Vidrios – Vitrocerámicas

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EL VIDRIO


El vidrio es un material que se puede encontrar de forma natural. Es una materia amorfa que no tiene una estructura cristalina y por tanto, las partículas que la forman están ordenadas al azar.

El Vidrio también puede ser obtenido artificialmente pero se diferencia de los naturales porque estos siempre presentan un inicio de cristalización.

OBTENCIÓN DEL PRODUCTO (MATERIA PRIMA)

Los vidrios naturales más conocidos son la obsidiana, las tectitas y la fulgurita.

VIDRIOS NATURALES

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.

PROPIEDADES DEL VIDRIO

El vidrio es una substancia dura y quebradiza en frío, pero pastosa y plástica a temperaturas elevadas, generalmente transparente o translucida, resistente a la acción de la mayoría de los agentes químicos ordinarios y que se disuelve en ácido fluorhídrico, mala conductora del calor y de la electricidad, hecha generalmente fundiendo una mezcla de sílice y potasa o sosa con pequeñas cantidades de otras bases y a la que se puede dar diferentes coloraciones, mediante la adición de óxido metálicos, y varias formas conformándola en caliente.

  • Transparente.
  • Translúcido.
  • Impermeable.
  • Resistente a condiciones medioambientales.
  • Resistente a agentes químicos.
  • Duro pero a la vez muy frágil.

TIPOS DE VIDRIOS

-Vidrio de plomo: Este tipo de vidrio utiliza en su fabricación plomo, el cual sustituye el óxido de calcio, lo cual además de aportar la  transparencia que caracteriza al vidrio, logra absorber perfectamente los rayos ultravioletas, mejora la ductilidad y la capacidad de aislamiento del material.

PLOMO

-Sódico cálcico: Refiere al tipo de vidrio que durante su elaboración se emplea el sílice como componente principal, además se utiliza calcio y sodio, que le otorga cierta estabilidad y facilita la fusión de los componentes. Su fundición es muy fácil, por lo cual es del tipo mas económico del mercado

CALCICO

-Vidrio de borosilicato: Refiere al tipo de vidrio que emplea sílice y boro en su elaboración aportando mayor resistencia ante el calor y los cambios de temperatura. Es muy empleado en la elaboración de utensilios.

BOROSCILATO

-Vidrio de sílice: Es el que contiene mayor cantidad de sílice entre sus componente. Logra ser uno de los mas resistentes al calor y uno de los más tediosos al ser trabajados. Es muy utilizado  como revestimiento de horno.

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-Vidrio templado: Posee una alta resistencia mecánica y una gran seguridad ante roturas. Este luego del templado no es posible hacerle ningún corte, por lo cual se prepara en su totalidad antes de este proceso, el cual consiste en calentar el vidrio a una temperatura inferior al de ablandamiento y posteriormente se emplean chorros de aire frío para enfriarlos bruscamente.

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– Vidrio antirreflectante: Es un tipo de vidrio que posee una textura en su superficie debido a un tratamiento dado en sus dos caras, que le hace disminuir la reflexión de la luz sin generar cambios es los colores. Es muy empleado como protección de cuadros y en acristalamiento.

ANTIREFLECTANTE.JPG

Vidrio laminado: Se trata de un conjunto de dos  o más vidrios que para unirse utilizan unas láminas plásticas que otorgan una excelente transparencia, adherencia, elasticidad y resistencia. Es muy resistente al impacto, a la penetración, absorbe las radiaciones ultravioletas y posee buenas propiedades acústica.

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-Vidrio laminado acústico: Se trata de vidrios ya laminados que poseen un PVB especial que le proporciona un mayor aislamiento acústico, protegiendo perfectamente contra el ruido

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-Vidrio insulado o doble: Refiere al grupo de vidrio que es separado por una capa de gas o aire, lo cual disminuye el campo de sonido y logra ofrecer grandes combinaciones decorativas.  Estos poseen un buen rendimiento acústico y térmico.

INSULADO

-Vidrios serigrafiados: Estos tipos de vidrios se distinguen por tener en una de sus caras una plancha de esmaltes vitrificables utilizando para ello un proceso de serigrafiado. El vidrio luego de ser templado solo queda la serigrafía unificada con el vidrio, el cual no puede ser separado de este, ni tampoco puede ser alterado.

SERIGRAFIADO

– Vidrio pintado: Es el tipo de vidrio que se fabrica partiendo del vidrio float. Este posee una pintura especial que le aporta un acabado con excelente brillo y una mayor resistencia. Es muy empleado en la fabricación de muebles de tiendas, oficinas, hoteles, museos, casas, etc.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL VIDRIO

En la fabricación del vidrio se emplea generalmente hornos continuos, alimentados constantemente por uno de sus extremos por materias primas y que proporciona, por el otro extremo, vidrio pastoso y ya afinado (mantenido en fusión en el interior del horno a unos 1500ºC ) y, por tanto, sin gases. El vidrio suele ser trabajado a temperaturas del orden de 800ºC  con máquinas y instalaciones de rendimientos muy elevados.

Captura vidrio

Captura PROCESO VIDRIO

En este video se muestra el proceso de fabricación del vidrio

Conformación por soplado automático: el material vítreo (vidrio fundido) entra en un molde hueco cuya superficie interior tiene la forma que queramos darle al vidrio, mejor dicho, la forma del objeto final. Una vez cerrado el molde, se inyecta aire comprimido en su interior para que el material se adapte a sus paredes. Tras enfriarse, se abre el molde y se extrae el objeto.

soplado

Como puedes ver, al principio al vidrio fundido se le da una preforma, y al final, la parte que sobra llamada rebaba, se corta.

Esta técnica se utiliza para la fabricación de botellas, frascos, vasos, etc.

Conformación por flotación sobre un baño de estaño: Este tipo de técnica se utiliza para obtener láminas de vidrio, por ejemplo para fabricar cristales y lunas. El material fundido se vierte en un depósito que contiene estaño líquido. Al ser el vidrio menos denso que el estaño, se va distribuyendo sobre el estaño (flota) formando una lámina, la cual es empujada por un sistema de rodillos hacia un horno de recocido, donde se enfría. Una vez frío se cortan las láminas.

flotacion

EL VIDRIO PLANO FINO: especialmente empleado para colocarlo en puertas y ventanas, es fabricado por estirado vertical de la masa en forma de cinta continua que es arrastrada e igualada por varios pares de rodillos y cortada regularmente a las dimensiones establecidas.

Podemos encontrar tres tipos de estirado vertical

Sistema fourcault

fabricació del vidre per sistema fourcault

Sistema Lib Obey-Owens

fabricació del vidre per sistema lib bey-owens

Sistema Pittsburg

fabricació del vidre per sistema burgh

LOS CRISTALES PLANOS GRUESOS: como los de los escaparates, las lunas, etc, son obtenidos vertiendo la masa del crisol en una mesa de manera que forma una capa que es laminada y arrastrada por rodillos y después de haberla sometido a recocido es cortada.

fabricació del vidre per laminació

OTROS OBJETOS DE VIDRIO: son obtenidos por presión utilizando moldes o matrices (como los platos, ceniceros, prismáticos, esférica, etc).

fabricació del vidre enmotllats de vidre

LAS FIBRAS DE VIDRIO ESTIRADO: (fibra de vidrio) son obtenidas por estiraje en maquinas especiales provistas de hileras.

VIDRIOS ESPECIALES

EL VIDRIO ARMADO: (provisto interiormente de una tela metálica).

fabricació del vidre armat

LOS VIDRIOS DE SEGURIDAD :(obtenidos calentando láminas homogéneas a unos 750ºC y enfriándolo rápidamente, constituidos por varias láminas de diversos espesores con juntas a base de materiales orgánicos elásticos, etc)

fabricació del vidre de seguretat

EL VIDRIO ESMERILADO: (obtenido por chorreado o por un chorro de ácido fluorhídrico)

EL VIDRIO NEUTRO: (que contiene mucha sílice y ácido bórico y es muy utilizado para hacer frascos para productos farmacéuticos, porque no los altera)

EL VIDRIO ONDULADO: (obtenido al someter la lámina todavía plástica a rayos de aire comprimido)

fabricació del vidre de ondulat

EL VIDRIO OPACO: (obtenido por adición de substancias minerales)

APLICACIONES

  • Fachadas
  • Parabrisas
  • Envases
  • Producción de energía
  • Óptico
  • Material de laboratorio
  • Electrodomésticos
  • Teléfonos
  • Cocina y menaje
  • Decoración y bisutería

RECICLAJE

El vidrio es un material totalmente reciclable y no hay límite en la cantidad de veces que puede ser reprocesado. Al reciclarlo no se pierden las propiedades y se ahorra una cantidad de energía de alrededor del 30 % con respecto al vidrio nuevo.

Para su adecuado reciclaje el vidrio es separado y clasificado según su tipo el cual por lo común está asociado a su color, una clasificación general es la que divide a los vidrios en tres grupos: verde, ámbar o café y transparente.

El reciclaje del vidrio es muy importante para el cuidado del ambiente ya que ayuda a que sea menor la basura en los tiraderos públicos, además de que produce un ahorro en las materias primas utilizadas para su elaboración. Las características del vidrio hacen que este se pueda reciclar indefinidamente y ser utilizado en cualquier tipo de productos, ya que las altas temperaturas del proceso de elaboración, eliminan cualquier vestigio de contaminación. El proceso de reciclaje comienza en todas las casas, con la simple separación de la basura de acuerdo a los materiales y origen.RECICLAJE

Instrucciones.

  • Separe las botellas de vidrio del resto de la basura y de ser posible sin mezclar con vidrios de otras fuentes, como de los utilizados en mesas, refractarios y algunos tipos más que deben mantenerse separados.
  • El vidrio se limpia mediante diversos productos químicos que ayudan a eliminar las etiquetas y otros residuos que pudieran contener, además de la basura, arena, polvo y grasa.
  • Separación del vidrio de diversos componentes que aún pudieran estar mezclados como corcho, cartón, plásticos y metales que son muy utilizados en combinación con diversas botellas de vidrio.
  • Molienda del vidrio. En esta etapa el vidrio se machaca para obtener pequeños pedazos de cristal de un determinado tamaño para ser utilizado en el proceso de fabricación de más vidrio.
  • Tamizado de los cristales para separar los del tamaño deseado para el proceso, donde también suele existir una serie de imanes para eliminar cualquier posible residuo de metal.
  • Fundido de los cristales en combinación con materias primas utilizadas en la elaboración del vidrio, como caliza, arena e hidróxido de sodio. Generalmente se utiliza un cincuenta por ciento de materias primas nuevas y un cincuenta por ciento de vidrio reciclado. Los porcentajes y la manera en que se recicla pueden varias dependiendo de los usos a los que se vaya a destinar el vidrio, pero debido a que el proceso implica temperaturas de mil seiscientos grados centígrados, casi no existe aplicación para la que se permita su uso.
  • Posteriormente el vidrio fundido es moldeado por diversos procesos que dependen del producto a obtener. Estas etapas suelen ocurrir en las plantas de productos terminados donde se van a utilizar directamente, en tanto que las recicladoras llegan cuando mucho a la etapa de molienda y trituración, para vender el cristal ya limpio y de un tamaño determinado a las empresas que fabrican cristal para algunos de sus productos o como producto final.

VITROCERÁMICAS

Las vitroceramicas son uno de los materiales cerámicos más sofisticados, pues combinan la naturaleza de los cerámicos cristalinos y los vidrios. En efecto, son materiales parcialmente cristalinos y parcialmente vítreos.

OBTENCIÓN DEL PRODUCTO (MATERIA PRIMA)

Las vitrocerámicas comienzan por obtenerse como un producto común de vidrio. Se conforma la pieza mientras el material está en su forma vítreo, así puede obtenerse formas complicadas. Una vez obtenido el producto con la forma deseada, y por medio de un tratamiento térmico cuidadosamente controlado, cristaliza cerca del 90% del material vítreo.

PROPIEDADES DEL MATERIAL

  • Coeficiente de dilatación térmica bajo: Al aumentar la temperatura en 500C, sólo se dilata 0,025mm. Se dilata 90 veces menos que el vidrio, 190 veces menos que el acero inoxidable.
  • Excelente resistencia al choque térmico: la resistencia de las vitroceramicas al impacto mecánico es consecuencia de la eliminación de los poros, que actúan como puntos de concentración de tensiones. Soporte diferencias de temperaturas de 650C entre dos zonas del cristal.
  • Buenas conductividades térmicas.
  • Elevada durabilidad química.
  • Gran resistencia mecánica: La resistencia al choque térmico es el resultado de los bajos coeficientes de dilatación característicos de estos materiales. Mayor resistencia mecánica que el vidrio
  • Alta tenacidad y dureza

DIFERENTES TIPOS

  • Vitrocerámicos técnicos. Son generalmente blancos y se obtienen a partir de materias primas utilizadas en la fabricación de la mayoría de vidrios comerciales. Se agrupan según el componente mayoritario: Li, Mg, B, Ba, etc..Es frecuente la adición de otros óxidos con el fin de variar las propiedades del material.
  • Vitrocerámicos para usos arquitectónico o industrial del tipo de materiales petrúrgicos. Cuya
  • Materia prima está constituida por rocas, minerales y mezclas de ambos y que pueden obtenerse incluso por procesos de sinterización.
  • Vitrocerámicos de usos arquitectónicos a partir de residuos industriales. Fabricados a partir de escorias y desechos de origen metalúrgico, o bien fabricados a partir de las cenizas de combustión de sólidos y residuos industriales.
  • Materiales Vitrocerámicos de uso técnico o doméstico obtenidos a partir de materias primas puras.

PROCESO DE FABRICACIÓN

Existen tres vías principales para producir vitrocerámicas :

  1.  Tratamiento térmico del vidrio sólido (desvitrificación controlada), la vía tradicionalmente utilizada.
  2.  Enfriamiento controlado de un vidrio fundido, conocido como método petrúrgico. Utilizando el método petrúrgico, el enfriamiento lento desde el estado fundido provoca la nucleación y el crecimiento de ciertas fases cristalinas. Por tanto, la microestructura final (y por ello las propiedades) depende principalmente de la composición y de la tasa de enfriamiento. Éste es el proceso que se utiliza para obtener vitrocerámicas a partir de materias primas naturales o residuos tóxicos, siguiendo ciclos térmicos similares a los procesos térmicos naturales.
  3. Sinterización y cristalización de polvos vítreos: El polvo prensado densifica a temperaturas relativamente bajas a través de un mecanismo de flujo viscoso; después se produce la cristalización mediante los tratamientos térmicos a temperatura y duración controlados para obtener la microestructura idónea. A veces, los dos fenómenos de densificación y cristalización se pueden dar en una sola etapa. Además de la ventaja económica de usar procesos de relativamente baja temperatura, la tecnología del polvo vítreo es adecuada para la producción de un rango de materiales avanzados, que incluye vitrocerámicas con porosidades específicas y compuestos de matrices vitrocerámicas.

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FABRICACIÓN

Las vitroceramicas se obtienen al someter al vidrio al proceso de desvitrificación de forma controlada, que consiste en transformar los vidrios desde un estado no cristalino a un estado cristalino mediante un tratamiento a temperatura elevada. El resultado es la producción de un material, de grano muy pequeño el cual está libre de tensiones residuales, llamado vitrocerámica. Un agente nucleante deber ser añadido durante la fusión para inducir el proceso de cristalización. Después de añadir el nucleante procedemos al conformado el cual se realiza mediante dos tipos de técnicas: moldeo por presión o soplado, o por fundición. La elección del método depende de la temperatura de fusión del vidrio, su viscosidad y otras propiedades. Por último se realiza la nucleación, que puede ser homogénea o heterogénea dependiendo de la composición y estructura atómica. En el proceso de obtención de estos materiales se puede conservar la forma original conferida al vidrio de partida por los métodos convencionales de moldeado de vidrios (proceso tradicional), o se puede conservar la forma de la mezcla de materias primas fundidas, cristalizando el fundido por enfriamiento lento (procesado de tipo petrúrgico) o bien, sinterizando al mismo tiempo de cristalizar (cristalización de polvos vítreos). Obtenemos cerámicas totalmente densificadas y libres de porosidad, además de viscosidad grande y coeficiente de dilatación bajo.

APLICACIONES

  •  Hornos, placas de vitrocerámicas para cocina y chimeneas: debido a su baja dilatacion termica, gran resistencia a altas temperaturas y al choque termico, permite el paso de la luz visible e infrarroja pero no se calienta lateralmente con lo que podemos tener zonas a 500 ºC y zonas a temperatura ambiente

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  •  Vitroceramicas para implantes : Se utilizan como relleno en composites dentales, cementos óseos y en material de recubrimiento.

implantes

  •  Proyectiles de alta velocidad: Consiste en una cerámica vítrea rica en sílice y a base de cordierita, posee gran transparencia al radar, por lo que se usa en el fuselado aerodinámico que cubre la antena de radar de los proyectiles.

proyectiles

  •  Intercambiadores de calor
  •  Aisladores
  •  Circuitos integrados
  •  Transformadores de altas prestaciones

RECICLAJE

La mayor ventaja del proceso vitrocerámico es que, debido al propio proceso de vitrificación de partida que implica su obtención, permite incorporar en su composición numerosos residuos mineros e industriales, tales como escorias, cenizas volantes, lodos o fangos… que pueden, de esta manera, no sólo ser inertizados, sino, además, convertirse, sin riesgo para el medio ambiente, en materias primas útiles para fabricar nuevos productos.

TEST DE VIDRIOS Y VITROCERÁMICAS

WEBGRAFIA – BIBLIOGRAFIA

https://cv3.sim.ucm.es/access/content/group/curriculo-3313-1/wiki/VitrocerCmicas.pdf

https://es.wikiversity.org/wiki/Vidrios_cer%C3%A1micos

Gran enciclopedia Catalana

http://www.aulatecnologia.com/ESO/TERCERO/teoria/petreos/materialesconstruccion.htm

https://valerypc25.wordpress.com/tercero/bimestre-3/tareas/reciclado-de-papel-vidrio-y-plastico/

http://hablandoenvidrio.com/categoria/la-mirada-de/

http://www.ecovidrio.es/

http://www.mastiposde.com/vidrios.html

https://es.wikipedia.org/wiki/Vidrio

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