unidad 3 hector torres
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Materiales y procesos de fabricación III: unidad 3; Vidrio
Héctor Arturo Torres Ramírez
Joyería en vidrio plano con elementos de cobre
¿Qué es el vidrio?
El vidrio es un material cerámico amorfo,
duro, frágil y transparente, formado por una
combinación de Dioxido de sílice (SiO2),
carbonato de sodio (Na2CO3) y Cal
(CaCO3) calentada a 1500°C.
En español el termino cristal es usado
frecuentemente como sinónimo de vidrio, sin
embargo en términos científicos es
incorrecto debido a que a diferencia de los
cristales, el vidrio no tiene una estructura
molecular ordenada.
Estructura molecular amorfa del vidrio
Estructura molecular tetraédrica de diamante
El vidrio aunque duro y frágil tiene un
comportamiento similar a los líquidos, con una
fluidez tan lenta, que solo fuimos consientes de
esta con el paso de los siglos, este estado de la
materia se conoce como estado vítreo.
Compatibilidad
Dentro de la ingeniería estructural; Se conoce como compatibilidad a la capacidad de los materiales de trabajar en conjunto dentro de un sistema estructural sin que su unión cause fallas.
Existen dos tipos de incompatibilidades:
Incompatibilidad física; aquella derivada de comportamientos físicos del material, diferencias elásticas o de dilatación
Incompatibilidad química: derivada de las reacciones químicas que podrían debilitar la estructura.
En el caso del vidrio, sufre de dos situaciones de compatibilidad, en primera instancia la compatibilidad química, aunque el vidrio en temperatura ambiente es resistente a agentes químicos, a temperaturas superiores a 800°C se muestra gran reactividad. A temperaturas ambiente requiere un material que sufra una dilatación termina similar para no generar estrés en el material. El cobre y materiales derivados (latón y bronce) resultan ser los directamente compatibles.
Concreto y acero, son materiales compatibles por que sus índices de dilatación térmica son similares.
Ejemplo de compatibilidad entre vidrio y cobre
Materiales y herramientas
Pedacería de vidrio plano de 3mm marca Spectrum
Alambre calibre 10
Pinza de abrir
Cortador de vidrio
Cortado de vidrio
El cortado de vidrio, comienza con el trazo
de una ranura de estrés. Una sección
superficial del vidrio es penetrada por la
rueda de corte del cortador.
Esta ranura acumula la el esfuerzo
cuando se aplica una fuerza
perpendicular.
Generando un quiebre parejo del vidrio.
La fuerza debe ser aplicada en todo
momento en el sentido de la ranura de
estrés, de otra manera al aplicar
demasiada fuerza este puede estallar
debido a su naturaleza cerámica.
Generalmente es mas fácil cortar grandes
dimensiones de vidrio que las pequeñas,
debido a que se puede aportar mas
fuerza por el efecto palanca, sin embargo
en áreas de trabajo pequeñas como las
de este ejercicio, se requiere pinzas para
abrir para usar efectivamente la fuerza y
provocar el quiebre.
Rueda cortadora
Vista lateral
Vista frontal Rueda cortadora
Ranura de estrés
Fuerza perpendicularAcumulación de estrés
apoyo
apoyo
apoyo
Menos distancia, requiere mas fuerza
vidrio
Proceso
vitro-fusión El horno de vitro-fusión, es
un equipo eléctrico que induce calor al vidrio a través
de resistencias eléctricas en una cámara aislada
térmicamente, el vidrio es sintetizado a una
temperatura superior a 1600°C, sin embargo, el vidrio
ya sintetizado presenta un estado similar a un fluido
desde temperaturas de 800°C, dos piezas de vidrio de
la misma densidad a esta temperatura pueden unirse
de manera consistente. Durante este ejercicio se uso
una placa de cordierita, un material cerámico refractario
para generar una superficie inferior mas lisa cubierto con
feldespato un desmoldantede color blanco que evita que
el vidrio se adhiera a la cordierita.
resistencias
cordierita
Feldespato
Horno de vitrofusión
vitro-fusión Para lograr una pieza exitosaEs necesario acomodar las piezas de la siguientemanera, el vidrio debe apilarse de manerahorizontal como un sándwich, en el caso de esteejemplo, las piezas se ordenaron en este orden.
Dos piezas de color azul se acomodan en la base,una pieza de vidrio transparente, entre ambas seacomodan la pieza de cobre.
El calentamiento de la pieza debe ser paulatino,se calientan en aumentos de 200°c cada 15minutos, es decir la temperatura de vitro fusiónse alcanza en el lapso de una hora.
Cuando el material alcanza esta temperatura,fluye y la gravedad empuja el material haciaabajo, los bordes del material se redondean poracción de la tensión superficial, quedan unidosen una sola pieza. La pieza sufre unensanchamiento debido a la fluidez del materialrazón por la cual estas deben espaciarseaproximadamente 2 cm.
El enfriamiento se realiza dentro de la cámaraaislada, de manera paulatina debido a que siocurre un enfriamiento rápido, la contraccióndel material puede inducir una fractura.
Piezas de colores
Vidriotransparente
Pieza de cobre
Vista superior
Vista lateral Vidriotransparente
calentamiento800°CFuerza de gravedad
Encapsulamiento
Pieza de cobre
Ejemplos: joyería
Moldeado de vidrio
Esta fluidez del material permite conformar piezascurvas de vidrio, estas se logran con un molde, unaestructura rígida resistente al calor cubierto deseparante, en este frutero, los elementos sedispusieron de la siguiente manera:
Vista superior
molde
vidrio
Corte lateral
Calentamiento a 800°C
Desplazamiento en sentido de la gravedad
Conclusión
El vidrio es un material que aporta cualidades únicas como su transparencia, la capacidad de filtrar la luz y la capacidad de no contaminar los alimentos ni los sabores debido a su resistencia a los agentes químicos, cualidades que solo pudieron ser emuladas hasta la aparición de los polímeros bien entrado el siglo 20. convirtiéndolo en un material importante en procesos industriales.
Sus procesos son relativamente sencillos, aunque requieren de grandes fuentes de energía. Los productos son tan rentables que se encuentran amplio ejemplos en el mercado. Dentro del diseño industrial extensas permutaciones de expresión y color ampliamente aceptadas por el publico acompañado de un valor percibido similar a las gemas.