno de los productos m#s utili"ados en la formulación de vidrios 5u aporte corresponde al óxido de calcio 5e presenta en formas diversas tales como piedra calc#rea piedra cali"a .yacimientos de capara"ones de moluscos/ creta .de aspecto amorfo y terroso utili"ada como pasta para pulir/ araonita .perlas coral estalactitas y estalamitas/
Reciclado de materiales !s factible de ser reciclado !n el caso de envases se los lava y rellena La recuperación del material se reali"a mediante clasi+cación .por color/ molienda e incorporación a los 9ornos
Fabricación del vidrio Sistema continuo 4ara altos niveles de producción ;tili"a 9ornos tipo tanque Los períodos de traba,o son de meses o a
el3ctricos La combustión se reali"a en sistemas de dos vías los cuales van alternando la salida y entrada de los ases de combustión al 9orno de fusión con el +n de recuperar el calor sensible de los ases que lueo de estar en contacto con la materia prima de,an el 9orno La recuperación del calor se reali"a con un entramado refractario que recolecta el calor de los ases de salida para que lueo por allí circulen los ases de entrada !ste sistema permite alcan"ar temperaturas de 100ºC Los bloques refractarios deben pasar un proceso de templado para incrementar su resistencia a la erosión provocada por el vidrio fundido dada su a+nidad por este material Cuentan tambi3n los 9ornos con mecanismos de refrieración por aire y aua
Sistema discontinuo batc!" 4ara producciones no seriadas o de escaso volumen La fusión se reali"a en crisoles cer#micos que tiene cubiertas para evitar la contaminación de la materia prima por parte de los ases de combustión
Con#ormación del material =ndistintamente del proceso de fusión lueo se procede al conformado para la obtención del producto deseado 5e reali"a por procesos autom#ticos de vertido en molde soplado y prensado Lueo de la conformación se reali"a un recocido para aliviar tensiones de conformado y minimi"ar la incidencia de roturas
$idrios planos 5olían fabricarse mediante rodillos >oy en día se aplica el proceso ?oat en el cual se 9ace suspender el vidrio fundido sobre esta
%emplado 5e reali"a para otorarle resistencia a la ?exión y a la variación de temperatura 5e calienta a punto de recocido y se enfría brusca pero controladamente !l templado evita las tensiones oriinadas por la ?uide" pl#stica propia del material La presencia de burbu,as de ases o material sin fundir afecta las propiedades del vidrio y disminuye la calidad +nal del producto
Fibras o lana de vidrio 5e utili"a como aislante t3rmico en ca
obtener espesores precios .d3cimas de mm/ y lueo son bobinados para su posterior te,ido !l sistema para fabricar uata .planc9as de vidrio sin te,er/ se basa en volcar el vidrio fundido en un disco que ira a alta velocidad aprovec9ando la fuer"a centrífua para transformar las otas en 9ilos de lonitud variable &ambi3n se 9ace incidir una corriente de aire frío en un c9orro de vidrio que cae verticalmente
%ipos de vidrio $idrios de cuarzo 7o son afectados por c9oque t3rmico $ilatación t3rmica ba,a !xcelente estabilidad dimensional en condiciones de calor intenso A pesar de su escasa conducción calórica son utili"ados en equipos el3ctricos de calefacción !levada inercia química
$idrios soda&cal ;sados para envases Composición Si O2=69− 72 ;CaO =12,6 −13,5 ; Na2 O =13−15
7o tiene elevada resistencia
química ni buen comportamiento t3rmico >ay que tener cuidado al momento de emplearlo en la industria farmaceBtica
$idrios borosilicatos Vidrios 4yrex 4ara traba,o de laboratorio químico plantas de =$ semi industriales e industriales para ca
Si O2=81 ; B2 O3 =13 ; Na2 O= 4 ; Al 2 O 3=2
:a,o coe+ciente de
dilatación elevada inercia química elevada resistencia el3ctrica buena resistencia mec#nica alta resistencia al c9oque t3rmico La variedad Dena rempla"a un 126 de sílice por la misma proporción de óxido de "inc
$idrios ópticos &ambi3n llamados vidrios de plomo Euy transparentes índices de refracción convenientes ran resistencia a las condiciones atmosf3ricas 4roceso de fabricación discontinuo y muy cuidado (ecocidos de 9asta 10 días de enfriamiento para ser seuidos de bru
!n el caso de los anteo,os lleva
tambi3n óxido de bario 4ara instrumentos ópticos se le area óxidos de boro y bismuto y se lo conoce como croFn lass &ambi3n abarca cristalería de mesa .que se caracteri"a por las emisiones sonoras ante el roce/ y los vidrios reionales como los de :o9emia y Eurano
$idrios de se'uridad $ebido a la frailidad de los materiales vítreos se procedió a la fabricación de vidrios multilaminares +,ados por acetato de vinilo .cuya deradación 9iroscópica los tornaba opacos/ La venta,a de este sistema es la ad9esión de los framentos vítreos al acetato de vinilo en caso de rotura Los vidrios templados conocidos como blindados rempla"aron a los vidrios multilaminares
$idrios coloreados Los vidrios se colorean areando óxidos met#licos o sales al vidrio fundido La coloración +nal depender# de la relación cuantitativa de los óxidos presentes Característica Verde
5ustancia Cr 2 O3 , Au2 O,FeO
Amarillo
Sb 2 S3 , U 3 O8
Violeta
MnO2
(ubí
Cu2 O , A u , S e
A"ul
CoO
@luorescente
U O 2( OH )2
Gpaco
Sn O2 ó Ca3 ( PO 4)2
:lanquecinos
Sn O2 óCaF 2
(btención de vidrios incoloros La impure"a m#s frecuente y abundante es el óxido f3rrico que le otora un color amarillento !l dióxido de mananeso produce una coloración violeta Como el color amarillo y violeta se complementan el resultado +nal es u n producto incoloro Al dióxido de mananeso se lo llama ,abón de los vidrieros
Fibras ópticas $esarrollo m#s novedoso de las telecomunicaciones desde la invención del tel3rafo La innovación consiste en el envío de se
la velocidad de transferencia de la información !l desarrollo del l#ser de lu" monocrom#tica ayudó a la aplicación de este sistema A +n de tener un buen funcionamiento se requiere de una composición controlada de las +bras y transparencia en el material !l material vítreo interno tiene un mayor índice de refracción total que el material externo favoreciendo así el fenómeno de re?exión total para aquellos casos en los que la lu" incida en un #nulo mayor al #nulo límite .respecto de la normal a la super+cie de interface entre los dos materiales/ Los actuales desarrollos se enfocan en el reempla"o de las +bras de vidrio por polímeros sint3ticos ya que son m#s livianos y su temperatura de fabricación es inferior
$enta)as relativas de las fbras 1 Al traba,ar en la banda de emisión infrarro,a y visible la información que puede ser procesada resulta de un volumen muy superior a cualquier otro sistema de comunicación% 2 $ie" veces m#s liviano que el cable coaxial y de menor volumen ' Como es un aislante el3ctrico no se ve afectado por las radiaciones electroman3ticas% ) 7o enera c9ispas por lo que se puede emplear en "onas de rieso de incendio% * :a,a atenuación de la se
%ipos de fbras *ndice de re#racción 'radual 5e prpduce la disminución en forma radual del valor del índice de refracción desde el centro a la periferia de la +bra aranti"ando que la refracción producir# un ?u,o lumínico lo m#s parecido a un rayo rectilíneo La fabricación es comple,a ya que si bien las reacciones químicas son simples tecnolóicamente es desa+ante por las características de los compuestos en ,ueo !l m3todo de fabricación se basa en la deposición química de óxidos met#licos en fase vapor sobre una base llamada proforma la cual es cilíndrica Lueo se procede al estiramiento de la proforma 9asta alcan"ar el di#metro +nal deseado Las proformas est#n 9ec9as de sílice pura Los óxidos al vapor se eneran a partir de la combinación química del oxíeno y cloruros de los metales que formar#n el óxido 5e reali"ar# en etapas sucesivas donde se modi+car# la composición de los óxidos depositados a +n de ir variando el índice de refracción 9asta depositar entre *0 y 0 capas La proforma es calentada durante el proceso a 2000ºC mediante un soplete de 9idróeno
5e puede rellenar una proforma 9ueca .capas de afuera 9acia adentro/ o depositar sobre la periferia de la proforma .capas de adentro 9acia afuera/ Los Bltimos avances incluyen el plasma como medio de transporte de los óxidos permitiendo la deposición de millones de capas
*ndice de re#racción escalonado Constituidas por series de cubiertas de vidrio con diferentes índices de refracción que ir#n disminuyendo en forma radual a medida que el di#metro aumenta 5ufren mayor atenuación 5e fabrican por capilaridad conc3ntrica de dos o m#s vidrios con diferente índice de refracción o por ravedad tambi3n en dos crisoles conc3ntricos
Consideraciones de los proceso s de #abricación Los materiales deben ser de alta pure"a para evitar trastornos en la transmisión de la lu" &al es el cuidado que a partir de los *0ºC se aprovec9a la conductividad el3ctrica del vidrio para aplicar una radiación a 200 E>" con un equipo de micro-ondas a +n de continuar el calentamiento del material mientras el crisol se mantiene frío La puri+cación +nal se reali"a mediante el areado de oxíeno aseoso u óxidos de antimonio
Materias primas 5e emplea sílice dióxido de ermanio pentóxido de fósforo trióxido de diboro y materiales fundentes como óxido de sodio óxido de calcio óxido de bario y óxido de potasio Los óxidos de ermanio y fósforo aumentan el índice de refracción mientras que los óxidos de boro lo disminuyen