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Las principales técnicas de fabricación de materiales de vidrio óptico

1. Proceso de fusión:
El método principal para la fabricación de vidrio óptico es el proceso de fusión. Esto implica mezclar uniformemente varias materias primas (como arena de cuarzo, carbonato de sodio, piedra caliza, etc.) y calentarlas hasta un estado fundido en un horno de alta temperatura. El vidrio fundido se forma luego en varias formas y tamaños mediante procesos de enfriamiento, conformado y recocido.

Específicamente, el proceso de fusión se divide en el Método de Fusión en Crisol Único y el Método de Fusión Continua. El Método de Fusión en Crisol Único se puede clasificar además en Fusión en Crisol de Arcilla y Fusión en Crisol de Platino.

• Fusión en Crisol de Arcilla: Puede fundir la mayoría de los vidrios crown y flint. Es de bajo costo y se utiliza cuando la temperatura de fusión excede la temperatura utilizable del platino.

• Fusión en Crisol de Platino: Se utiliza para fundir vidrios de mayor calidad que erosionan severamente los crisoles de arcilla, como crown denso, flint de bario pesado, vidrios de tierras raras y vidrios de fluorofosfato. Los crisoles de platino se calientan eléctricamente, típicamente utilizando hornos de varillas de carburo de silicio o disilicida de molibdeno. Para vidrios propensos a la cristalización, que requieren un enfriamiento rápido o que tienen requisitos de atmósfera específicos, se puede emplear el calentamiento de alta frecuencia.

En los últimos años, el uso de hornos de tanque continuos revestidos de platino se ha generalizado, lo que aumenta significativamente la producción y la calidad del vidrio óptico. Esto representa la principal tendencia en la tecnología actual de producción de vidrio óptico.

2. Proceso de Moldeo (Prensado):

• Preparación del Molde: Primero se prepara un molde adecuado para el tamaño y la forma deseados del vidrio óptico. Los moldes suelen estar hechos de acero inoxidable o carburo cementado para una alta precisión y durabilidad.

• Fusión del Vidrio: Las materias primas de vidrio óptico requeridas se funden en un horno de alta temperatura, típicamente por encima de 1000 °C (1832 °F).

• Tratamiento Térmico del Vidrio: El vidrio óptico fundido se vierte en el molde y se somete a un tratamiento térmico para permitir que fluya completamente y llene toda la cavidad del molde.

• Prensado Isotérmico: Mientras se mantiene la presión, el molde se enfría a una temperatura por debajo del punto de transición vítrea (Tg). (La viscosidad del vidrio en el punto de reblandecimiento es de aproximadamente 10^7.6 poise, y la viscosidad en Tg es de aproximadamente 10^13.4 poise). Este método de prensado isotérmico con el molde se llama Método de Prensado Isotérmico. Facilita una alta precisión al permitir que la forma de la superficie del molde se replique con precisión en el vidrio.

3. Proceso de Laminación:
Este método se realiza a temperatura ambiente e implica una serie de pasos para prensar las materias primas de vidrio en placas o láminas de vidrio de formas y espesores específicos.

• Preparación de la Materia Prima: Las materias primas de vidrio de alta calidad (por ejemplo, arena de sílice, carbonato de sodio, piedra caliza, dolomita) se trituran, mezclan y tamizan para cumplir con los requisitos de fabricación.

• Procesamiento Térmico: Las materias primas preparadas se calientan a una temperatura específica para lograr un estado viscoelástico. En este estado, el material de vidrio tiene una plasticidad óptima para el prensado posterior.

• Prensado: El material de vidrio viscoelástico se coloca en un molde metálico. Se aplica calor para alcanzar la temperatura y fluidez requeridas para el prensado. La temperatura y la presión deben controlarse estrictamente durante el prensado para evitar grietas o deformaciones.

• Tratamiento de la Superficie: Después del prensado, el vidrio óptico se somete a un tratamiento de la superficie (rectificado, pulido, recubrimiento) para eliminar defectos y mejorar la calidad y la estética, asegurando una superficie lisa, plana e impecable adecuada para instrumentos ópticos.

• Recocido y Corte: Después del tratamiento de la superficie, el vidrio se recoce para aliviar las tensiones internas y mejorar la estabilidad, luego se corta a las dimensiones requeridas para varios instrumentos ópticos.

4. Proceso de Fundición Centrífuga:
Este método utiliza una centrífuga para hacer girar el vidrio fundido, solidificándolo en la forma deseada. Se utiliza principalmente para fabricar productos de vidrio de forma compleja y con dimensiones precisas, como lentes ópticas y fibras de vidrio.

En la fundición centrífuga, el vidrio fundido se vierte en una centrífuga giratoria. La fuerza centrífuga hace que el vidrio recubra uniformemente la superficie del molde y se solidifique gradualmente. Durante la solidificación, la densidad del vidrio aumenta y su estructura interna se vuelve más densa, lo que mejora sus propiedades físicas y su estabilidad química.

Ventajas: Puede producir formas complejas con dimensiones precisas; mejora las propiedades físicas y la estabilidad química.
Limitaciones: Requiere equipos y moldes de alta temperatura, lo que aumenta los costos de producción; puede no ser adecuado para ciertas formas altamente especializadas.

5. Proceso de Vidrio Flotado:
El vidrio fundido se flota sobre un baño de metal fundido (típicamente estaño) para formar láminas de vidrio planas.

• Proceso de Formación: La formación ocurre en un baño de estaño lleno de una atmósfera protectora (N₂ y H₂). El vidrio fundido fluye continuamente desde el tanque del horno y flota sobre la superficie del estaño fundido más denso. Bajo la gravedad y la tensión superficial, el vidrio se extiende, se nivela y forma láminas con superficies superior e inferior lisas, planas y paralelas. Luego se endurece, se enfría y se levanta sobre rodillos de transición.

Características y Ventajas: En comparación con otros métodos de formación, el vidrio flotado destaca en la producción de alta eficiencia de vidrio plano de alta calidad, libre de ondulaciones ("distorsión de onda"), con espesor uniforme, superficies perfectamente planas y paralelas. La escala de la línea de producción no está limitada por el método de formación, el consumo de energía por unidad de producto es bajo y la utilización del producto terminado es alta. La tecnología de flotación se gestiona fácilmente de forma científica y totalmente mecanizada/automatizada, lo que conduce a una alta productividad laboral. La operación continua puede durar años, lo que permite una producción estable.