The science of glass toughening (in plain English)
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Toughened glass is a staple material in structural glazing. Learn the science behind it in our jargon-free blog.
El vidrio templado está por todas partes. Pero como muchos de los materiales que nos rodean, no muchos de nosotros sabemos cómo se fabrica.
El vidrio templado se fabrica de tal manera que puede soportar enormes cantidades de fuerza. Pero cuando finalmente se rompe, se rompe en muchos pedazos pequeños.
Su resistencia y durabilidad lo hacen ideal para acristalamientos arquitectónicos: puertas, escaleras, barandillas, mamparas y más.
Todo esto es gracias al proceso de fabricación. Hay dos formas principales de endurecer el vidrio: primero, templando en un horno y segundo, mediante un intercambio iónico provocado por un baño químico.
En este artículo, explicamos estos procesos en un lenguaje sencillo para que pueda comprender cómo se fabrica el vidrio templado. Primero: el método del horno.
El método del horno
En este método, el vidrio se endurece mediante un proceso conocido como "templado". En primer lugar, el vidrio se coloca en un horno que se calienta a 600°C (1,112°F).
Una vez que el vidrio se calienta, se saca del horno y se enfría rápidamente mediante chorros de aire frío a presión. Este paso se llama "apagado".
El enfriamiento es un proceso rápido. Hace que las finas capas superficiales se enfríen rápidamente y formen vidrio duro. En esta etapa del proceso, las capas exteriores están duras y frías, pero el interior todavía está caliente.
Con el tiempo, el interior también perderá calor y se endurecerá. Pero no se contraerá de la misma manera que lo hicieron las capas exteriores. Las duras capas exteriores impiden que lo haga.
Esto significa que las capas exteriores están comprimidas y la capa interior tiene una tensión compensadora. En conjunto, estas cualidades hacen que el vidrio sea extremadamente difícil de romper.
Endurecimiento químico
El vidrio también se puede endurecer sumergiéndolo en un baño químico.
En este método, el vidrio se coloca en un baño de nitrato de potasio y se calienta a una temperatura alta, generalmente superior a 400°C (752°F).
Esto produce algo llamado "intercambio iónico". Aquí se intercambian los iones potasio del líquido y los iones sodio del vidrio sólido. El resultado es una "piel" endurecida que hace que el vidrio sea tan duro como unas botas viejas.
¿Cómo ha cambiado el proceso con el tiempo?
El primer templado de vidrio lo llevó a cabo en 1874 el impresionante nombre Francois Barthelemy Alfred Royer de la Bastie, quien enfrió vidrio apenas sólido en un baño caliente de aceite o grasa. Este fue el comienzo del proceso de endurecimiento químico que todavía utilizamos hoy.
In 1877, Friedrich Siemens outdid de la Bastie by pressing glass into cool moulds and leaving them to harden – an early version of the quenching process used in today's processing facilities.
Gotas del Príncipe Rupert
El príncipe Ruperto del Rin (1619-1682) era un hombre ocupado. Además de ser un oficial del ejército inglés-alemán, almirante, científico y gobernador colonial, también introdujo los lanzamientos del Príncipe Ruperto en Inglaterra en 1660.
Se trata de cuentas de cristal con forma de renacuajo que tienen una calidad destacable. Si cortas la cola, la gota explota en pedazos. Pero la cabeza bulbosa puede soportar repetidos golpes de martillo.
Esto sólo es posible gracias a la ciencia detrás del proceso de fabricación, que es adyacente al endurecimiento del vidrio actual.
Las gotas del Príncipe Rupert se elaboran dejando caer gotas de vidrio fundido en agua fría. Este enfriamiento rápido crea una bombilla de vidrio resistente que puede soportar una enorme cantidad de fuerza: hasta 67,740 kg.
Estas cuentas de vidrio son una curiosidad. Pero nos dicen algo sobre la forma en que se puede hacer que el vidrio sea extremadamente resistente, algo que desde entonces se ha utilizado para aumentar nuestra seguridad en todo tipo de entornos.
¿Qué es la prueba de inmersión en calor?
Cuando se templa en un horno, el vidrio es vulnerable a algo llamado "inclusiones de sulfuro de níquel". Se trata de inclusiones microscópicas que, con el tiempo, pueden aumentar de tamaño y provocar roturas espontáneas.
Para evitar que esto suceda, los procesadores y fabricantes de vidrio llevan a cabo un método llamado prueba de inmersión en calor. Aquí es donde las láminas de vidrio se calientan a una temperatura entre 250°C y 290°C (482°F y 554°F). Si una lámina contiene inclusiones de sulfuro de níquel, es probable que se rompa y, por lo tanto, se retire de circulación.
La prueba de inmersión en calor no es infalible. Aún es posible que una inclusión pase la prueba y, en casos muy raros, provoque una rotura espontánea. Pero al comprar vidrio templado, asegúrese de elegir un procesador, fabricante o proveedor que ofrezca pruebas de inmersión en calor como parte de su paquete.
¿Se puede cortar el vidrio templado?
El vidrio templado está diseñado específicamente para que se rompa si se rompen las tensiones mantenidas dentro del vidrio. Esto significa que una vez finalizado el proceso de endurecimiento no se puede cortar, perforar ni moldear. El vidrio debe cortarse según los requisitos del cliente antes de la cocción.
¿Cuál es la diferencia entre vidrio templado y vidrio laminado?
Tanto el vidrio templado como el vidrio laminado son tipos de vidrio de seguridad. Sin embargo, se fabrican de manera diferente.
El vidrio laminado consta de dos o más láminas de vidrio (a menudo endurecidas) con una capa intermedia de plástico entre ellas. Esto significa que si golpeas una lámina de vidrio laminado, no se romperá. En cambio, obtienes un patrón distintivo de rotura de telaraña.
Si aplicas mucha fuerza, puedes romper el vidrio laminado, pero nunca se rompe. En cambio, se rompe en pedazos grandes que se mantienen en su lugar gracias a la capa intermedia.
Tanto el vidrio templado como el vidrio laminado se utilizan en acristalamientos arquitectónicos, pero para diferentes propósitos. Ciertos tipos de vidrio laminado son más resistentes, por lo que también lo son para puertas, ventanas y otras características que deben ser prácticamente impenetrables.
Final thoughts
El vidrio templado es un elemento básico del acristalamiento arquitectónico gracias a su durabilidad y resistencia. Esperamos que este artículo haya arrojado un poco de luz sobre cómo se elabora y la ciencia detrás de sus propiedades.
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