Vidrio
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El vidrio es un amorfo (no cristalino ) material sólido que presenta una transición vítrea. Los vidrios son típicamente frágil y puede ser ópticamente transparente.
El tipo más común de vidrio, utilizado durante siglos en y ventanas recipientes para beber, es vidrio sódico-cálcico, compuesto de aproximadamente 75% de sílice (SiO2) más óxido de sodio (Na 2 O) de carbonato de sodio, cal (CaO), y varios aditivos menores. A menudo, el vidrio término se utiliza en un sentido restringido para referirse a este uso específico.
En la ciencia, sin embargo, el vidrio término se define generalmente en un sentido mucho más amplio, incluyendo todos los sólidos que posee una no cristalino (es decir, estructura amorfa) y que exhibe una transición vítrea cuando se calienta hacia el estado líquido. En este sentido más amplio, los vidrios pueden ser de muy diferentes clases de materiales: metálicos aleaciones, se funde iónicos, soluciones acuosas, líquidos moleculares, y polímeros. Para muchas aplicaciones ( botellas, gafas gafas) polímero ( vidrio acrílico, policarbonato, tereftalato de polietileno) son una alternativa más ligera a los cristales de sílice tradicionales.
Vidrio de silicato
Sílice (el compuesto químico SiO 2) es un constituyente fundamental común de vidrio. En naturaleza, vitrificación de cuarzo ocurre cuando rayo cae sobre la arena , formando ramificaciones estructuras huecas, similares a raíces llamadas fulgurita.
Historia
La historia del vidrio creación se remonta a 3500 aC en Mesopotamia . El vidrio término desarrollado a finales del Imperio Romano . Fue en el Centro de fabricación de vidrio romano en Trier, ahora en la Alemania moderna, que la tarde-América glesum término se originó, probablemente de un Palabra germánica para un transparente, sustancia brillante.
Ingredientes de vidrio
Mientras cuarzo fundido (principalmente compuesta de SiO 2) se utiliza para algunas aplicaciones especiales, no es muy común debido a su alto cristal temperatura de transición de más de 1200 ° C (2192 ° F). Normalmente, se añaden otras sustancias para simplificar el procesamiento. Uno es carbonato de sodio (Na 2 CO 3, "soda"), lo que disminuye la temperatura de transición vítrea. Sin embargo, el refresco hace que el vidrio soluble en agua, que es generalmente indeseable, por lo lima ( óxido de calcio [CaO], generalmente obtenido a partir de piedra caliza), algunos óxido de magnesio (MgO) y óxido de aluminio (Al 2 O 3) se añaden para proporcionar una durabilidad mejor química. El vidrio resultante contiene aproximadamente 70 a 74% en peso de sílice y se llama una vidrio sódico-cálcico. Vidrios de sosa-cal representan aproximadamente el 90% del vidrio fabricado.
La mayor parte de vidrio común contiene otros ingredientes añadidos para cambiar sus propiedades. Vidrio de plomo u pedernal vidrio es más "brillante" porque el aumento de índice de refracción hace notablemente más reflexión especular y el aumento dispersión óptica. Adición de bario también aumenta el índice de refracción. Óxido de torio da vidrio un alto índice de refracción y baja dispersión y antiguamente se utilizaba en la producción de lentes de alta calidad, pero debido a su radiactividad ha sido sustituido por óxido de lantano en lentes de ojo moderno. El hierro puede ser incorporada en el vidrio para absorber energía infrarroja, por ejemplo, en el calor de absorción de filtros para proyectores de cine, mientras que de cerio (IV) de óxido puede ser utilizado para el vidrio que absorbe UV longitudes de onda.
La siguiente es una lista de los tipos más comunes de los vidrios de silicato, y sus ingredientes, propiedades y aplicaciones:
- Vidrio fundido de sílice, vidrio de sílice vítrea: sílice (SiO2). Tiene muy baja expansión térmica, es muy duro y resistente a altas temperaturas (1000-1500 ° C). También es la más resistente a la intemperie (iones alcalinos lixiviación del vidrio, mientras que la tinción IT). Se utiliza para aplicaciones de alta temperatura, tales como tubos de los hornos, crisoles de fusión, etc.
- Sosa-cal-sílice vidrio, vidrio de ventana: de sílice 72% + óxido de sodio (Na 2 O) 14,2% + magnesia (MgO) 2,5% + cal (CaO) 10,0% + alúmina (Al 2 O 3) 0,6%. Sea transparente, fácilmente formado y más adecuado para el vidrio de ventana. Tiene una alta expansión térmica y mala resistencia al calor (500-600 ° C). Se utiliza para las ventanas, envases, bombillas, vajilla.
- Vidrio borosilicato de sodio, Pyrex: sílice 81% + óxido bórico (B 2 O 3) 12% + de soda (Na 2 O) 4,5% + alúmina (Al 2 O 3) 2,0%. Stands expansión de calor mucho mejor que el vidrio de la ventana. Se utiliza para cristalería química, vidrio cocinar, faros del coche, etc. Vidrios de borosilicato (por ejemplo, Pyrex) tienen componentes como principal sílice y óxido de boro. Tienen bastante bajos coeficientes de expansión térmica (CTE 7740 Pyrex es 3,25 × 10 -6 / ° C en comparación con aproximadamente 9 × 10 -6 / ° C para un vidrio típico de sosa-cal), haciéndolos más dimensionalmente estable. El CTE inferior también los hace menos sujetos a estrés causado por expansión térmica, por tanto, menos vulnerables a las craqueo de choque termal. Ellos son comúnmente utilizados para las botellas de reactivos, componentes ópticos y utensilios domésticos.
- Plazo de entrega de óxido de vidrio, cristal: sílice 59% + de soda (Na 2 O) 2,0% + óxido de plomo (PbO) 25% + óxido de potasio (K 2 O) 12% + 0,4% + alúmina de óxido de zinc (ZnO) 1.5% . Tiene un alto índice de refracción, haciendo que el aspecto de la cristalería más brillante (vidrio cristal). También tiene una gran elasticidad, hacer cristalería 'anillo'. También es más viable en la fábrica, pero no puedo soportar a calentar muy bien.
- Vidrio de aluminio: sílice 57% + 16% + alúmina óxido bórico (B 2 O 3) 4,0% + óxido de bario (BaO) 6,0% + 7,0% + magnesia cal 10%. Ampliamente utilizado para la fibra de vidrio, utilizadas para la fabricación de plásticos reforzados con vidrio (barcos, cañas de pescar, etc.). También para cristal de la lámpara de halógeno.
- Vidrio de óxido: alúmina 90% de óxido de germanio + (GEO 2) 10%. Vidrio muy clara, que se utiliza para guías de onda de fibra óptica en las redes de comunicación. Luz pierde sólo el 5% de su intensidad a través de 1 km de fibra de vidrio.
Otro ingrediente vidrio común es "desperdicios de vidrio" ( vidrio reciclado). El vidrio reciclado ahorra en materias primas y energía; Sin embargo, las impurezas en el vidrio de desecho pueden conducir al fracaso de daños materiales.
Agentes de clarificación, tales como sulfato de sodio , cloruro de sodio , o óxido de antimonio se puede añadir para reducir el número de burbujas de aire en la mezcla de vidrio. Cálculo de carga de vidrio es el método por el cual la mezcla correcta de la materia prima se determina para obtener la composición vítrea deseada.
La producción de vidrio contemporáneo
Siguiendo el preparación de la tanda de vidrio y mezcla, las materias primas se transportan al horno. Vidrio de sosa y cal para la producción en masa se funde en gas unidades despedido. Hornos de menor escala para las gafas de especialidad incluyen hornos de fusión eléctricos, hornos de crisoles y tanques días.
Después de la fusión, la homogeneización y refinación (eliminación de burbujas), el vidrio es formado. Vidrio plano para ventanas y aplicaciones similares está formado por la proceso de vidrio flotado, desarrollado entre 1953 y 1957 por Sir Alastair Pilkington y Kenneth Bickerstaff de Pilkington Brothers el Reino Unido, que creó una cinta continua de vidrio usando un baño de estaño fundido en la que fluye el vidrio fundido sin obstáculos bajo la influencia de la gravedad. La superficie superior del vidrio se somete a nitrógeno bajo presión para obtener un acabado pulido. Vidrio contenedor para botellas y tarros comunes está formado por soplado y prensado métodos. Además vidrio técnicas de formación se resumen en la tabla Técnicas de formación de vidrio.
Una vez que se obtiene la forma deseada, el vidrio es generalmente recocido para la eliminación de tensiones. Superficie tratamientos, recubrimientos o La laminación puede seguir para mejorar la durabilidad química ( revestimientos de vidrio de contenedores, recipiente de vidrio tratamiento interno), la fuerza ( vidrio templado, vidrio a prueba de balas, parabrisas), o propiedades ópticas ( acristalamiento aislante, revestimiento antirreflectante).
Arquitectura
El uso de vidrio en los edificios es una característica transparente para permitir la entrada de luz en habitaciones y pisos, iluminando espacios cerrados y enmarcando una vista exterior a través de una ventana. También es un material para las particiones internas y externas revestimiento.
Fabricación de vidrio en el laboratorio
Nuevas composiciones de vidrio industria química o de las nuevas técnicas de tratamiento pueden ser investigados inicialmente en experimentos de laboratorio a pequeña escala. Las materias primas para masas fundidas de vidrio a escala de laboratorio son a menudo diferentes de los utilizados en la producción en masa debido a que el factor de coste tiene una prioridad baja. En el laboratorio mayoría pura se utilizan productos químicos. Se debe tener cuidado que las materias primas no han reaccionado con la humedad u otros productos químicos en el medio ambiente (tal como alcalino o alcalinotérreo óxidos e hidróxidos metálicos, o óxido de boro), o que las impurezas se cuantifican (pérdida por ignición). Las pérdidas por evaporación durante la fundición de vidrio deben ser considerados durante la selección de las materias primas, por ejemplo, selenito de sodio puede ser preferido sobre fácilmente evaporando SeO2. También, que reaccionan más fácilmente las materias primas pueden ser preferidos sobre relativamente los inertes, tales como Al (OH) 3 sobre Al 2 O 3 . Por lo general, las masas fundidas se llevan a cabo en crisoles de platino para reducir la contaminación del material de crisol. Vidrio homogeneidad se consigue mediante homogeneización de la mezcla de materias primas ( carga de vidrio), por agitación de la masa fundida, y por aplastamiento y re-fusión de la primera masa fundida. El vidrio obtenido es por lo general recocido para evitar la rotura durante el procesamiento.
Con el fin de hacer vidrio a partir de materiales con mala formación de vidrio tendencias, nuevas técnicas se utilizan para aumentar la velocidad de enfriamiento, o reducir factores desencadenantes de nucleación de cristal. Ejemplos de estas técnicas incluyen levitación aerodinámico (enfriar la masa fundida mientras que flota en una corriente de gas), enfriamiento splat (presionando la masa fundida entre dos yunques de metal) y el temple rodillo (verter la masa fundida a través de rodillos).
Ver también: Diseño de la lente óptica, Fabricación y ensayo de componentes ópticos
Otros vidrios
Gafas de red
Algunos vidrios que no incluyen sílice como constituyente principal pueden tener propiedades físico-químicas útiles para su aplicación en la fibra óptica y otras aplicaciones técnicas especializadas. Éstos incluyen vidrios de fluoruro, aluminosilicatos, vidrios de fosfato, vidrios de borato, y vidrios.
Hay tres clases de componentes para gafas de óxido: formadores de red, productos intermedios, y modificadores. Los formadores de red (silicio, boro, germanio) forman una red altamente reticulado de los enlaces químicos. Los compuestos intermedios (titanio, aluminio, circonio, berilio, magnesio, zinc) puede actuar como formadores de red y modificadores, de acuerdo con la composición de vidrio. Los modificadores (calcio, plomo, litio, sodio, potasio) alteran la estructura de la red; que están normalmente presentes en forma de iones, compensado por átomos de oxígeno sin puente cercanos, unidos por un enlace covalente a la red de vidrio y que sostiene una carga negativa para compensar el ion positivo cercano. Algunos elementos pueden desempeñar múltiples funciones; por ejemplo, el plomo puede actuar tanto como un formador de red (Pb 4+ sustitución de Si 4+), o como un modificador.
La presencia de oxígenos sin puente reduce el número relativo de enlaces fuertes en el material e interrumpe la red, la disminución de la viscosidad de la masa fundida y la reducción de la temperatura de fusión.
Los iones de metales alcalinos son pequeñas y móvil; su presencia en el vidrio permite un grado de conductividad eléctrica, especialmente en estado fundido o a alta temperatura. Su movilidad, sin embargo, disminuye la resistencia química del vidrio, lo que permite la lixiviación por el agua y facilitar la corrosión. Iones de tierras alcalinas, con sus dos cargas positivas y requisito de dos iones de oxígeno sin puente para compensar su carga, son mucho menos móviles sí mismos y también obstaculizar la difusión de otros iones, especialmente los álcalis. Los vidrios comerciales más comunes contienen ambos iones alcalinos y alcalinotérreos (por lo general de sodio y calcio), para el procesamiento más fácil y resistencia a la corrosión satisfactoria. Resistencia a la corrosión del vidrio se puede lograr desalcalinización, la eliminación de los iones alcalinos de la superficie del vidrio por reacción con compuestos de azufre por ejemplo, o de flúor. La presencia de iones de metal alcalino tiene efecto también perjudicial para la pérdida tangencial de la copa, y a su resistencia eléctrica ; gafas para equipos electrónicos (sellado, tubos de vacío, lámparas ...) tienen que tomar esto en cuenta.
La adición de plomo (II) óxido disminuye el punto de fusión, se baja viscosidad de la masa fundida, y aumenta índice de refracción. El óxido de plomo también facilita la solubilidad de otros óxidos metálicos, por lo que se utiliza en los vidrios de colores. La disminución de la viscosidad de la masa fundida de vidrio de plomo es muy significativa (aproximadamente 100 veces en comparación con gafas de soda); esto permite la eliminación más fácil de burbujas y trabajando a temperaturas más bajas, por lo tanto, su uso frecuente como aditivo en esmaltes vítreos y soldaduras de vidrio. La altura radio iónico de iones de la Pb 2+ hace altamente inmóvil en la matriz y dificulta el movimiento de otros iones; conducir, por tanto, las gafas tienen una alta resistencia eléctrica, aproximadamente dos órdenes de magnitud mayor que el vidrio de sosa y cal (10 vs 10 8,5 6,5 Ohm · cm, DC a 250 ° C). Para más detalles, consulte vidrio de plomo.
La adición de flúor reduce la constante dieléctrica de vidrio. El flúor es altamente electronegativo y atrae los electrones en la red, la reducción de la polarizabilidad del material. Tal dióxido de silicio-fluoruro se utiliza en la fabricación de circuitos integrados como un aislante. Los altos niveles de flúor plomo dopaje a la formación de volátiles SiF 2 O y tal cristal es entonces térmicamente inestable. Capas estables se lograron con constante dieléctrica a alrededor de 3.5 a 3.7.
Metales amorfos
En el pasado, pequeños lotes de metales amorfos con configuraciones de alta superficie de área (cintas, hilos, películas, etc.) se han producido a través de la aplicación de las tasas extremadamente rápidos de enfriamiento. Esto se denominó inicialmente "enfriamiento splat" por el estudiante de doctorado W. Klement en Caltech, quien mostró que las tasas de enfriamiento del orden de millones de grados por segundo es suficiente para impedir la formación de cristales, y los átomos metálicos se convierten en "examinar" un estado vítreo. Cables de metal amorfo han sido producidos por pulverización catódica de metal fundido sobre un disco giratorio de metal. Más recientemente, un número de aleaciones se han producido en capas con espesor superior a 1 milímetro. Estos son conocidos como vidrios metálicos para granel (BMG). Liquidmetal Technologies vender un número de BMGs base de circonio. Los lotes de acero amorfo también se han producido que demuestran propiedades mecánicas muy superiores a los encontrados en las aleaciones de acero convencionales.
En el año 2004, Investigadores del NIST presentaron pruebas de que una isotrópico fase metálica no cristalino (apodado "q-glass") podría ser cultivado a partir del fundido. Esta fase es la primera fase, o "fase primaria", para formar en el sistema Al-Fe-Si durante el enfriamiento rápido. Curiosamente, la evidencia experimental indica que las formas de esta fase por una transición de primer orden. Imágenes de microscopía electrónica de transmisión (TEM) muestran que los nuclea q-vidrio de la masa fundida en forma de partículas discretas, que crecen esférica con una tasa de crecimiento uniforme en todas las direcciones. La patrón de difracción muestra que es una fase vítrea isotrópico. Sin embargo, hay una barrera de nucleación, lo que implica una discontinuidad interfacial (o superficie interior) entre el vidrio y la masa fundida.
Los electrolitos
Los electrolitos fundidos o sales son mezclas de diferentes iones . En una mezcla de tres o más especies iónicas de tamaño y forma diferente, la cristalización puede ser tan difícil que el líquido puede ser fácilmente sobreenfriado en un vaso. El mejor ejemplo estudiado es Ca 0.4 K 0.6 (NO3) 1.4.
Las soluciones acuosas
Algunas soluciones acuosas pueden subenfriarse, en un estado vítreo, por ejemplo LiCl: R H 2 O en el intervalo de composición 4 <R <8.
Líquidos moleculares
Un líquido molecular se compone de moléculas que no forman una red covalente, pero interactúan sólo a través de débiles fuerzas de van der Waals o mediante transitoria enlaces de hidrógeno. Muchos de los líquidos moleculares pueden subenfriarse, en un vaso; algunos son excelentes formadores de vidrio que normalmente no cristalizan.
Un ejemplo ampliamente conocido es azucar glass.
Bajo condiciones extremas de presión y temperatura sólidos pueden mostrar grandes cambios estructurales y físicas que pueden conducir a transiciones de fase polyamorphic. En 2006 científicos italianos crearon una fase amorfa de dióxido de carbono usando una presión extrema. La sustancia fue nombrado carbonia amorfo (a-CO 2) y exhibe una estructura atómica parecida a la de sílice.
Polímeros
Gafas coloidales
Concentrado suspensiones coloidales pueden exhibir una transición vítrea diferentes como función de la concentración de partículas o la densidad.
Las cerámicas de vidrio
Materiales de vidrio y cerámicas comparten muchas propiedades con tanto vidrio no cristalino y cristalino cerámica. Se forman como un vaso, y luego parcialmente cristalizado por tratamiento térmico. Por ejemplo, la microestructura de la cerámica loza contiene con frecuencia tanto amorfo y fases cristalinas. Granos cristalinos son a menudo incrustadas dentro de una fase intergranular no cristalina de límites de grano. Cuando se aplica a la cerámica loza, vítreo significa que el material tiene una muy baja permeabilidad a los líquidos, a menudo, pero no siempre de agua, cuando lo determine un régimen de prueba especificado.
El término se refiere principalmente a una combinación de litio y aluminosilicatos que los rendimientos de una gran variedad de materiales con interesantes propiedades termomecánicas. La importancia comercial de éstos la mayoría tiene la distinción de ser impermeable a los cambios bruscos de temperatura. Por lo tanto, vitrocerámicas se han vuelto extremadamente útil para cocinar encimera. La negativa coeficiente de expansión térmica (CTE) de la fase cerámica cristalina puede ser equilibrado con el CTE positivo de la fase vítrea. En un punto determinado (~ 70% cristalina) la vitrocerámica tiene un CTE neta cerca de cero. Este tipo de exhibiciones de vidrio-cerámica excelentes propiedades mecánicas y pueden sostener repetida y rápida de la temperatura cambia de hasta 1.000 ° C.
Estructura
Como en otra los sólidos amorfos, la estructura atómica de un vaso carece de cualquier largo alcance periodicidad de traslación. Sin embargo, debido a la química de unión características gafas no poseen un alto grado de orden de corto alcance con respecto al atómica local de poliedros .
Glass frente líquido subenfriado
En física, la definición estándar de un vaso (o sólido vítreo) es un sólido formado por el rápido enfriamiento fusión. Sin embargo, el vidrio término se utiliza a menudo para describir cualquier sólido amorfo que presenta una temperatura de transición vítrea T g. Si el enfriamiento es suficientemente rápida (en relación a la característica tiempo de cristalización), entonces se evita la cristalización y en lugar de la configuración atómica desordenada de la líquido sobreenfriado se congela en el estado sólido a T g. Generalmente, existe la estructura de un vidrio en una estado metaestable con respecto a su forma cristalina, aunque en ciertas circunstancias, por ejemplo en polímeros atácticos, no hay análogo cristalina de la fase amorfa.
Algunas personas consideran vidrio para ser un líquido debido a su falta de primer orden transición de fase en cierta termodinámico variables tales como el volumen , la entropía y entalpía son discontinuas a través de la gama de transición vítrea. Sin embargo, el de transición vítrea puede ser descrito como análoga a una transición de fase de segundo orden, donde las variables termodinámicas intensivas, tales como la expansividad térmica y capacidad de calor son discontinuos. A pesar de esto, la teoría del equilibrio de las transformaciones de fase no se cumple en su totalidad para el vidrio, y por lo tanto la transición vítrea no puede ser clasificado como una de las transformaciones de fase de equilibrio clásicos en sólidos.
| ¿Cuál es la naturaleza de la transición entre un fluido o regular sólida y una fase vítrea? "El problema sin resolver más profundo y más interesante en la teoría del estado sólido es, probablemente, la teoría de la naturaleza del vidrio y la transición vítrea." PW Anderson |
El vidrio es un sólido amorfo. Exhibe una estructura atómica cerca de la observada en la fase de líquido subenfriado pero muestra todas las propiedades mecánicas de un sólido. La noción de que el vidrio fluye de forma apreciable durante períodos prolongados de tiempo no está respaldada por la investigación empírica o análisis teórico (ver viscosidad de los materiales amorfos). Las mediciones de laboratorio de flujo de vidrio temperatura ambiente sí muestran un movimiento consistente con una viscosidad del material del orden de 10 17 -10 18 Pa s.
Aunque la estructura atómica de vidrio comparte características de la estructura en una líquido subenfriado, el vidrio tiende a comportarse como un sólido por debajo de su temperatura de transición vítrea. Un líquido sobreenfriado se comporta como un líquido, pero está por debajo del punto de congelación del material, y en algunos casos se cristalizará casi instantáneamente si un cristal se añade como un núcleo. El cambio en la capacidad calorífica a una transición de vidrio y una transición de fusión de los materiales comparables son típicamente del mismo orden de magnitud, lo que indica que el cambio en activo grados de libertad es comparable también. Tanto en un vaso y en un cristal es principalmente sólo el grados de libertad vibratorios que se mantienen activas, mientras que rotacional y movimiento de traslación es arrestado. Esto ayuda a explicar por qué tanto cristalinos y no cristalinos exhiben sólidos rigidez en escalas de tiempo más experimentales.
Comportamiento de cristal antiguo
La observación de que las viejas ventanas se encuentran a veces sea más grueso en la base que en la parte superior a menudo se ofrece evidencia de apoyo para la opinión de que el vidrio fluye sobre una escala de tiempo de siglos. La suposición es que el cristal era una vez uniforme, sino que ha fluido a su nueva forma, que es una propiedad de líquido. Sin embargo, esta suposición es incorrecta; una vez solidificado, el vidrio no fluye más. La razón de la observación es que en el pasado, cuando los paneles de vidrio se hacen comúnmente por sopladores de vidrio, la técnica utilizada fue a girar vidrio fundido a fin de crear una ronda, en su mayoría plana e incluso placa (la proceso de vidrio corona, descrito anteriormente). A continuación, esta placa se cortó para adaptarse a una ventana. Las piezas no eran, sin embargo, absolutamente plana; los bordes del disco se convirtieron en un espesor diferente como el hilado de vidrio. Cuando se instala en un marco de ventana, el vidrio se coloca con la parte gruesa hacia abajo tanto para el bien de la estabilidad y para evitar que el agua se acumula en el plomo cames en la parte inferior de la ventana. De vez en cuando dicho vidrio se ha encontrado lado más delgado o más grueso hacia abajo a ambos lados del borde de la ventana, el resultado de la falta de cuidado durante la instalación.
La producción en masa de los cristales de las ventanas de vidrio en el siglo XX causó un efecto similar. En las fábricas de vidrio, el vidrio fundido se vertió sobre una mesa de enfriamiento grande y permitir que se extienda. El vidrio resultante es más gruesa en el lugar del vertido, situado en el centro de la hoja grande. Estas láminas se cortaron en cristales de las ventanas más pequeñas con un espesor no uniforme, típicamente con la ubicación de la verter centrado en uno de los paneles (conocido como "ojos de buey") para efecto decorativo. Cristal moderno destinado para las ventanas se produce como flotar el vidrio y es muy uniforme en el espesor.
Varios otros puntos se puede considerar que contradice la teoría del "flujo de vidrio catedral":
- Escribiendo en el American Journal of Physics, ingeniero de materiales Edgar D. Zanotto afirma "... el predicho tiempo de relajación para GeO 2 en temperatura ambiente es 10 32 años. Por lo tanto, el período de relajación (tiempo de flujo característico) de gafas catedral sería incluso más tiempo ". (10 32 años son muchas veces más que el estimado la edad del Universo .)
- Si el vidrio medieval ha fluido sensiblemente, a continuación, romano antiguo y objetos egipcios deben haber fluido proporcionalmente más - pero esto no se observó. Del mismo modo, prehistórico navajas de obsidiana deberían haber perdido su ventaja; esto no se observa bien (aunque obsidiana puede tener una diferente la viscosidad del vidrio de ventana).
- Si el vidrio fluye a una velocidad que permite a los cambios que se observan a simple vista después de siglos, el efecto debe ser perceptible en antiguos telescopios . Cualquier ligera deformación en las lentes telescópicas antiguos conduciría a una disminución dramática en el rendimiento óptico, un fenómeno que no se observa.
- Hay muchos ejemplos de siglos de edad, estanterías de cristal que no ha doblado, a pesar de que está bajo mucho mayor estrés de las cargas gravitatorias que el vidrio ventana vertical.
Lo anterior no se aplica a materiales que tienen una temperatura de transición vítrea cerca de la temperatura ambiente, como algunos tipos de plástico utilizados en la vida diaria, como el poliestireno y polipropileno.
Propiedades físicas
Propiedades ópticas
El vidrio es de uso generalizado debido en gran parte a la producción de composiciones de vidrio que son transparentes a longitudes de onda visibles de la luz. En contraste, materiales policristalinos no lo hacen en luz visible de transmisión general. Los cristalitos individuales pueden ser transparentes, pero sus facetas ( los límites de grano) reflejan o dispersan la luz que resulta en reflexión difusa. Glass no contiene las subdivisiones internas asociadas con los límites de grano en policristales y por tanto no dispersar la luz de la misma manera como un material policristalino. La superficie de un vidrio es a menudo suave ya que durante la formación del vidrio las moléculas del líquido subenfriado no están obligados a disponer en geometrías de cristal rígidos y pueden seguir la tensión superficial , que impone una superficie microscópicamente lisa. Estas propiedades, que dan vidrio su claridad, se pueden conservar incluso si el vidrio es parcialmente absorbente de la luz es decir color.
El vidrio tiene la capacidad de refractar, reflejar y transmitir siguiente luz la óptica geométrica, sin dispersarla. Se utiliza en la fabricación de lentes y ventanas. El vidrio común tiene una índice de refracción alrededor de 1,5. De acuerdo a Ecuaciones de Fresnel, la reflectividad de una hoja de vidrio es de aproximadamente 4% por unidad de superficie (en incidencia normal en el aire), y el transmisividad de un elemento (dos superficies) es de aproximadamente 90%. Glass también encuentra aplicación en optoelectrónica por ejemplo, para transmisor de luz fibras ópticas .
Color
Color en el vidrio se puede obtener mediante la adición de iones cargados eléctricamente (o centros de color) que se distribuyen homogéneamente, y por precipitación de partículas finamente dispersas (como en vidrios fotocrómicos). Ordinario vidrio de sosa-cal parece incoloro a simple vista cuando es delgada, aunque de hierro (II) óxido (FeO) impurezas de hasta 0,1% en peso producen un tinte verde, que se puede ver en piezas gruesas o con la ayuda de instrumentos científicos. Además FeO y Cr 2 O 3 adiciones se pueden utilizar para la producción de botellas de color verde. azufre , junto con carbono y sales de hierro, se utiliza para formar polisulfuros de hierro y producir vidrio de color ámbar que van desde amarillento a casi negro. Una masa fundida de vidrio también puede adquirir un color ámbar a partir de una atmósfera de combustión reductor. El dióxido de manganeso se puede añadir en pequeñas cantidades para eliminar el tinte verde dada por el hierro (II) de óxido. Cuando se utiliza en arte en vidrio o vaso de vidrio de estudio es de color usando recetas celosamente guardados que involucran combinaciones de óxidos metálicos, las temperaturas de fusión y los tiempos de 'cocinero'. La mayor parte de vidrio de color utilizado en el mercado del arte se fabrica en volumen por proveedores que sirven a este mercado aunque hay algunos fabricantes de vidrio con la capacidad de hacer su propio color de las materias primas.
Arte de cristal
Desde el siglo 19, varios tipos de cristal de lujo comenzaron a convertirse en ramas importantes de la artes decorativas. Cristal Cameo fue revivido por primera vez desde que los romanos, inicialmente utiliza sobre todo para las piezas de un neo-clásico estilo. El Art Nouveau movimiento en particular, hizo un gran uso de vidrio, con René Lalique, Émile Gallé, y Daum Nancy de nombres importantes de la primera ola francesa del movimiento, produciendo jarrones de colores y piezas similares, a menudo en vidrio camafeo, y también utilizando técnicas de brillo. Louis Comfort Tiffany en América especializado en vidrieras secular, la mayoría de los sujetos de la planta, tanto en paneles y sus lámparas de famosos. Desde el siglo 20, algunos artistas del vidrio comenzaron a sí mismos de clase como en efecto escultores que trabajan en vidrio, y como parte de las bellas artes .
Varias de las técnicas más comunes para la producción de arte en vidrio incluyen: soplado, horno de fundición, fusión, desplome, coronilla-de-verre, llama trabajo, hot-escultura y el trabajo en frío. Trabajo en frío incluye el trabajo vidrieras tradicional, así como otros métodos de conformación de vidrio a temperatura ambiente. Glass también se puede cortar con una sierra de diamante, o las ruedas de cobre incrustado con abrasivos y pulidos para dar relucientes facetas; la técnica utilizada en la creación de Cristal Waterford. Arte veces está grabada en el vidrio mediante el uso de sustancias ácidas, cáusticas, o abrasivos. Tradicionalmente esto se hizo después de que el vidrio se ha quemado o fundido. En la década de 1920 un nuevo proceso de molde de grabado fue inventado, en el que el arte estaba grabada directamente en el molde, de modo que cada pieza de fundición emergió desde el molde con la imagen ya en la superficie del vidrio. Esto redujo los costes de fabricación y, en combinación con un mayor uso de vidrios de colores, dirigidos a la cristalería barato en la década de 1930, que más tarde se conoció como la depresión de vidrio. Como los tipos de ácidos utilizados en este proceso son extremadamente peligrosos, métodos abrasivos han ganado popularidad.
Objetos hechos de vidrio incluyen no sólo los objetos tradicionales como vasos ( cuencos, jarrones, botellas y otros recipientes), pisapapeles, mármoles, perlas, sino un sinfín de escultura y arte de la instalación también. El vidrio coloreado se utiliza a menudo, aunque existen a veces el vidrio se pinta, innumerables ejemplos de la utilización de vidrios de colores.
Museos
Además de las colecciones históricas en museos generales, obras de arte moderno en vidrio se pueden ver en una variedad de museos, incluyendo el Museo Chrysler, el Museo del Vidrio en Tacoma, el Museo Metropolitano de Arte, el Museo de Arte de Toledo, y Corning Museum of Glass, en Corning, Nueva York, que alberga la mayor colección del mundo de arte en vidrio y de la historia, con más de 45.000 objetos en su colección. En febrero de 2000 el Smith Museo de Vitrales, ubicada en Chicago Navy Pier, abrió sus puertas como el primer museo de América dedicado exclusivamente a las vidrieras. El museo cuenta con obras de Louis Comfort Tiffany y John Lafarge, y es gratis todos los días abiertos al público.
La Museo de Historia Natural de la Universidad de Harvard tiene una colección de modelos extremadamente detallados de flores de cristal pintado. Éstas eran soplete, conjugada por Leopold Blaschka y su hijo Rodolfo, quien nunca reveló el método que usó en su fabricación. El Blaschka Flores de vidrio siguen siendo una inspiración para los sopladores de vidrio en la actualidad.
