VIDRIO

el vidrio es un material cerámico e inorgánico que se encuentra en la naturaleza,

este también puede ser producido por el hombre.

El vidrio se crea con una mezcla de materiales naturales como lo es la arena de

sílice, el carbonato de sodio y caliza, estos son sometidos a una temperatura de

1 500 °C este se calienta hasta que se fusionan sus materiales entre si y luego se

enfrían formando un estado sólido o rígido no cristalino. El vidrio se caracteriza por

tener una estructura amorfa no cristalina también por que se puede reciclar las

veces que se quiera.

La obsidiana es un vidrio natural. Originaria de minerales fundidos que no se

recristalizaron al enfriarse después de su erupción.

Vidrio en la actualidad tiene mucha importancia ya que son muy útiles para

aplicaciones de ingeniería como en la construcción para cristales de vehículos,

ventanas lámparas televisores computadores etc. Una de las propiedades mas

importantes del vidrio es que es un buen aislante eléctrico, con él pueden hacerse

recipientes herméticos al vacío también tiene excelentes propiedades químicas

como para la elaboración de productos de laboratorio.

COMPOSICIÓN

Por razones de fabricación y resistencia a la humedad la composición debe ser.

vidrio sodio-cálcico

SiO2 (sílice) 71-75% (peso arena)

CaO 10-15%

Na2O (soda) 12-16%

Otros (distintas propiedades) Resto

Vidrio plomado

SiO2 (sílice) 54-65%

PbO 18-38%

Na2O (soda) o K2O 13-15%

Otros óxidos resto

Vidrio borosilicato

SiO2 (sílice) 70-80%

B2O3 7-13%

Na2O (soda) y K2O 4-8%

Al2O3 2-7%

HISTORIA DEL VIDRIO

EL VIDRIO EN LA ANTIGÜEDAD

Los primeros objetos de vidrio que se fabricaron fueron cuentas de collar o

abalorios, pero las vasijas huecas no aparecieron hasta el 1500 a.C. Es probable

que fueran artesanos asiáticos los que establecieron la manufactura del vidrio en

Egipto, de donde proceden las primeras vasijas producidas durante el reinado

de Tutmosis III (1504-1450 a.C.). La fabricación del vidrio floreció en Egipto y

Mesopotamia hasta el 1200 a.C. y posteriormente cesó casi por completo durante

varios siglos. Egipto produjo un vidrio claro, que contenía sílice pura; lo coloreaban

de azul y verde. Además de vasos hacían figurillas, amuletos y cuentas, así como

piezas vítreas para incrustaciones en muebles. En el siglo IX a.C. Siria

y Mesopotamia fueron centros productores de vidrio, y la industria se difundió por

toda la región del Mediterráneo. Durante la época helenística Egipto se convirtió,

gracias al vidrio manufacturado en Alejandría, en el principal proveedor de objetos

de vidrio de las cortes reales. Sin embargo, fue en las costas fenicias donde se

desarrolló el importante descubrimiento del vidrio soplado en el siglo I a.C.

Durante la época romana la manufactura del vidrio se extendió por el Imperio,

desde Roma hasta Alemania.

TÉCNICAS EN LA ANTIGÜEDAD

Antes del descubrimiento del vidrio soplado se utilizaban diferentes métodos para

moldear y ornamentar los objetos de vidrio coloreado, tanto translúcidos como

opacos. Algunos recipientes eran tallados en bloques macizos de cristal. Otros se

realizaban fundiendo el vidrio con métodos parecidos a los de la cerámica y la

metalurgia, y utilizando moldes para hacer incrustaciones, estatuillas y vasijas

tales como jarras y cuencos. Se elaboraban tiras de vidrio que luego se fundían

juntas en un molde y producían vidrio en listones. Se realizaban diseños de gran

complejidad mediante la técnica del mosaico, en la que se fundían los elementos

en secciones transversales que, una vez fundidos, podían cortarse en láminas.

Las superficies resultantes de esos cortes se fundían juntas en un molde para

producir vasijas o placas. Se hacían vasos con bandas de oro que presentaban

franjas irregulares de vidrios multicolores y con pan de oro incrustado en una

franja translúcida.

La mayor parte de las piezas anteriores a los romanos se realizaban con la técnica

de moldeado sobre un núcleo, que consistía en fijar a una varilla de metal una

mezcla de arcilla y estiércol con la forma que deseaba darse al interior de la vasija.

Ese núcleo se sumergía en pasta vítrea o se envolvía con hilos de esa misma

pasta, que se recalentaba y pulía sobre una piedra plana para darle forma. La

posibilidad de dirigir el hilo de pasta vítrea en varias direcciones sobre el núcleo

permitía realizar filigranas decorativas con hilos de uno o varios colores. A

continuación se añadían las asas, la base y el cuello, y se enfriaba la pieza. Por

último se retiraba la varilla de metal y se extraía el material que conformaba el

núcleo. Esta técnica se usaba sólo para hacer vasijas pequeñas, tales como tarros

para cosméticos o frascos, como puede apreciarse en los objetos egipcios típicos

de las XVIII y XIX dinastías. Los objetos realizados a partir del siglo VI a.C. con

este método de envolver un núcleo, tenían formas que se inspiraban en la

cerámica griega.

TEMPERATURA DE TRANSICIÓN VÍTREA

Podemos observar en la grafica la línea más clara syue describe la temperatura de

transición vítrea; y en la línea más oscura se muestra el comportamiento de la

temperatura de fusión.

METODOS DE FABRICACION

En este encontramos los diferentes métodos de conformación del vidrio como lo

son:

Formación de láminas y placas de vidrio

Cerca del 85 por ciento del vidrio plano que se produce en el mundo se hace por

el proceso de vidrio flotado, en el cual una tira de vidrio sale del horno de fundido

y flota sobre la superficie de un baño de estaño fundido, La tira de vidrio se enfría

mientras pasa sobre el estaño fundido, en una atmósfera controlada

químicamente,

Vidrio por soplado artesanal

Se denomina vidrio soplado a una técnica de fabricación de objetos

de vidrio mediante la creación de burbujas en el vidrio fundido. Estas burbujas se obtienen inyectando aire dentro de una pieza de material a través de un largo tubo

metálico, bien por medio de una máquina o bien de forma artesanal, soplando por el otro extremo, un sistema parecido al que se utiliza para hacer las pompas jabón.

Soplado, prensado y moldeado de vidrio

Los artículos hondos, como botellas, jarras y cubiertas de bombillas luminosas, se

moldean generalmente por soplado, haciendo que el aire obligue al vidrio fundido a adaptarse a los moldes

a) Etapas de recalentamiento y b) soplado final de un proceso de soplado de vidrio

a máquina.

Los artículos planos, como lentes ópticos y de faros herméticos se fabrican con un émbolo que presiona el vidrio fundido contenido en un molde.

Se pueden fabricar muchos artículos fundiendo el vidrio en un molde abierto. Se

elaboró un gran espejo de telescopio de 6 m de diámetro vaciando vidrio de borosilicato. Los artículos en forma de embudo, como los tubos de rayos catódicos

para televisor, se moldean por vaciado centrifugado. Pequeñas cantidades de vidrio fundido procedentes de un alimentador se introducen por goteo en un molde giratorio que obliga al vidrio a fluir hacia arriba, con lo cual se forma una pared

vítrea de un grosor bastante uniforme.

Vidrio templado

Vidrio templado al romperse.

El vidrio templado es un tipo de vidrio de seguridad, procesados por tratamientos

térmicos o químicos, para aumentar su resistencia en comparación con el vidrio normal. Esto se logra poniendo las superficies exteriores en compresión y las superficies internas en tensión. Tales tensiones hacen que el vidrio, cuando se

rompe, se desmenuce en trozos pequeños granulares en lugar de astillar en fragmentos dentados. Los trozos granulares tienen menos probabilidades de

causar lesiones.

Fabricación

Para fabricar vidrio templado térmicamente, el vidrio flotado se calienta

gradualmente hasta una temperatura de reblandecimiento de entre 575 y 635 °C para después enfriarlo muy rápidamente con aire. De esta manera se consigue que el vidrio quede expuesto en su superficie a esfuerzos de compresión

y en el interior esfuerzos de tensión, confiriéndole mayor resistencia estructural y

al impacto que el vidrio sin tratar, teniendo la ventaja adicional de que en caso de rotura se fragmenta en pequeños trozos inofensivos (por lo cual se le considera

uno de los tipos de vidrio de seguridad). Todas las manufacturas, ya sean cortes de dimensiones, canteados o taladros deberán ser realizados previamente al templado. De realizarse posteriormente, se provocaría la rotura del vidrio.

El vidrio cuando es templado, aparte de lo comentado anteriormente, adquiere otras propiedades importantes. La resistencia a la flexión del vidrio recocido al

templarlo aumenta desde 400 kp/cm2 hasta 1.200–2.000 kp/cm2, lo que equivale de 4 a 5 veces la resistencia de un vidrio normal. La resistencia al choque térmico (diferencia de temperatura entre una cara y otra de un paño que produce la rotura

de éste) pasa de 60 °C a 240 °C, por lo que es recomendado en puertas de hornos de cocina y lámparas a la intemperie.

Para su proceso existen dos tipos básicos de hornos: de Pinzatura, ya casi en desuso por las marcas que dejan las pinzas que sostienen el vidrio verticalmente durante el proceso y Horizontal, que es el comúnmente usado por la industria.

Para vidrios reflectivos o de baja emisividad (Low-e) deben de usarse hornos horizontales provistos de sistemas de calentamiento por convección.

La gran mayoría de hornos horizontales transportan el vidrio sobre rodillos cerámicos, aunque en algunos se ha utilizado con éxito un sistema de transporte que, mediante presión y vacío controlados, hacen flotar el vidrio por debajo de un

techo cerámico plano. En función del tipo de calentamiento, los hornos horizontales se dividen en:

Hornos eléctricos

Calientan el vidrio principalmente mediante la radiación emitida por resistencias eléctricas.

Hornos de convección forzada

En este tipo de hornos el calor generado por quemadores (generalmente de gas)

es impulsado mediante ventiladores hacia el vidrio.

Hornos mixtos

Son hornos eléctricos que producen cierta agitación del aire interior mediante

sistemas de soplado de aire comprimido.

Vidrio reforzado químicamente

La resistencia del vidrio se puede incrementar con tratamientos químicos especiales. Por ejemplo, si un vidrio de aluminosilicato de sodio se sumerge en un

baño de nitrato de potasio a una temperatura aproximadamente 50°C por debajo de su punto de fatiga ( ∼ 500°C) durante un lapso de 6 a 10 h, los iones de sodio

que están cerca de la superficie del vidrio y que son más pequeños, son reemplazados por iones de potasio más grandes. La introducción de los iones de

potasio más grandes en la superficie del vidrio produce esfuerzos de compresión

en la superficie y los correspondientes esfuerzos de tensión en el centro. Este proceso de templado químico puede usarse en secciones transversales más

delgadas que en el caso del templado térmico porque la capa de compresión es mucho más delgada, El vidrio reforzado químicamente se usa en ventanillas de aviones supersónicos y lentes oftálmicas.

vidrio para la construcción

El proceso de fabricación del vidrio no ha cambiado mucho desde los tiempos

remotos. Los materiales son fundidos a alta temperatura y - una vez

homogeneizada la mezcla - vertidos sobre una superficie para que se enfríe o

soplados (método actualmente utilizado mayormente para realizar objetos

artísticos en vidrio).

El método actual es el llamado “float”, fue inventado por AlastairPilkington y ha

sido adoptado como el método universal de fabricación para vidrio de alta calidad.

Este proceso se basa en que la masa de vidrio -una vez fundida- se vierte sobre

un baño de estaño líquido, el cual posee una planimetría perfecta. El vidrio copia

la superficie plana del estaño fundido, mientras se va enfriando, obteniendo así un

vidrio con una planimetría perfecta, sin ondulaciones. El proceso lo explicamos a

continuación.

1) Las materias primas son fundidas en un horno a una temperatura de 1500º C.

Una vez lograda la homogeneización, la masa de vidrio es vertida sobre un baño

de estaño fundido.

El conjunto vidrio-estaño avanza en forma de banda, banda mantenida dentro de

una atmósfera controlada para que desaparezcan las irregulares.

Como la superficie del estaño fundido es plana, el vidrio también lo será.

2) La cinta es producida con un espesor uniforme, el vidrio continúa enfriándose

mientras avanza a lo largo del baño de estaño fundido y entra al horno de recocido

a aproximadamente 600º C. Este proceso es necesario para bajar lentamente la

temperatura previniendo las tensiones internas que se producirían por un rápido

enfriamiento.

3) Ahora está suficientemente frío (200°C) para poder ser cortado

Vidrio óptico

Su descubridor fue el inglés George Ravenscroft, quien en el siglo XVII se percató

de que agregando óxido de plomo a la fórmula tradicional del vidrio, obtenía un

material incoloro y transparente.

Los vidrios ópticos son materiales amorfos inorgánicos. Como tales presentan una

buena estabilidad mecánica, química y térmica. Al ser amorfos presentan

isotropía, lo que resulta de vital importancia para fenómenos como la refracción.

La gran resolución que exigen las aplicaciones de estos vidrios obliga a que su

superficie esté libre de límites de grano. Esto obliga a establecer controles muy

precisos en su fabricación, así como en los materiales de partida, lo que nos

permite definir con precisión sus propiedades no- ópticas.

Es el vidrio al que llamamos cristal de plomo por su transparencia y sonoridad;

cualidades a las que se suma su apariencia muy similar a la del cristal de roca.

Cuenta con un coeficiente de expansión térmica de 103, el cual lo vuelve idóneo

para ser trabajado artesanalmente, sobre todo al permitir que sobre su superficie

se hagan cortes de gran dificultad y belleza para crear las piezas que hoy se

designan de cristal cortado.

Debido a su pureza y transparencia, tiene un mayor poder de refracción y

dispersión, por lo que también es utilizado como vidrio óptico en anteojos,

telescopios, microscopios, cámaras fotográficas y otros instrumentos. Su

utilización en el campo de la fotografía, obedece a la capacidad que tiene para

dispersar la luz en toda la gama de colores, la cual pasa de manera uniforme a

través del lente para plasmarse sin alteraciones en la película.

La mayoría de los vidrios ópticos son silicatos diseñados para dar la máxima

transmitancia en el espectro visible.

En algunos casos los vidrios se diseñan a partir de materiales extremadamente

puros para dar transmitancias importantes en el rango de los ultravioleta (UV) o e

el de los infrarrojos (IR). Entre estos últimos destacan el Si fundido, el As2S3, y los

vidrios de Ca-Al2O3. Los vidrios de fluoruros ofrecen también una gran

transmitancia ante los IR, pero su uso es muy limitado debido a sus pobres

características de durabilidad química.

Vidrio aislante

Esquema de un corte transversal de un vidrio aislante.

El vidrio aislante debería denominarse "acristalamiento con capacidad

aislante" o "acristalamiento pasivo" y está formado por dos o más piezas de

vidrio separadas por una cámara de aire deshidratado, dispuestas paralelamente y

formando una sola unidad de vidrio llamada unidad de vidrio aislante (UVA). La denominación tradicional en castellano ha sido doble acristalamiento o vidrio de cámara. . A principios del siglo XXI este tipo de acristalamiento, por ejemplo en

ventanas y puertas, ha desplazado en países desarrollados al acristalamiento monolítico en gran parte de las construcciones (principalmente de zonas climáticas

frías), gracias a sus propiedades aislantes.

Para mejorar el comportamiento conductivo térmico de un acristalamiento pasivo podemos interponer cámaras de aire seco, colocar capas bajo emisivas (con la

introducción de depósitos metálicos en la cara interna de la cámara en el vidrio interior), con una cámara al vacío o rellenando la cámara con gases u otros

productos.

Método de fabricación

Para formar la cámara de aire, cada unidad de vidrio aislante contiene un marco

de aluminio relleno de tamiz molecular de zeolita o gel de sílice (ambos deshidratantes), aunque también se pueden componer estructuras deshidratantes

similares que peguen los dos vidrios. Después este marco se fija normalmente con algún tipo de butilo y se sella con silicona, polisulfuro o poliuretano. Esta cámara puede estar rellena también de algún gas noble, normalmente argón o kriptón,

mejorando así las propiedades de aislamiento térmico. En Alemania se ha desarrollado el acristalamiento con cámara al vacío (de pocos milimetros de

espesor). Con esta solución se prevé que no haya transmisión de calor por convección o conducción.

Vidrio armado

El vidrio armado es aquel vidrio que se obtiene por el proceso de colado y se le incrusta en su interior una malla metálica en forma de retícula, de manera que, si

se rompe, los pedazos de vidrio quedan unidos al alambre evitando su caída y que

estos puedan producir lesiones. Esto hace que sea apto para zonas de riesgo y en

donde se necesita una seguridad adicional, aunque no se trata de un vidrio antirrobos. Sin embargo, se desaconseja este tipo de vidrio si se expone a

temperaturas extremas. Esto es debido a que la diferencia de comportamiento ante el calor o el frío es diferente en el vidrio y el metal, dando lugar a tensiones provocadas por la dilatación de ambos materiales que provocan la ruptura del

vidrio.

El vidrio armado fue fabricado por primera vez en 1886 por el alemán August F.

Siemens.

Vidrio flotado

El vidrio flotado consiste en una plancha de vidrio fabricada haciendo flotar el vidrio fundido sobre una capa de estaño fundido. Este método proporciona al vidrio un grosor uniforme y una superficie muy plana, por lo que es el vidrio más utilizado

en la construcción. Se le denomina también vidrio plano, sin embargo no todos los vidrios planos son vidrios fabricados mediante el sistema de flotación.

Fabricación

Alimentador de un horno de vidrio.

El vidrio se fabrica a partir de una mezcla compleja de compuestos vitrificantes, como el sílice, fundentes, como los álcalis, y estabilizantes, como la cal. Estas materias primas se cargan en el horno de cubeta (de producción continua) por

medio de una tolva. El horno se calienta con quemadores de gas o petróleo. La llama debe alcanzar una temperatura suficiente, y para ello el aire de combustión

se calienta en unos recuperadores construidos con ladrillos refractarios antes de

que llegue a los quemadores.

El horno tiene dos recuperadores cuyas funciones cambian cada veinte minutos: el

primero se calienta por contacto con los gases ardientes mientras el segundo proporciona el calor acumulado al aire de combustión. La mezcla se funde (zona de fusión) a unos 1.500 °C y avanza hacia la zona de enfriamiento, donde tiene

lugar el recocido. En el otro extremo del horno se alcanza una temperatura de 1.200 a 1.800 °C.

El vidrio fundido cae por un canal en una piscina que contiene estaño fundido, controlando la cantidad por medio de una compuerta de material refractario. Para evitar la oxidación del estaño, la cámara contiene una atmósfera protectora

compuesta de hidrógeno y nitrógeno.

Mientras el vidrio fluye por la piscina de estaño, la temperatura se reduce de

manera que la plancha vaya enfriándose y endureciéndose.

Vidrio opalino

Copa de vidrio lechoso con pedestal decorativo

El vidrio opalino o vidrio lechoso (milk glass) es

un vidrio opalescente o semitraslúcido,1 blanco lechoso o de color, soplado o

prensado en una gran variedad de formas. Fabricado por primera vez en Murano en 14051 y popularizado en Venecia en el siglo XVI, se presenta en

colores azul, rosa, amarillo, marrón, negro y blanco, que es el más popular y que le da nombre.

Vidrio blindado

Es un vidrio que esta reforzado por una serie de materiales que lo protegen

exteriormente del impacto de balas, los mas recomendados son los fabricados con

películas internas de butiral de polivinilo(pvc)

TIPOS DE VIDRIOS

1. Vidrios Sódicos (Silicato de sodio y calcio). – Es el vidrio ordinario que se

emplea para elaborar vidrios planos, botellas, frascos y otros objetos varios.

Tienen casi siempre un ligero color verde debido al hierro de las materias

primas. Resisten a la acción disolvente del agua y los ácidos, tienen poco

brillo.

2.Vidrios Potasicos. (Silicato de potasio y calcio). – Se reemplaza, en el

vidrio anterior, el sodio por el potasio. Son más duros que los anteriores,

muy brillantes, resisten mejor las variaciones de temperatura y son muy

resistentes a la acción del agua y de los ácidos. Ejemplos; son los vidrios

de Bohemia, vidrios de óptica (crown), etc

3.idrios Plúmbicos. (Silicato de potasio y plomo). – En este vidrio se ha

reemplazado del anterior el calcio por el plomo. Tienen peso especifico

elevado y poseen notable esplendor, son muy transparentes, sonoros y

refractan muy bien la luz. Dentro de estos vidrios se encuentra el cristal, el

flint-glass empleado en óptica y el strass que sirve para elaborar piedras

preciosas artificiales.

4. Vidrios Dóricos. – Son vidrios en los que se ha reemplazado partes de

sus componentes por anhídrido bórico, dando vidrios duros, resistentes al

calor, para laboratorios por su bajo coeficiente de dilatación y debido a su

bajo contenido en metales alcalinos y alcalino-térreos.

Vidrios clásicos de este tipo son Pixer y Jena.

5. Vidrios de Cuarzo. – Son vidrios obtenidos fundiendo sílice o cuarzo

purísimo (99,5 % de SiO2) generalmente en hornos eléctricos de

resistencia a unos 1800 °C.

6. Vidrios Varios. – Teniéndoos vidrios aluminosos, vidrios baríticos, vidrios

de cinc, etc.

COLORES EN ALGUNOS VIDRIOS

Titanio produce vidrio de color marrón amarillento. El titanio, que rara vez

por si solo, es mas a menudo empleado para intensificar y aclarar otros

adictivos de colorear.

Uranio se puede agregar en concentraciones del 0.1 al 2% para obtener un

vidrio de color amarillo o verde fluorescente. El vidrio de uranio es

radiactivo pero no lo suficiente para ser peligroso. Si se muele en forma de

polvo, por ejemplo, cuando es pulido con papel de lija , y posterior mente

este polvo se inhala, puede ser cancerígeno. Cuando se utiliza con vidrio

de plomo con una proporción muy alta de plomo, produce un color rojo

intenso

El selenio, como el magnesio, pueden ser utilizados en pequeñas

concentraciones para decolorar el vidrio, o en concentraciones mas altas

para dar un color rojizo, causando por las nano partículas dispersas de

selenio en el vidrio es un agente muy importante para fabricar vidrio de

color rosa y rojo. Cuando se utiliza junto con sulfuro de cadmio, se obtiene

un color brillante conocido como selenio rubí.

El cobre metálico puro produce un vidrio opaco color rojo muy oscuro, que

utiliza como un sustituto del oro en la producción del vidrio color vidrio

El oro metálico, en una concentración muy pequeña (alrededor del 0.001%)

produce un vidrio color rubí intenso mientras que las bajas concentraciones

produce un rojo menos intenso, a menudo publicitado como “vidrio

arándano”. El color es causado por el tamaño y la distención de partículas

de oro. el vidrio oro rubí esta general mente fabricado a partir del vidrio de

plomo como estaño agregado.

Los compuestos de plata como el nitrato de plata y los haluros de plata

pueden producir una gama de colores del naranja-rojo al amarillo la forma

en la que el vidrio se calienta y se en fría puede afectar significativamente

los colores producidos por estos compuestos. También las lentes foto

crómica y el vidrio foto sensible se basa en la adicción de partículas de

plata.. etc…