Riassunto esame Scienza e tecnologia dei materiali, Prof. Borgioli Francesca, libro consigliato Materiali per il design, Barbara del Curto

Il vetro

Materiali vetrosi

I materiali vetrosi possono essere definiti come materiali amorfi capaci di transizioni vetrose. Sono caratterizzati da una temperatura di transizione vetrosa. Non riescono a cristallizzare poiché caratterizzati da un’elevata viscosità → struttura amorfa.

Silice → può dare struttura amorfa (vetro) e può ottenere struttura cristallina (quarzo).

Silice: 1 atomo di silicio e 4 di ossigeno. Lo stato vetroso è uno stato instabile → Il vetro può devetrificare (cristallizzare) in particolari condizioni, perdendo ad esempio la sua trasparenza.

Proprietà

• Trasparente (solido amorfo)
• Densità da 2 a 3
• Materiale fragile
• Resistenza agli urti scarsa (eccetto materiali avanzati)
• Ottimo isolamento termico e elettrico
• Resistenza agli acidi (eccetto acido fluoridrico)

Vetro inorganico

La silice cristallina si ottiene quando il fuso è lentamente raffreddato a temperatura ambiente (Tf @ 1723°C). Un rapido raffreddamento favorisce, invece, l’ottenimento della struttura amorfa o vetrosa. Tg è la temperatura di transizione vetrosa del materiale. Tm è la temperatura di fusione del materiale cristallino. Curva rosa: relativa al materiale amorfo, il volume specifico varia in funzione della temperatura. Curva nera: relativa al materiale cristallino.

Solido amorfo: lo raffreddo a diverse velocità.

• Il vetro raffreddato più velocemente avrà una densità minore e una diversa Tg.
• Se raffreddo velocemente il mio sistema diventa viscoso e non è in grado di cristallizzare.

Correlazione viscosità-operazioni tecnologiche-composizione

Solo in determinate condizioni di viscosità (e quindi diverse temperature) si può lavorare il vetro. Al di sopra della Tg il vetro si comporta come un liquido viscoso: sotto sforzo si ha uno scorrimento che comporta una deformazione permanente. All’aumentare della temperatura la viscosità diminuisce e il flusso viscoso è facilitato.

Lavorabilità dei vetri inorganici

Per confrontare la lavorabilità dei vetri vengono utilizzati diversi punti caratteristici per valore di viscosità indicati con linee orizzontali.

Tipologie di vetri

I tipi di vetro sono molto numerosi e si presentano suddivisi secondo classificazioni sistematiche, riferite al processo di fabbricazione o alla composizione. Altri tipi di classificazioni fanno riferimento all'aspetto, alle proprietà caratteristiche o alla destinazione d’uso.

• Composizione
• Metodi di produzione

Processi produttivi da fuso

Fasi fondamentali

1. Preparazione della carica e miscelazione
2. Fusione
3. Affinazione ed omogeneizzazione
4. Formatura
5. Raffreddamento

Fase 1: preparazione della carica

Fase 2: fusione

A bacino: formato da due sezioni, sezione di fusione e di affinazione. Nella fase di affinamento la mia massa fusa viene liberata da bollicine di CO₂. Dopo la fase di affinamento avviene la formatura, quando il sistema ha una determinata viscosità che consente al materiale di mantenere la forma che gli vado a conferire.

Fase 3: affinamento

Eliminazione delle bolle portando il fuso ad una T (circa 1450°C) tale che la ridotta viscosità ne permetta una rapida eliminazione.

Fase 4: formatura

Le tecniche che riguardano la produzione di vetro piano, il più utilizzato in edilizia, sono:

• Laminazione: il vetro fuso scorre attraverso rulli di acciaio internamente raffreddati, dando luogo ad un nastro continuo della larghezza massima di 4 m e dello spessore minimo di 1 mm. La finitura è realizzata in superficie, dopo il raffreddamento della massa, tramite mole abrasive che levigano ambedue le facce.
• Filatura: consiste nella produzione di fibre di vetro di diametro compreso tra 1 e 8 micrometri, con resistenza alla trazione da 8500 a 20000 kg/cm². Tali fibre si ottengono attraverso tiraggio meccanico e soffiatura.
• Vetro float: Un nastro di vetro esce dal forno di fusione e fluisce sulla superficie di un bagno di stagno fuso in atmosfera controllata. Consente la produzione di lastre con superfici perfettamente piane e parallele, che non necessitano di operazioni di lucidatura.
• Soffiatura: L’aria insufflata all’interno della massa.