08.01.2021 - Friedrich-Schiller-Universität Jena

El proceso refinado permite que el cristal fino de alta resistencia

Un científico de materiales de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, Alemania, ha sido premiado con una prestigiosa "Beca de Prueba de Concepto ERC" del Consejo Europeo de Investigación para seguir desarrollando y perfeccionando un proceso que permite el endurecimiento térmico del vidrio muy fino.

Durante décadas, el proceso de templado térmico ha desempeñado un papel importante en el aumento de la resistencia del vidrio y, por tanto, en la garantía de una mayor durabilidad. Con esta técnica, las hojas de vidrio convencionales se refuerzan de manera simple y altamente eficiente. Esto ha hecho posible la fabricación de numerosos productos de vidrio que hoy en día se dan por sentados. El vidrio reforzado térmicamente se puede encontrar cubriendo módulos solares, como vidrio de seguridad o incluso en las mamparas de las duchas. Como otro ejemplo, el proceso bien establecido permite la producción de lunas para automóviles que se rompen en pequeños trozos granulares de manera controlada en caso de accidente u otros daños, protegiendo así a las personas de las lesiones causadas por los fragmentos de vidrio de bordes afilados.

Sin embargo, el templado térmico está sujeto a una serie de limitaciones tecnológicas. En particular, sólo puede utilizarse para productos de vidrio con un cierto espesor mínimo. En el caso de las hojas o sustratos de vidrio, es de unos dos milímetros. Sin embargo, hoy en día, un vidrio mucho más fino suele desempeñar un papel importante en los productos de vidrio modernos. Los vidrios de paredes finas no sólo permiten un ahorro significativo de material y peso, sino que también pueden ser doblados o incluso enrollados. Los científicos de materiales de la Universidad Friedrich Schiller de Jena han perfeccionado ahora un proceso para este fin que podría eliminar las limitaciones del fortalecimiento térmico del vidrio con espesores en el rango de los milímetros y hacer así que el proceso sea aplicable a tipos completamente nuevos de productos de vidrio.

El gradiente crea tensión

"Para templar térmicamente el vidrio, se suele calentar primero a más de 600 grados centígrados y luego se enfría rápidamente, normalmente soplando aire frío sobre él", explica el Prof. Lothar Wondraczek, que dirige el proyecto en la Cátedra de Química del Vidrio. "Esto crea una diferencia significativa en la tasa de enfriamiento entre la superficie y el interior del cuerpo de vidrio". Este gradiente conduce posteriormente a una tensión de compresión superficial permanente, a la que se opone una tensión de tracción en el interior. La interacción entre las dos tensiones produce las propiedades especiales del vidrio templado térmicamente.

El factor decisivo para el proceso es la rapidez con la que se puede extraer el calor del vidrio calentado a través de su superficie. Esto depende a su vez de dos factores: la conductividad térmica del vidrio y el coeficiente de transferencia de calor, es decir, la velocidad con la que el calor se libera al medio ambiente. Mientras que la conductividad térmica está directamente relacionada con la composición química del material y no puede modificarse sin alejarse de las químicas convencionales del vidrio, es definitivamente posible influir en la rapidez con la que se enfría el vidrio.

El enfriamiento más rápido de los tipos de vidrio delgado

Fue precisamente este parámetro en el que se centraron los científicos de materiales de Jena para hacer que el fortalecimiento térmico fuera aplicable al vidrio fino. "Si se utiliza aire para enfriar el vidrio de menos de dos milímetros de espesor, el calor se distribuye internamente tan rápidamente como se disipa. En consecuencia, no hay gradiente y por lo tanto no hay tensión", explica Wondraczek. "Por esta razón, desarrollamos un proceso de templado en el que el vidrio no se templa en el aire sino en un refrigerante líquido". Uno de los retos era encontrar refrigerantes adecuados que ya fueran líquidos a casi temperatura ambiente, pero que no se evaporaran a temperaturas muy superiores a los 800 grados centígrados.

Esto permite que el proceso de templado térmico se extienda a un vidrio particularmente fino, así como a un vidrio de forma no convencional. "En estudios preliminares, hemos podido demostrar que el proceso también es ampliamente aplicable", dice Wondraczek. "Por lo tanto, ahora queremos ponerlo en práctica." Por un lado, este proceso podría reemplazar métodos más complejos, costosos y dañinos para el medio ambiente para mejorar la resistencia de los tipos de vidrio delgado. Por otro lado, el uso del vidrio como material podría ampliarse, por ejemplo en la ingeniería eléctrica o también para simples objetos cotidianos como ciertos tipos de envases, inyectores médicos o pajillas para beber.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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