Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería División de Ingeniería Mecánica e Industrial Materiales no metálicos Tercer trabajo de investigación “Vidrio” Integrantes del equipo Barraza Montiel Guillermo Alejandro Martínez Oviedo Rogelio Parrales Gallardo Valeria Pliego Pliego Daniel Villalobos Varela Sergio José Profesor M.I. Edgar Isaac Ramírez Díaz Fecha de entrega 1 de octubre de 2014 lixiviando los ingredientes que no son silicato con ácido y dando un tratamiento a alta temperatura para contraer el artículo y cerrar los poros. álcali y silicato SiO2 30 . Se conocen entonces como materiales amorfos. la germania GeO2 y el óxido fosfórico P2O5 también forman vidrios. cal y sílice SiO2 70 % Na2O: 15 % CaO: 10 % La adición de sosa y hasta potasa y de óxido de calcio al sílice baja el punto de ablandamiento en 800 900 °C por lo que es más fácil su fabricación.65 % .Tipos Los vidrios difieren de los cerámicos en el hecho de que no presentan una estructura cristalina.a) Composiciones .5 % + Vidrio de 96% de sílice SiO2 96 % B2O3 3 % Producido al formar un artículo más grande que del tamaño requerido.70 % PbO: 18 . Vidrio de sosa. a partir de un vidrio especial de borosilicato. A este tipo de vidrios se les adiciona entre 1 y 4 % de MgO para prevenir la desvitrificación y también se les incorpora de 0.5 a 1. que son compuestos de selenio. Vidrio de plomo. los calcogenuros. azufre y telurio y algunos materiales metálicos. los distintos tipos de vidrios son: Vidrio de sílice puro SiO2: 99. En términos generales y para términos de su uso. Otros óxidos. como el óxido bórico B2O3 . Los vidrios comerciales más comunes son los vidrios de sosa-cal-silicato ya que se aprovecha la abundancia de arena silícea o cuarzosa como materia prima. éstos no son los únicos vidrios. A pesar de la abundancia de los vidrios de silicato.5 % de alúmina para aumentar su duración aumentando su resistencia química. Existen también otros compuestos que no son óxidos pero que también forman vidrios como los halogenuros. K2O. Entre ellos se encuentra el vidrio fosfato con alta resistencia al HF. ZnO. Vidrio de aluminosilicato SiO2 5 . debilita su estructura y reduce considerablemente el punto de reblandecimiento de los vidrios de sílice. Cuando el B2O3 entra en la red del sílice. Se trata de vidrios inorgánicos menos comunes y desarrollados para aplicaciones especiales.20 % El óxido de plomo es normalmente un modificador de la red de sílice pero puede actuar además como un formador de red.25 % Al2O3 1 . . Vidrios ópticos Con diferentes proporciones de SiO2 .Na2O y/o K2O: 5 . BaO. vidrio flint muy denso.4 % La sustitución de óxidos alcalinos por óxido de boro en la red vítrea del sílice da lugar a vidrios de más baja expansión térmica.10 % Vidrio de baja expansión y químicamente resistente que tiene una temperatura de servicio más elevada que el vidrio de borosilicato pero que a su vez es más difícil de fabricar. vidrio absorbente de neutrones con alto contenido de cadmio. el vidrio Lindemann. vidrio flint muy ligero. entre otros. crownglass denso al bario.60 % Al2O3 20 . El óxido de plomo reduce el punto de ablandamiento e incrementa el índice de refracción y poder dispersor. Vidrio de borosilicato SiO2 60 . Al2O3 . B2O3 .80 % B2O3 10 . Na2O. el vidrio soldadura suave. Vidrios especiales Composiciones muy específicas y que varían con el uso que se les de.40 % CaO 5 .50 % B2O3 0 . PbO: Cronwnglass libero al bario. Estructura vítrea o amorfa La estructura de sílice vítrea o amorfa surge cuando las unidades de SiO44 están dispuestas al azar. el óxido de boro una red bidimensional aleatoria y el óxido fosfórico forma cadenas poliméricas lineales dispuestas al azar.b) Estructura La estructura de los vidrios determina las propiedades que tengan éstos. En general. Por ejemplo. . La red tridimensional aleatoria pone de manifiesto que los requisitos de enlazamiento también se satisfacen. el germanio produce una red tridimensional aleatoria. Silicatos El componente básico de los silicatos es el tetraedro de SiO44 con el ión silicio en el centro de cuatro iones oxígeno dispuestos de forma simétrica. Las unidades de SiO44 pueden estar ligadas a otros cationes o a átomos de oxígeno. cada uno de los formadores de vidrio de óxido comunes produce una red aleatoria. y los silicatos se clasifican con base en la forma en que los silicatos están enlazados. -Buena resistencia química.23 0.c) Propiedades Vidrio Densidad[g/c c] Modulo de elasticida d [GPa] Modul o de Ruptur a [GPa] Resistencia a la Compresió n [GPa] Modul o de Poisso n Capacida d Calorífica [J/g·ºC] 0. -Buena resistencia eléctrica.5 Conductivida d Térmica [W/m·K] 1.75 96% de Sílice 2.19 0.18 68 0. álcali y Silicato 9.7-3. -Gran Densidad. Cal y Sílice -Buen aislante eléctrico.35 SiO2 99. -Alto índice de refracción. Punto de Fusió n [ºC] 19 .2 800 1 Sosa. -Alta temperatura de operación.75 83 2. -Puede ser templado para aumentar su resistencia y temperatura de operación.055 1. -Protegen de la radiación.9 Vidrios de Sílice Pura -Baja expansión térmica. -Alta resistencia al choque térmico.048 Borosilicato 2.4 64 0. Álcali y Silicato -Bajo punto de fusión.51 0. Vidrio de Sosa. Cal y Sílice 2.05 1 1000 1 Plomo.38 888 0.5% 3. Vidrio de 96%de Sílice -Temperatura de servicio más elevada que el sílice puro. Vidrio de Plomo.27 74 0. -Coeficiente de expansión muy bajo.97 360 2.940 Aluminosilicat o 3. que actualmente no posee más significación que la de su importante valor histórico. Las láminas no tienen que ser rigurosamente planas. -Buena resistencia química. -Mayor expansión térmica que la del Borosilicato. -Alta resistencia. Vidrio de aluminosilicato -Temperatura de operación muy elevada. exceptuando la relativamente baja proporción de vidrio colado destinado en su mayoría a la obtención de espejos. hasta épocas recientes como el único sistema de producción de este tipo de vidrio. -Elevada resistencia eléctrica.Vidrio de Borosilicato -Baja expansión térmica. ● Procedimiento de soplado a boca. d) Procesos de manufactura VIDRIO PLANO Bajo la denominación de vidrio plano se incluye todo aquél que haya sido conformado en forma laminar. se mantuvo. La fabricación de vidrio plano soplado. sino que pueden estar curvadas o presentar un relieve impreso en su superficie. -Resistencia química mayor a la del Borosilicato. -Buena resistencia al choque térmico. Se pueden clasificar de la siguiente manera PROCEDIMIENTOS DE FABRICACIÓN DE VIDRIO PLANO De los procedimientos anteriores el más utilizado hoy en día es de flotado. . según muestra en la figura. Mediante este procedimiento se han llegado a obtener hojas de vidrio de 2 por 0. contenido en un horno balsa. Los cilindros obtenidos se seccionaban a la longitud deseada y a continuación se cortaban a lo largo de una generatriz. que ha alcanzado mayor difusión que el anterior y que continúa empleándose incluso en nuestros días es el de soplado en cilindros o manchones. en cuya parte inferior se hallaba situada una caña con su boca ensanchada en forma de copa invertida. ● Procedimiento de soplado mecánico. . inmediatamente después de emerger. ● Procedimientos de estirado mecánico . se extendían. De esta forma era posible estirar cilindros de más de 10 m de altura y de 0. se separaba de la caña se recomenzaba el estirado de un nuevo cilindro. fuese cuidadosamente enfriada para evitar su deformación. prosigue su avance en dirección horizontal a través de un largo túnel o canal de enfriamiento de unos 60 m deslizándose bajo su propio peso sobre una serie de rodillos transportadores forrados de asbesto. Los grandes crisoles llenos de vidrio fundido se situaban debajo de la máquina de estirado constituida por una elevada torreta. el de soplado en discos o en coronas y el otro procedimiento de soplado de vidrio plano.El procedimiento más primitivo de soplado de vidrio plano. lo mismo que los manchones soplas a boca. a partir de ese momento. Tras un breve recorrido de unos 60 a 70 cm a lo largo cual la hoja recién formada disipa parte de su calor. pasando entre dos pantallas metálicas refrigeradas. lo que supone el soplado y el manejo de manchones de un peso superior a 40 kg que dan idea de las especiales facultades físicas y de la destreza que habían de lucir los sufridos y esforzados manchoneros. sujetan la lámina por sus bordes y ejercen sobre ella una tracción ascendente. a lo largo de la cual se deslizaba un tubo telescópico. La hoja nace directamente de la superficie del vidrio fundido. Cuando el cilindro alcanzaba la longitud deseada. Se desarrollaron las siguientes variaciones del método: -Sistema Colburn — Libbey-Owens .80 m de diámetro. a partir de un baño de vidrio fundido. Dos parejas de pequeños rodillos dentados. se cortaba por su parte inferior. y se recocían las láminas. refrigerados por agua. Para iniciar la operación de estirado se sumergía el borde de la caña en el crisol y a continuación se extraía el vidrio elevando el tubo lentamente.75 m. es doblada en ángulo recto sobre un rodillo de acero pulido y. al propio tiempo que se inyectaba por la caña aire a presión. La finalidad perseguida era conseguir extraer verticalmente. una lámina rectangular continua de vidrio que. bien manualmente o mediante un sistema mecánico.-Sistema Fourcault. transcurre verticalmente en todo su recorrido a largo de la cámara de estirado. se enfría lateralmente mediante dos cilindros refrigerantes. El estirado de la hoja se inicia mediante un bastidor metálico especial que se sumerge en el vidrio fundido. que se produciría por efecto de su tensión superficial. donde es elevada por varios juegos de rodillos de acero protegidos con asbesto. La velocidad de enfriamiento puede regularse variando la ventilación de cámara a través de las pequeñas ventanas situadas a ambos lados de la misma. se efectúa el corte de la hoja. hasta la de unos 1000C que alcanza al final de la cámara. Cuando el borde libre de la lámina alcanza una determinada altura. en este caso. A fin de evitar la retracción transversal de la lámina recién formada. de su extracción. y para mantener constante su espesor. En su camino ascendente se produce un recocido del vidrio por enfriamiento lento y gradual. . El avance de la lámina de vidrio. a fin de eliminar todas sus irregularidades superficiales.● Procedimiento de colado discontinuo. ● Laminado continuo. Se cuela el vidrio fundido contenido en un crisol. estribaba en la posibilidad de obtener láminas de vidrio de menor espesor y más uniforme. la cual consistía en colar el vidrio entre dos cilindros laminadores. . en comparación con el primitivo de un solo rodillo. La ventaja de este procedimiento. La gruesa lámina de vidrio bruto así obtenida requiere posteriormente un desbaste y pulido por ambas caras. La colada de las tres toneladas de vidrio contenidas en un crisol basculante se realizaba sobre mesas deslizantes o sobre un tren de rodillos transportadores que conducían la hoja hasta el horno de recocido. lo que facilitaba la ulterior operación de desbaste y pulido y acortaba el tiempo la misma. sobre una superficie plana pulimentada y se lamina a continuación mediante un rodillo metálico. Pero en Alemania se introdujo una importante innovación en este sistema. sin necesidad de ser sometida a ninguna operación posterior de desbaste y pulido. pasa a una zona de acondicionamiento térmico.5 % de hidrógeno. al objeto de poder modificar la temperatura del vidrio de fondo. Para proteger al estaño de su oxidación es preciso mantener en la cámara una atmósfera reductora que se consigue haciendo pasar una corriente de nitrógeno con un 0. Con este proceso se obtiene directamente una lámina de vidrio pulida por ambas caras. . que tiene por objeto repartir uniformemente la masa de vidrio entre los rodillos. una vez afinado. sale al exterior rebosando por encima del labio de colada y continúa deslizándose sobre una pieza refractaria intercalada entre éste y la laminadora. el pulido especular que le comunica la superficie libre del baño de estaño fundido sobre el que se desliza. a un nivel superior a la del horno. ● Procedimiento de flotado.El vidrio fundido contenido en la balsa. La lámina de vidrio formada avanza horizontalmente a través de una larga extendería donde se produce su recocido y enfriamiento. está provista de una cámara de refrigeración por aire forzado con posibilidad de regulación. En este la solera. llamada antecuerpo. El vidrio adquiere por su cara superior un pulido al fuego y por la inferior. Después de afinado y acondicionado térmico el vidrio pasa del horno hasta el "spout” a través del canal. la grieta se originará a un nivel de esfuerzos menor. todavía es plástico. la pieza de vidrio se calienta a una temperatura mayor a la de transición vítrea aunque por debajo del punto de ablandamiento. La resistencia a la flexión del vidrio recocido al templarlo aumenta desde 400 kp/cm2 hasta 1. En este momento. el interior tiende a jalar hacia adentro la parte exterior. El vidrio templado se utiliza en aquellas aplicaciones en las que es importante una alta resistencia. a imponer esfuerzos radiales hacia el interior. lo que equivale de 4 a 5 veces la resistencia de un vidrio normal. . experimenta esfuerzos de compresión en la superficie. TEMPLADO La resistencia de una pieza de vidrio puede aumentarse al inducir intencionalmente esfuerzos residuales de compresión en la superficie. o sea. adquiere ciertas propiedades importantes.000 kp/cm2. Al principio. Como consecuencia. Los esfuerzos residuales se originan de las diferencias en las velocidades de enfriamiento de las regiones superficiales y en el interior. la superficie se enfría más rápidamente y. En vidrio no templado. por lo que es recomendado en puertas de hornos de cocina y lámparas a la intemperie. 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. En ésta técnica. por lo tanto. Al continuar el enfriamiento. la cual. el interior. en algunos casos en un baño de aceite. Luego se enfría a la temperatura ambiente en un chorro de aire. después que la pieza de vidrio se ha enfriado a la temperatura ambiente. la resistencia a la fractura será menor. en consecuencia. el interior intenta contraerse en un grado mayor que lo que le permite el exterior que ahora se encuentra rígido. La rotura de los materiales cerámicos casi siempre se debe a una grieta que se inicia en la superficie por la aplicación de un esfuerzo a tracción. puede entonces propagarse. tensionar suficientemente la superficie para iniciar una grieta. que se ha enfriado más lentamente. o. una vez que la temperatura ha descendido por debajo del punto de deformación. Propiedades adquiridas después del templado Cuando un vidrio es templado. se hace rígida. la magnitud del esfuerzo de tracción aplicado externamente debe ser lo suficientemente grande para superar en primer lugar el esfuerzo residual de compresión en la superficie. y además. con esfuerzos de tracción en las regiones interiores. Así. Para provocar la rotura de una pieza de vidrio templado. Esto puede lograrse mediante un tratamiento térmico denominado temple térmico. se encuentra a una temperatura más alta (por encima del punto de deformación) y.200–2. El mayor volumen de estos últimos comprimen la capa superficial del vidrio aumentando su resistencia. más grandes.Al contrario de lo que ocurre con el vidrio templado térmicamente. Bibliografía Composición y tipos de vidrio . es decir. en caso de rotura. cortar.Pueden templarse vidrios de espesor inferior a 2 mm . Este tipo de vidrio está destinado al acristalamiento en general y de seguridad. técnica aeroespacial etc) . espesores y colores. Ventajas : . una vez que se ha templado. TEMPLE POR INTERCAMBIO DE IONES El templado químico se realiza sumergiendo al vidrio en un baño de sales de fusión a una temperatura de 450º aproximadamente. . taladrar ni biselar. entradas de edificios. más pequeños. Mediante este proceso se produce un intercambio iónico donde los iones contenidos en el vidrio ( Na +).El vidrio templado químicamente puede retocarse ( cortarse.Aplicaciones del vidrio templado El vidrio templado se utiliza en aquellas aplicaciones en las que es importante una alta resistencia. divisiones interiores y otros usos que requieren una mayor resistencia y seguridad. este vidrio se fragmenta del mismo modo que un vidrio no templado. por ejemplo.Ausencia de distorsiones ópticas . pulido con chorro de arena ni grabado al ácido. como puertas correderas. pero no puede sustituir al vidrio templado térmicamente en aquellos casos en los que sea necesario garantizar la seguridad de las personas ( construcción. Todo lo anteriormente expuesto nos lleva a concluir que el vidrio templado químicamente es idóneo para su aplicación en determinados campos ( óptica. mamparas de baño y ducha. mobiliario etc).No hay riesgo de roturas espontáneas . se cambian por los iones contenidos en las sales ( K +) . presentando aristas que pueden resultar altamente lesivas para las personas. El vidrio templado no se puede transformar. Inconvenientes: .Se pueden templar en el mismo baño vidrios de diferentes formas. pulirse etc) después del proceso. Tampoco puede ser modificado. ya que esto podría debilitarlo y causar daños prematuros. es/?sec=quimico .VIDRIO.VIDRIO.VIDRIO.com/search/DataSheet.uniovi.TiposVidrio.matweb.aspx?MatGUID=b0dbbac859444ffe98307f24ffd4 c6a2 ● http://www. Templado ● http://es.matweb. 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