Vetro

VETRO

Oggi vediamo il vetro che trattiamo subito dopo i materiali ceramici perché per molti aspetti sono ad essi simili.

La particolarità del vetro è il fatto di avere una struttura amorfa, perché vengono raffreddati velocemente durante la loro produzione. Il costituente di base del vetro è l'ossido di silicio.

Il disordine sta nei tetraedri e nel loro legarsi l'uno all'altro.

Il fatto che i vetri abbiano una  struttura disordinata fa si che non ci sia una temperatura di fusione ben definita e in ogni caso si parla di rammollimento, c'è un passaggio graduale dallo stato solido a quello di massa fusa.

Le proprietà sono:

trasparenza proprio per la sua struttura disordinata

è fragile, resiste bene a compressione ma rompe di schianto

è igienico, riciclabile e ha un basso costo di produzione

ecco perché è così presente nella nostra vita quotidiana

LE MATERIE PRIME impiagate sono di tre tipi:

FORMATORI, in grado di dare la struttura vetrosa: silice, anidride borica, anidride fosforica

INTERMEDI, sono in grado di formare il vetro solo se in presenza dei FORMATORI: allumina

FONDENTI, abbassano la temperatura di rammollimento: ossido di sodio, ossido di potassio, ossido di calcio.

COMPOSIZIONE

La struttura è amorfa perché è alta la velocità di raffreddamento.

Lo stato vetroso è instabile,  perché la struttura di equilibrio è quella cristallina quindi col tempo il vetro tende a DEVETRIFICARE cioè tende a tornar e alla struttura cristallina, perde la trasparenza diventando opaco

PRODUZIONE:

Macinazione, dosaggio e miscelazione delle materie prime che possono essere anche rottami di vetro

fusione a 1400-1600 °C in forni a bacino, per la produzione in serie, o forni a crogiolo, per vetri pregiati.

una volta fusa la massa c'è la fase di affinazione e omogeneizzazione del vetro fuso mediante sostanze affinanti che formano gas che trascinano in superficie le bollicine presenti nella massa vetrosa ed operano un rimescolamento.

raffreddamento fino alla temperatura di FORMATURA in cui il materiale deve avere la giusta viscosità per essere lavorato.

FORMATURA, avviene con vari processi a seconda del tipo di manufatto:

a.     Galleggiamento: per i vetri degli infissi, serve per produrre vetri con un determinato spessore, si crea prima uno strato di stagno fuso su cui si versa il vetro fuso, dato che i due materiali hanno differenti masse volumiche la separazione è netta, lo stagno sta sotto e il vetro rimane sopra, e la superficie che ne viene fuori è netta, perfettamente liscia. La produzione è continua e dalla macchina esce un vetro unico che poi verrà tagliato.

b.    Nelle produzioni artigianali si produce per soffiatura (con stampi appositi si da la forma al vetro insufflando aria) o per pressatura, però la finitura poi non è precisa come nel processo float o galleggiamento.

c.     Filatura, per la produzione di fibre di vetro.

d.    dopo la formatura, a volte (opzionale), c'è la ricottura riscaldando il materiale fino a 600°C , serve per allevare le tensioni residue causate dal brusco raffreddamento per poi raffreddare lentamente fino a circa 450°C è chiaro che così facendo si perde l'amorfità del vetro (si ha un avvicinamento più veloce alla struttura cristallina).

e.     (opzionale) la tempera, essa aumenta la capacità del vetro di resistere agli urti, inoltre si ha il vantaggio che la sua rottura produce piccoli frammenti con spigoli arrotondati, riducendo così i rischi per le persone. La tempra può essere di due tipi:

TEMPRA FISICA, si ottiene riscaldando nuovamente il vetro a 600 gradi e si raffredda di nuovo velocemente (N.B. non è la ricottura! perché il raffreddamento è veloce)

TEMPRA CHIMICA, si immerge il vetro in un bagno di ioni di potassio, questi sono più grossi degli ioni di sodio che formano il vetro e tendono a sostituirsi ad essi, quindi creano uno stato tensionale sulla superficie del vetro.

FINITURA

RIVESTIMENTO

Altra cosa importante del vetro: la rottura fragile del vetro avviene per innesco in corrispondenza o di una cricca nella struttura o in un intaglio sulla superficie, quindi la finitura del materiale è importante per evitare tali intagli sulla superficie.

PROPRIETA MECCANICHE

Il vetro si comporta come un materiale elastico, con poche deformazioni, resiste a tensioni elevate ma è un materiale fragile, cioè se metto sotto carico il vetro esso riesce a sopportare un elevato carico però si rompe di schianto, all'improvviso.

Per conferire al vetro resistenza agli urti e per garantire una rottura tale da minimizzare i rischi per le persone esistono i vetri di sicurezza. Ci sono tre modi per dare la resistenza agi urti:

uno lo abbiamo già visto, cioè la TEMPRA: vetri temprati.

mettendo una rete metallica all'interno del vetro: vetri armati.

realizzazione di vetri stratificati all'interno dei quali viene messa una lastra di materiale polimerico, che sono materiali che resistono poco ma si deformano tantissimo, è cosi che vengono fatti i parabrezza delle auto. infatti il materiale polimerico è in grado di trattenere tutti i frammenti di vetro, quando questo si rompe.

In realtà il vetro non è proprio elastico ma visco-elastico, cioè se applico un carico, oltre la deformazione elastica ci sarà anche una deformazione viscosa. Una volta tolto il carico, la deformazione elastica viene subito recuperata mentre quella viscosa viene recuperata dopo un pò di tempo, più o meno è lo stesso comportamento del legno., dove in realtà le deformazioni viscose alle volte sono permanenti.

PROPRIETA' OTTICHE e TERMICHE DEL VETRO

Qual è uno dei parametri col quale si valuta un vetro?

Principalmente è la trasparenza: capacità di trasmettere le radiazioni nel campo del visibile

TRASMITTANZA, che è la capacità di trasmettere l'energia incidente. Ogni volta che si utilizza un vetro bisogna vedere a cosa ci serve cioè se vogliamo da lui maggiori capacità di resistere ai raggi infrarossi o vedere bene attraverso di esso, l'ideale è abbassare il passaggio di infrarossi e aumentare  le radiazioni nel campo del visibile.

ISOLAMENTO TERMICO: capacità o meno di far passare il calore (bassa perdita di calore) per conduzione termica

VETRI COLORATI

Si ottengono con l'introduzione dei metalli nel vetro, per esempio il ferro da vetri gialli o blu, il rame per il turchese o il rosso, il manganese per il rosa o violetto

VETRI FOTOCROMATICI, ci si fanno gli occhiali da sole che scuriscono da soli.

Si introducono ossido di argento e cloruro, se si combinano formano il cloruro d'argento lasciano il vetro trasparente, se non si combinano lasciano il vetro scuro; è il sole che fa precipitare l'argento, i due materiali si staccano, scurendo la lente. Quando l'energia luminosa non arriva più l'argento torna a combinarsi con ione cl^- ripristinando la trasparenza.

PRORIETA CHIMICHE

Il vetro resiste bene agli attacchi chimici che possono essere acidi (Ph < 7) o basici (Ph >7),

per quanto riguarda  l'attacco acido c'è un solo acido che lo preoccupa, è l'acido fluoridrico.

L'attacco basico è un po' più critico, tutte le sostanze basiche danno fastidio al vetro, gli ossidrili OH^- vanno a rompere i legami ossigeno-silicio cioè la struttura stessa del vetro.

PRINCIOPALI CARATTERISTICHE FISICHE MECCANICHE DEL VETRO

Attenzione che il prof chiede molto i numeri !!! di tutti i materiali !!!

TIPI DI VETRO

vetro di silice è quello più costoso perché la temperatura di rammollimento avviene a temperatura elevatissime

vetro al piombo i cristalli, il piombo da lucentezza e densità