I 1 UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

ETAPALAPA

LABOR~~~TORIO DE PROCESOS Y DISEO 111

ASESOR: MUG. URDEL ARECHHGA VIRANlOhrTEs

AVlLES CABRERA PEDRO PABLO

GONZALEZ PEREZ PEDRO

u INTRIAGO Y LOYO ARISTIDES JESUS

PAG

PARTE I

MOTIVOS DEL PROYECTO

INTRODUCCI~N

HISTORIA DEL VIDRIO

NATURALEZA DEL VIDRIO

EL VIDRIO FRlO COMO SOLIDO

PROPIEDADES DESEADAS DE LOS VIDRIOS

TEORIA RETICULAR DEL VIDRIO

MODELO CINETICO DE FORMACIN DEL VIDRIO

PROPIEDADES DE LOS VIDRIOS

TIPOS DE VIDRIADOS

PROPIEDADES CERAMICAS DE MATERIAS PRIMAS

OPACIFICANTES

ANALISIS DE MERCADO

UBlCAClON DE LA PLANTA

PARTE 11

VIDRIOS

FRITAS

PROPIEDADES DE LOS VlDRlOS

FORMULACldN DE VIDRIOS

PRUEBAS DE ENSAYO PARA FRITAS

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4

4

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7

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58

RESULTADO EXPERIMENTAL DE LAS PRUEBAS

PARTE 1111

BALANCE DE MATERIA Y ENERGIA

COMO FUNDIR LA MATERIA PRIMA

DISEO DEL HORNO

DISEO DEL MEZCLADO

EVALUACldN ECONOMICA

CONCLUSIONES

BlBLlOGRAFlA

APENDICE

63

69

81

82

90

90

1 O0

1 o1

103

I. OBTENCION DE VIDRIOS SIN PLOMO DE BAJO INTERVAI.-O DE FUSION ( 850 oc - 1000 oc ).

11. OBJETIVOS:

PRODUCCION DE VIDRIOS SIN PLOMO.

DESARROLLO DE PRODUCTOS.

DISEO DE LA PLANTA.

ESTUDIO DE FACTIBTLIDAD ECONOMICA DE LA PLANTA.

111. MOTIVOS DEL PROYECTO

0 La alfarera tradicional, conocida tambin como cermica de "baja temperatura", es en Mexico una de las artes populares ms eiqendidas y su ejercicio involucra a una considerable cantidad dc comunidades y poblaciones en el territorio nacional, siendo ms intensa su prctica hacia el cenfro - sur del pas y ms escasa hacia el norte. Las formas y los tamaos de los objetos que se producen son de lo ms variado. Una gran parte de la produccin de la alfarera se recubre con un vidriado que tiene por objeto impermeabilizar la pieza, hacerla ms inerte qumicamente, darle mayor resistencia mecnica y un acabado brillante con fines tanto estticos como utditarios. Si bien la produccin de cermica se daba en estas latitudes desde mucho tiempo antes de la llegada de los espaoles, la tcnica del vidriado fue algo que ellos aportaron, quienes a su vez lo heredarn de los arbes.

El vidriado se realiza tradicionalmente con una suspensin de oxido de plomo, litargirio ( PbO), conocido comnmente como greta mezclado con slice, pedernal [ liga o tizate (SiO2)], que se aplica sobre las piezas ( recipientes elaborados a base de arcillas naturales ) que han sido quemadas previamente y que se conocen como bizcocho, sancocho o jahuete. La greta produce vidrios de alta calidad, con amplio intervalo de temperatura de hsin, mucho brillo y ligera tendencia a la formacin de fsuras, "craquelado" que sufre el vidrio cuando se enfra. Todas stas condiciones dificultan su sustitucin.

Actualmente el consumo de la alfarera tradicional, se da con mayor auge en estratos de clase media y baja, por lo econmico que resultan y por la cultura y costumbres de la gente. De igual forma otros sectores de la economa, como el restaurantero y de artculos ornamentales demandan fuertemente estos productos. Dado que en su gran mayora, estos artculos artesanales contienen plomo, para abatir el intervalo de fusin, se ve limitada su comercializacin. De igual modo no se puede explotar el enorme potencial que tienen estos productos en el exterior, ya que por su colorido y lo extico de sus variadas formas y diseos, tienen gran demanda en el exterior. Desgraciadamente, slo est permitida la exportacin de artculos de ornato, esto limita de manera importante las oportunidades de expansin de esta actividad.

Por lo anteriormente expuesto nos urge encontrar un tipo de vidriado que reuna las caractersticas fisicas y quimicas apropiadas; tales como bajo intervalo de fusin, coeficiente de expansin trmica compatible con el del barro, tensin superficial adecuada, gran dureza, mucho brillo, alta resistencia qumica; etc., de tal suerte que lo hagan viable comercialmente.

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1 .O CARACTERISTICAS DEL VIDRIO.

1 . 1 HISTORIA DEL VIDRIO

El vidrio ha sido usado por el hombre desde tiempos muy remotos, del cual haSr registros arqueolgicos. Objetos hechos por la mano del hombre usando vidrio han sido encontrados en localidades muy distantes. Los vidrios encontrados en la naturaleza provienen de masas rocosas fimdidas las cuales fueron expulsadas en erupciones tan rpidamente que no tuvieron tiempo de transformarse en cristales minerales. El ms comn de estos vidrios naturales, es la obsidiana, usualmente es traslcido y de color negruzco, pero a veces es rojo, caf o verduzco, y algunas variedades son transparentes. Es muy fcil de quebrar, frecuentemente se pueden estirar las piezas, as mismo se pueden hacer puntas de flechas, de lanzas y cuchillos; este fue el uso ms difundido que le dio la gente de la edad de piedra. En culturas ms avanzadas la obsidiana fue usada para propsitos religiosos y ceremoniales, adems de la joyera, algunas de estas piezas presentan una alta calidad en su manufactura.

Los objetos fabricados con obsidiana han sido encontrados en zonas minerales como Italia, Grecia, Checoslovaquia, Hungra y Asia Menor; y vemos que la obsidiana se ha comercializado desde la edad de bronce, fue usada atravs de tocla Amrica. La obsidiana encontrada en el parque Yellowstone era bien conocida por 10s indios, y fue dihndida de trib a trib frecentemente lejos de su lugar de origen.

UM amplia coleccin de herramientas de obsidiana, encontrada en un cementerio cerca de Chillicote, Ohio; y que ahora se encuentra en el Museo de Historia Natural de Chicago, se considera que fue hecha en Mxico. Cuchillas de obsidiana han sido encontradas en la Patagonia, y espejos de obsidiana se han hallado en Ecuador. Dificilmente hay un sitio en todo Mxico y Centro Amrica donde no existan indicios del usa de obsidiana. Los pedazos de cuchilla, que han sido encontrados en grandes cantidades, en e l Valle de Mxico, es la forma ms simple y comn de vestigios.

3

LOS INICIOS DEL VIDRIO MANUFACTURADO.

Cilando el vidrio fue fabricado artificialmente por primera vez? No lo sabemos, pero debe haber sido muy anterior en los inicios de las primeras ciwlizaciones humanas. Una vez que fue descubierto el uso del fuego, se hizo posible trabajar en intervalos de alta temperatura, el inicio Y desarrollo de las artes basadas en el fuego fueron su consecuencia natural. Posteriormente el descubrimiento del uso del vidrio vino despes. y fue una consecuencia del desarrollo de la metalurgia, pero parece ms probable que la metalurgia y fabricacin del vidrio, fueron consecuencia del desarrollo del arte de la alfarera. La coccin de la alfarera cruda file el primer paso en el desarrollo de las artes basadas en el fuego, y de este se desarroll el vidriado y como consecuencia lgica de lo anterior se produjo el vidrio, producto de la mano del hombre. Puede ser, sin embargo, que el descubrimiento del vidrio fue un suceso fortuito.

Hay una gran diferencia entre lo que es un vidrio y un vidriado, y la transformacin de uno en otro es menos compleja, de cualquier forma es ms probable que el vidrio se hubiera descubierto en forma independiente. De igual modo surge la necesidad de catalogar las propiedades qumicas del vidrio.

Posiblemente la produccin de vidrio comenz como un accidente. Una posibilidad de lo anterior lo ilustra Verlain, considerando que se formaba por la c,occion de cereales y la fusin de sus cenizas, como resultado del fuego causado por un relmpago. Tales sucesos no son improbables y Verlain afirma que las masas de vidrio encontradas en las cenizas fueron llamadas piedras de relmpago.

Gracias a los estudios sistemticos de las propiedades de muchos miles de vidrios, se hnden unas quinientas especies quimicamente distintas de vidrio con las que se fabrican decenas de miles de diversos artculos para una infinidad de usos.

Se ha aplicado el nombre de wdrios a div-ersas sustancias qumicas inorgnicas cuando se encuentran en el llamado estado vtreo. La palabra vidrio ha designado comnmente el material usado para la fabricacin de botellas y ventanas. Casi toda la produccin comercial se hace con vidrios de silicatos, o sea, vidrios de xidos que contienen 60 - 100% de Si02 (slice) y diversos porcentajes de dos o ms xidos inorgnicos, como xidos de sodio, potasio, calcio, magnesio, plomo, boro, aluminio, zinc y bario, todos ellos en solucin mutua.

El vidrio es el producto de una fusin inorgnica que ha sido enfriado hasta condiciones slidas sin cristalizacin. Otra forma de definir a los vidrios es considerndolos sustancias amorfas de muy alta viscosidad ( 1 x 1 O dPas (poises)) o lquidos sobreenfriados los cuales no tienen puntos especficos de solidificacin ni reblandecimiento, es decir, la viscosidad de un vidrio varia en un intervalo de temperatura de mayor a menor ( rango de temperatura de reblandecimiento ) o de menor a mayor ( rango de solidificacin ).

La temperatura a la cual el vidrio comienza a solidificarse se denomina temperatura de transicicin vtrea, ya que a temperaturas ms bajas el material ser frgil y a temperaturas por encima de este rango comenzar a fluir como lquido muy viscoso. De igual forma, la temperatura de reblandecimiento es aquella donde la viscosidad del vidrio prefundido comienza a disminuir hasta comportarse como un lquido Newtoniano.

Hasta una temperatura de varios cientos de grados centgrados, el vidrio es un material slido con una buena resistencia mecnica. Aunque fundamentalmente muy homogneas y transparentes, pueden hacerse masas o cuerpos de diferentes colores, traslcidas u opacas por la inclusin de pequeos porcentajes de materiales inorgnicos amorfos o cristalinos disueltos.

Las relaciones de equilibrio de fases de los sistemas que forman vidrios, han conducido a un conocimiento ms completo de los lmites de composicin de este material; esto es, de las relaciones qumicas que fijan lmites a las composiciones que pueden fundirse y trabajarlas para convertirlas en vidrios tiles. Sin embargo, los vidrios comercialmente tiles son casi siempre multicomponentes y de constitucin indudablemente compleja y no existe hasta ahora ninguna teora completamente aceptada sobre la estructura atmica del vidrio.

1.3 EL VIDRIO FRIO COMO SOLIDO

Salvo a temperaturas superiores a varios cientos de grados centgrados, el vidrio slido tiene algunas propiedades que son comparables cualitativa y cuantitativamente con las de los cristales nicos y otros slidos cristalinos, como son:

i) Rigidez ii) Deslizamiento en fro iii) Las constantes elsticas iv) Resistencia mecnica intrnseca v) Dureza vi) Permanencia vi) Dilatacin calorfica viii) Calor especfico ix) Propiedades dielctricas x) Potencia ptica dispersiva

El vidrio es un slido amorfo a las temperaturas. ordinarias, que no adopta formas geomtricas en

El vidrio tiene propiedades no direccionales. W El vidrio tiene singulares caractersticas de fractura

No existen puntos de transicin de cambio de fase. El vidrio no tiene punto de solidificacin ni

su estructura.

punto de filsin. El vidrio fundido cambia al enfriarse pasando de lquido tpico a slido vtreo por atresamiento, endurecimiento y solidlfcacin graduales sin que produzcan cambios discontinuos en sus propiedades fisicas. El vidrio puede hacerse cristalizar En el vidrio no existen compuestos. Puede haber cristalizacin sin desvitrlfcacin.

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1.4 PROPIEDADES:

Transparencia. Es muy grande y permanente en casi todas las clases de vidrio. la transmisin de porcentajes muy elevados de ondas de luz visible para fines de iluminacin, es una propiedad de la transparencia.

Lisura. Facilita mucho la limpieza y el mantenimiento de condiciones estriles en las tuberas por las que circulan alimentos y medicinas.

: , Inercia qumica. En general el vidrio tiene una resistencia buena o excelente a la

: Dureza y resistencia al rayado.

corrosin. ' ' Excelentes propiedades de aislamiento elctrico y dielctrico. - Propiedades pticas esenciales en los lentes y los prismas. : Limites amplios de colores bellos y permanentes.

' Permanencia ( no cambia con l a edad ). El vidrio es un material refractario. Facilidad para darle forma en caliente

Coeficiente de dilatacin calorfica muy bajo ( ciertas composiciones ). I No es poroso.

Fabricacin.- El vidrio se hace calentando una mezcla que casi siempre consiste en arena silicea y cxidos metlicos secos, pulverizados o granulados, compuestos que producen dichos xidos cuando se calientan.

El vidrio fundido se enfra y se endurece muy rpidamente, sin embargo en los segundos que se encuentra a una temperatura comprendida entre el rojo amarillo y el rojo naranja ( o limites de viscosidad de lo4 y lo7 poises ). puede trabajarse fcilmente de muchos modos para darle forma. El vidrio fro puede voherse a calentar y trabajar repetidas veces con la misma facilidad.

Un articulo de vidrio inmediatamente despus de que se le da forma, es transportado a un horno de recocido continuo, para volverse a calentar a una temperatura apropiada para desaparecer las tensiones introducidas en el vidrio al darle forrna.

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1.5 TEORIA RETICULAR DE 1,OS VIDRIOS

Quiz el mejor modelo estructural conocido para la formacin de los vidrios se debe a Zachariasen (1 932) y Warren (1 937, I 94 1 ). Hablando de cjxidos, Zachariasen expres una ltima condicin para la formacin de vidrios que dice la sustancia debe formar redes extendidas en tres dimensiones carentes de periodicidad con un contenido de energa comparable con la correspondiente a la red del cristal. Esto condujo a la formulacin de las reglas para la formacin de vidrios. De acuerdo con ellas un vidrio inorgnico se forma si:

0 Un tomo de oxgeno est unido a no ms de dos cationes atmicos. El nmero de tomos de oxgeno que rodean a los tomos catmonicos debe ser pequeo

0 Los poliedros aninicos comparten entre si vertices, no aristas ni caras. 0 AI menos deben estar compartidos tres vrtices de cada poliedro de oxgeno. 1 Los enlaces entre el oxgeno y el catin son covalentes y direccionales, es decir el

(4 como mximo).

ordenamiento atmico local est determinado por los ngulos de enlace y puede ser representado por un poliedro cuyo vkrtice es la direccin de mxima intensidad de unin.

Las implicaciones del modelo estructural de red aleatoria en la formacin de vidrios conduce a la clasificacin de xidos catinicos como: formadores de red, modificadores de red e intermedios o coformadores de red.

Los formadores de la red vtrea son los xidos que forman la red principal del vidrio e impiden la desvitrificacin En cermica se utilizan tres: Si02, tambin llamado anhdrido silcico o pedernal de alfarero; B203 o anhdrido borico; y P203 o pentxido de fsforo (aunque este ltimo es raramente usado).

Los modlficadores de la red vtrea son xidos que rellenan los huecos de la red y debilitan los enlaces. Su adicin debe ser limitada porque, si entran en la red ms de los que pueden caber, toda la estructura se derrumba al estado cristalino. Tales modificadores pueden ser: Lizo, NazO, &O, MgO, CaO, Bao, ZnO. Por lo general cuanto ms modificadores se aaden, menos viscosidad tiene el vidrio, meor resistencia al ataque qumico y principalmente la temperatura de reblandecimlento del vidrio es ms baja.

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I .os coformadores o trxermedtos de la red vtrea. Algunos xidos no forman vidrios por si nltsmos, pero pueden entrar en la red hasta cierto punto y sustituir al Si o al B. En nlgunos casos formarn la propia red con ciertos modlfcadores, como en los sistemas VgO CaO A!:Ox Los coformadores comnmente son A1203, TiOr, BeO, ZrOr y CdO.

En 1047. Sun (Norton. 1983) demostr que la resistencia de enlace simple de los xidos da una correlacin aceptable con la formacin de vidrios. Los generadores de red poseen gran resistencla de enlace, en los modificadores es baja y en los intermedios la resistencia queda entre los dos anteriores.

Este modelo estructural de red aleatoria est soportado en los estudios de difraccin de rayos S de una gran variedad de vidrios (Uhlmann, 1983).

Todo proceso de enfrlamiento como el de la formacin del vidrio est dado por la cintica Esta determina cul de los dos canllnos ha de tomar la mezcla: la cristalizacin o la vitrificacin.

En esta seccin el prmclpio de la L lscosldad es la propiedad cintica ms importante en los vidrios formados por mezclas, con enfriamiento rpido y sin cristalizacin. El significado de la viscosidad est discernido cuando uno considera la formacin de los vidrios, por ejemplo, el cuarzo (Si02).

En la naturaleza resulta difcil encontrar piezas puras de Si02; en la industria, el cuarzo o cristal de roca es calentado por encima de los 2000 "C y de cualquier forma lo que se consigue es una mezcla de varios componentes.

Una mezcla difiere del cristal en su habilidad o capacidad de movkr sus unidades estructurales individuales. Los enlaces Si-O llegan a ser tan fuertes en un cristal que es necesario aplicar elevadas temperaturas para provocar un movimiento interno de la red cuando esto sucede, muchos enlaces comlenzan a romperse o modificarse debilitando la estructura y provocando una disminucin de la viscosidad del material. Por ejemplo, el punto de mezcla ( temperatura de reblandecimiento) para el vidrio de Si02 es 1723 O C , mientras que para el cristal de este mismo xido est por arriba de los 2000 "C; por ende: "a elevadas temperaturas, los enlaces comenzarn a romperse y la viscosidad a disminuir". Dicho de otro modo, los enlaces entre tomos se fortalecern conforme aumenta el enfriamiento.

En los vidrios formados por mezclas lo anteriormente explicado varia, ya que se cuentan con ms agentes, por ello, las uniones entre tomos son ms diversas y no precisamente giran alrededor de la unin de los tetradros de Si04.

L a viscosidad siempre ha sido identificada con la letra n y en estudios de cintica para vidrios y polimeros plsticos se reporta en Pa*s ( Pascal*segundo ), para familiarizarse, o bien para tener un punto de comparacin con un poise ( unidad de viscosidad ms comn en ingeniera ) existe la equivalencia: dPa*s = 1 P - que se entiende como la relacin directa entre un poise y una dcima de Pascal por segundo - De esta forma se encontraron los siguientes datos de viscosidad para un vidrio formado con Si02-CaO-K20-Na20.

n (1 500C) vidrio = 1 O *2 dPa.s

n (2OOC) agua = 10 "-2 dPa.s (centipoise)

La viscosidad de este mismo vidrio en 700 y 850C oscila entre 10*6 y 10*9 dPa.s.

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DEPENDENCIA DE LA TEMPERAIIRA.

La dependencia de la viscosidad con la temperatura esta descrrta par la ecuacin de Boltzmann:

n = K exp [EniRT] En = Energia de activacln

Expresndola de otra forma quedara:

log n = K+ En/( I9,15)T : En [=] Jimol, T[=] E;, l o g [-J 1 7

Hay que considerar que la energa de activacin, no puede estar directamente relacionada con la energa de unin. Por ejemplo, las energas de unin de B-O y Si-O son del mismo orden, mientras que la energa de activacin son de 71 O KJimol para el Si02 y 3 1 O KJimol para el B203.

CRISTALIZACION

La cristalizacin es un fenmeno cintlco inverso a la vitrificacin, este fenmeno ocurre durante el enfriamiento del liquido a Ia misma temperatura en la cual la mezcla es observada Resulta dificil la formacin de cristales cuando un vidrio est compuesto por ms de dos xidos, sin embargo es posible meter pequeas cantidades de cristales a un vidrio para que ste cambie por completo todas sus caractersticas.

NUCLEACION

La nucleacin es un fenmeno mejor estudiado en vidrios formados por mezclas de xidos. Dicho fenmeno comienza infinitesimalmente cerca de la temperatura de formacin de cristales (Tm); hasta aqu, el calor de nucleacin puede ser ficilmente removido a bajas temperaturas por consiguiente, la nucleacin aumenta cuando la temperatura desciende.

L a nucleacin ocurre cuando los formadores de la red vtrea van perdiendo movimiento cintico y comienzan a unirse entre si, sin perturbaciones provocadas por otros xidos no formadores ( modificadores por ejemplo ), de esta manera el vidrio va tendiendo su red en todas direcciones.

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1.7 PROPIEDADES MECANICAS DE LOS VIDRIOS

Hasta una temperatura de varios cientos de yrados centgrados. el L - i t i r - i o es u n s)lido que tiene constantes de rigidez y elasticidad comparables a los tie acer-o u o t r o s materiales cristalinos.

11'; El vidrio no tiene ductilidad p i Resistencia al resquebrajamiento : i Dureza

1.7.1 PROPIEDADES TERMICAS

Temperatura de referencia.- Para el control prctico de las operaciones de conformacibn y recocido, adems de saber cual es la temperatura mxima de trabajo.

1 1 El punto de trabajo.- La temperatura a la cual la viscosidad del vidrio caliente es lo suficientemente baja para darle forma, con la mayora de los mtodos comunes. El punto de reblandecimiento.- Es la temperatura a la cual el vidrio empieza a deformarse perceptiblemente bajo su propio peso ( viscosidad 1 poises ).

I ! : ) El punto de recocido.- Es la temperaturas a la cual las tensiones internas existentes en el vidrio son substancialmente a!iviadas por deslizamiento e:? quince ninutos, suele ser la temperatura ms alta del intervalo de recocido.

:) El punto de deformacin.- Es la temperatura a la cual las tensiones internas son substancialmente aliviadas en diecisiete horas, es !a temperatura ms baja en el intervalo de recocido ( viscosidad poises ), en el punto de deformacin, el vidrio es esencialmente un sdido rgido.

. ,

Conductividad calorfica.- Las conductividades a la temperatura ambiente de diversos vidrios varia entre 0.0018 y 0.0033 cal/(seg.)(cm2)("C/cm), tienen los valores ms altos de slice en su contenido.

Calor especfico:

17) Para vidrios comerciales es aproximadamente 0.20 cal/(gmol)(('C) a temperatura

b) Resistencias a las variaciones bruscas de temperatura (resistencia al choque trmico). (1) Resistencia a las tensiones trmicas.

ambiente.

1.7.2 PROPIEDADES ELECTRICAS

Resistencia elctrica M Resistencia dielctrica.

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1.8 VIDRIADOS Y ESMALTES VITREOS

Lo vidriados son revestimientos vtreos delgados, transparentes. incoloros o coloreados, fimdidos sobre cuerpos de materiales cermicos.

Los esmaltes vtreos son revestimientos delgados por lo general semiopacos u opacos, fundidos sobre metales, vidrios o cuerpos ceramicos.

Los vidriados y esmaltes vtreos, son esencialmente vit.reos debido a la baja temperatura de fusin, buena tendencia a fluir; buena adherencia al cuerpo, capacidad de recubrimiento en el caso de los esmaltes y concordancia en la dilatacin trmica, sus composiciones empricamente determinadas caen entre limites ms amplios que para el vidrio y son pocas veces tales que pueden trabajarse en artculos de vidrio.

1.8.1 VIDRIADOS

El mtodo para preparar vidriado cerrnico

El material imprescindible en la composicion de un vidriado cermico es el formador del vidrio, en cermica se utilizan tres: Si02, tambin llamado anhdrido silceo, cuarzo slice, silex, pedernal de alfarero, B z O ~ anhdrido borico; v P 2 0 ~ pentoxido de fsforo ( aunque este ltimo es raramente usado ).

Usualmente se le aade al elemento o elementos formadores de vidrio algn o algunos xidos hndentes: Na20, K20, MgO, CaO, Bao, ZnO y PbO., son los ms utilizados, su accin es fndente, es decir, suelen abatir el punto de fusin de la mezcla.

A veces, sin embargo, tambin suelen cristalizar c,on el SiOz. formando silicatos cristalinos; es decir vidriados que contienen en suspensin cristales, a veces invisibles a simple vista ( vidriado mate ), a veces de gran tamao. Para evitar esto, se suele aadir mezcla de Alzo, que adems de evitar o dificultar la cristalizacin, aporta a1 vidriado otras interesantes propiedades: ampla el margen de hsin, aporta viscosidad y facilita la adaptacin del vidriado sobre la pasta.

Fundentes Neutros formadores de vidrio

CaO Bao

ZnO PbO

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Todas las pastas cermicas estarn compuestas. por estos tres grupos; y sus propiedades de fisin dependern de la cantidad y tipo de &idos presentes en Ia frmula.

El trabajar con frmulas moleculares en lugar de hacerlo solo con frmulas peso tiene algunas ventajas.

Puedes hacer una misma frmula utilizando distintos n~ateriales; por ejemplo los vidriados.

'3 I 228.5 minio, 120 cuarzo, 25.8 caoln. 258.5 albayalde, 120 cuarzo, 25.8 caoln

Darn todos el mismo resultado, aunque esto. como sabemos los ceramistas, no siempre es exacto.

Con el tiempo llegas a conocer las propiedades de los xidos cermicos, por si solos o combinados, puesto que se plantea el trabajo con xidos ( NazO, KzO, Si02 ) y no con materiales ( feldespato, caoln, etc. ). An as es importantisimo conocer las propiedades de estos ltimos.

1.8.2 TIPOS DE VIDRIADOS.

VIDRIADOS CUARTEADOS Algunas veces se aplica para efecto decorativo un vidriado que se cuartee intensamente. Deberi tener un gran coeficiente de expansin y si se aplica una capa gruesa pueden observarse ciertos efectos poco frecuentes.

VIDRIADOS DE PIEL DE SERPIENTE Pueden producirse para efectos decorativos vidriados con alta tensin superficial que conduce a corrimiento o formacin de arrugas. L a tensin superficial est determinada por la composicin qumica, siendo magnesia y almina los mejores componentes para aumentarla, y tambin por la temperatura.

VIDRIADOS OPACOS Una fase vtrea se hace opaca si la trayectoria del haz de luz se descompone

adecuadamente y se hace difusa. Esto se consigue mediante el empleo de partculas finas insolubles en el vidrio y de ndice de refraccin diferente.

VIDRIADOS MATE Los cristales de un vidriado mate descomponen los rayos de la luz haciendo ms o menos opaco el vidriado. Por supuesto los vidriados opacos pueden as mismo hacerse mates se forman cuando se enfria un vidriado completamente fundido y una parte de 1 se separa por cristalizacin. Los cristales deben ser tan diminutos y estar dispuestos de forma tan regular que la superficie del vidriado sea lisa y aterciopelada al tacto.

VIDRIADOS CRISTALINOS El empleo de vidriados cristalinos est limitado a fines artsticos. Poseen cristales

simtricos de dimensiones apreciables, dispuestos en una matriz vtrea que puede tener un color diferente, y mediante una cuidadosa elaboracin puede drseles un aspecto muy bello. Estos cristales grandes se producen cuando se enfra muy lentamente un vidriado que est sobresaturado con un compuesto que cristaliza fcilmente.

VIDRIADOS DE AVENTURINA Estos tambin son vidriados cristalinos, pero en lugar de tener cristales largos circulares,

que aparezcan frecuentemente en manchas, se caracterizan por una masa de finos cristales en placas o lentejuelas precipitada en el vidriado.

VIDRlADOS SALINOS La operacin del vidriado con sal difiere hndamentalmente de la del vidriado en

suspensin. El vidriado salino se forma en el horno por la accin de vapores, producidos a partir de sal, agua y otras sustancias sobre la pasta cocida y caliente. El vidriado con sal se emplea en la fabricacin de gres en general, especialmente de tuberas de aguas residuales, gres qumica, ladrillos vidriados y azulejos, y de ciertos objetos de arte.

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1.9 PROPIEDADES CERAMICAS DE MAERIAS PRIMAS

Oxido de sodio ( Na2O )

Propiedades cermicas.- Es un oxido fitndente de gran poder de fusin, forma fcilmente combinaciones eutcticas con CaO, K20, B203, Bao, A1203 y especialmente Si02.

Forma los tpicos vidriados alcalinos de una gran luminosidad, poca pureza y generalmente agrietados, no superficial sino profundamente. Tiene una gran capacidad para disolver xidos colorantes y xidos opacificantes.

Materiales que contienen Na20.- Carbonato de sosa anhdro CO3Na2 ( soda solvay ), brax cristalizado y anhdro, kryolita A12F6 * 2Na2F2 ( roca procedente de Groenlandia )., pegmatita, sienita - nefelino.

Oxido de potasio ( K20 )

Propiedades cermicas.- Forma vidrios algo ms viscosos que el Na20 y con mayor tensin superficial.

Forma vidriados algo ms duros y resistentes al cuarteo que el Na20, forma eutecticos con Na20, CaO, Bao, A l 2 0 3 y Si02.

Material que contiene K20, carbonato potsico, nitrato potsico y feldespato.

Oxido de magnesio ( MgO )

Propiedades cermicas.- Aporta viscosidad a los vidriados alcalinos y boracicos, tambin dureza y resistencia mecnica.

Una pequea adicin molecular a un vidriado alcalino o boracic0 hace bajar su punto de fusin; si se aumenta la cantidad, aumenta el punto de fbsin, es un oxido muy refractario que se utiliza en poca cantidad para baja temperatura.

Puede cristalizar con A l 2 0 3 y Si02 formando, si las condiciones son favorables, vidriados mate y satinados de gran belleza.

Puede contrarrestar el craquele de los vidriados, debido a su bajo coeficiente de dilatacin trmica.

Material que los contiene: Carbonato de magnesio ( C03Mg) Dolomita * C03Ca ( insoluble en agua ), roca muy comn Talco 3 MgO * O * 0.5 A l 2 0 3 * 3 - 4 Si02 * 1 - 2 H2O.

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Oxido de calcio ( CaO )

Propiedades cermicas.- Los vidrios alcalinct ~ I I C contienen CaO se vuelven ms duros, resistentes y ms aptos para la utilizacibn cuticli'~na

Aumenta la viscosidad de los vidriados alc'aIirlc>s \ boracicos. si las condiciones son favorables ( enfriamiento lento, cantidades moIt~cul:~t-es idcales. etc. ) El CaO puede cristalizar con Alzo3 y SiOz, formando anortira \ v.allastonita, cristales que suelen estar presentes en la mayora de los vidriados mate

Reduce la solubilidad en agua de fritas alcalinas > la posibilidad de que los vidriados alcatinos desarrollen, una vez cocidos, sales soluble?,

Material que lo contienen:

Hidr%xido calcico Ca(OH)2 cal apagada

Creta COJCa carbonato de calcio, blanco de Espaa. marmol

Fluoruro de Ca CaF espato - tlimr-

Colemanita calcinada BK?j

Oxido de bario ( Bao )

Propiedades cermicas.- Si las condiciones son fac.orables puede formar aluminosilicates de Bario cristalizados.

El fritado tiene un gran poder fhdente, crudo no tanto, cuando se utiliza en ese estado, suele opacificar o formar vidriados mate o satinados. Endurece los vidriados alcalinos y reduce el tpico craquelado haciendo las grietas ms superficiales, es txico.

Aumenta la viscosidad y la dureza de los vidriados alcalinos, reduce la solubilidad en agua de las fritas alcalinas y boracicas, y la posibilidad de que los vidriados alcalinos desarrollen sales solubles una vez cocidos.

Materiales que lo contienen:

Carbonato de Bario COsBa tambin llamado witerita

Sulfato de Bario S O B a tambin llamado barita, espato pesado.

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Oxido de cinc ( ZnO )

Propiedades cermicas.- Si las condiciones son fal.orables ( que no haya .AId>~ ni H-01 en el vidriado ), suele combinarse con el SiOz formando cristales de willemita ( silic-atct de cinc ) a veces de grandes dimensiones.

Aporta viscosidad a los vidriados alcalinos y boracicos adems de dureza y resistencia a los agentes atmosfricos y al uso cotidiano.

Reduce la solubilidad en agua de las fritas alcalinas y la posibilidad de que los vidriados alcalinos desarrollen sales solubles una vez cocidos.

Material que lo contiene:

Oxido de cinc

Oxido de boro ( B203 )

Propiedades cermicas.- Formador de vidrio, gran poder findente y gran facilidad para formar combinaciones eutcticas con todos los sidos ceramicos.

Regula la viscosidad de los vidriados ( a ms B ~ O J menos viscosidad ); regula el punto de fusin de los vidriados ( a ms B203 menor punto de fusin ).

Oxido presente siempre en los vidriados boracicos ( de ahi su nombre ) y casi siempre en los alcalinos, en menos cantidad.

Es prcticamente imposible ( salvo algunas excepciones ), hacer vidriados de baja temperatura libres de plomo sin recurrir al B203.

Aporta a los vidriados margen de fusin, elasticidad, dureza, resistencia a los agentes atmosfricos y al choque trmico.

Gracias a su accin disolvente, da lugar a una interaccin muy intima entre pasta y vidriado creando una gran zona de interfase.

Materiales que lo contienen: Acido borico B203 * 3 H z 0 Brax anhidro 2 B203 * Na20 Brax cristalizado 2 B203 * Na20 .* 10 H20 Colemanita calcinada 3 B:03 * coa Borato de calcio B203 * CaO Borato de bario B203 * BaO Borato de magnesio Borato de cinc

18

Oxido de aluminio ( Al203 )

Propiedades cermicas.- Regula la viscosidad de los vidriados ( a mayor cantidad de oKido mayor es la viscosidad ).

Aporta fuerza y dureza a los vidriados, tambin resistencia a los agentes atmosfericos y al uso cotidiano.

Aporta margen de fusin a los vidriados y facilita la aplicacin de estos sobre la pasta Estabiliza las fritas alcalinas y boracicas e impide que se desarrollen sales solubitts en los vidriados alcalinos, una vez cocidos.

Material que lo contiene. Almina calcinada.- AI203 material procedente de la calcinacin industrial

de la bauxita.

Arcilla refractaria - plstica

caoln

Bentonita: A l 2 0 3 * 4 Si02 * 9 H20 arcilla procedente de la descomposicin de rocas de origen volcnico, es la arcilla ms plstica que se conoce, contiene minerales de montmurillonita.

Oxido de silicio ( Si02 )

Propiedades cermicas.- Formador de vidrio a condicin de enfriamiento normal. Regula la viscosidad de los vidriados ( a ms Si02 mayor es la viscosidad ). Aporta al vidriado herza. dureza, resistencia a los agentes atmosfricos, a los cidos, a las bases y al uso cotidiano.

Si las condiciones son favorables, puede cristalizar con los bxidos alcalinoterreos MgO. CaO, Bao, ZnO, S r 0 y TiO2, formando vidriados criptocristalinos y macrocristalinos.

Disminuye la dilatacin trmica de los vidriados ( Si02 amorfo ). Forma fcilmente combinaciones eutcticas con todos los xidos cermicos. Unico material imprescindible para formar cualquier tipo de vidriado cermico.

Mineral muy abundante ( el 26% de la corteza terrestre est formado por Si02 ). Materiales que contienen SO2: todos los feldespatos, pegmatitas, talcos, arcillas, caolines y cuarzo tambin llamado slice, pedernal, silex y arena.

Kiesselyuhr: material formado por esqueletos pulverizados de diatomeas, su composicin qumica es del 70 - 90% de Si02 amorfo y el resto de impurezas (A1203, CaO, MgO, etc.).

l . 1 O OXIDOS COLORANTES

OXIDO DE COBRE

Oxido cprico Color: negro Peso molecular: 79.6 Punto de hsin: 1 148 "C Es un oxido muy findente Nombre comn: oxido de cobre negro ( tenorita ) % usual para colorear vidriados: del 0.3 al 5% Densidad: 6.4 Capacidad coloracin al mezclarlo en vidriados: Alcnlittos: del verde azulado al azul turquesa ( oxidacin ) Horbcicos: del verde al verde azulado ( oxidacin ) De reduccidtl: del rojo sangre al violeta pasando por el marrn rojizo

CUO

Otros materiales que aporten xido de cobre: Carbonato de cobre

Color: verde Peso molecuar:22 1.2 Punto de fisin: se descompone a 200 OC. 0/0 usual para colorear vidriados: del 0.5 al 8 Yo Densidad: 4 Diferencias con el xido: menor poder de coloracin y mayor dispersin. Nombre comn: malaquita

CO~CU * CU (0H)z

Oxido cuproso

Color: rojo violceo Peso molecular: 14 1 .3 Punto de fisin: 1235 "C '340 usual para colorear vidriados: del 0.2 al 5% Nombre comn: oxido de cobre rojo ( cuprita ) Densidad: 6 Diferencia con el oxido cprico: mayor poder findente, mayor poder colorante, algo m5 caro, algo dificil de encontrar, inestable con la temperatura.

cuzo

20

OXIDO DE COBALTO

Oxido cobaltoso - cobaltico. Color: negro Peso molecular: 240.8 Punto de hsin: se descompone Densidad: 6 Es un oxido bastante fndente. Nombre comn: negro de cobalto % usual para colorear vidriados: del O. 1 al 2% Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcnlinos: azul Borcicos: azul De reduccin: azul

co304

Otros materiales que aporten oxido de cobalto: Oxido cobaltoso

c o o Color: gris Peso molecular: 75. Punto de fusin: 1480 "C Densidad: 5.7 % usual para colorear vidriados: del O. 1 al 2% Nombre comn: xido de cobalto gris. Diferencias con el xido de cobalto: mayor capacidad de coloracin, mayor concentracin, ms caro.

OXIDO COBALTIC0

Color: negro azulado Peso molecular: 166 Punto de fsin: 15 10 OC Densidad: 5.2 % usual para colorear vidriados: del O. 1 al 2% Diferencias con el xido de cobalto: no apreciables

coz03

CARBONATO DE COBALTO

Color: violceo Peso molecular: 11 9 Densidad: 4.1 Punto de fisin: se descompone a 850 - 900 *C; el COO restante hnde a 1480 'C. YO usual para colorear vidriados: del 0.3 al 4%. Nombre comn: carbonato de cobalto o cobalto violeta: cobaltocalcita, esferocobaltina. Diferencias con el oxido: menor concentracin, menor capacidad de coloracin, menor precio.

C03Co

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OXIDO DE HIERRO

Oxido frrico Color: rojo Peso molecular: 160 Punto de fusin: 1565 "C Densidad: 5.24 Es un oxido algo filndente Nombre comn: hematites roja u oligisto YO usual para colorear vidriados: del 2 al 15% Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcdir los: amarillo y beige Horhcicos: amarillo y marrn rojizo Ije redrlccicirl: verde y azul. Otros materiales que aporten xido de hierro: Oxido fen-oso

Color: negro Peso molecular: 72 Punto de fusin: 1420 OC Densidad: 5.7 YO usual para colorear vidriados: del 1 al 15% Nombre comn: xido de hierro negro Diferencias con el xido de hierro: mayor concentracint precio mas alto, ms fiindente, inestable con la temperatura ( se oxida ).

Fez03

Fe0

Oxido ferroso - frrico

Color: negro Peso molecular: 23 l . 5 Punto de fisin: 1538 "C Densidad: 5.2 YO usual para colorear vidriados: del 2 al 15% Nombre comn: xido ferroso - frrico o magnetita Diferencias con el xido de hierro: no apreciables.

Fe304

Hidrxido frrico

Color: amarillo Punto de fusin: 1420 OC Densidad: 3.5 Peso molecular: 107 YO usual para colorear vidriados: del 2 al 15% Nombre comn: limonita. Diferencias con el xido de hierro: no apreciables

Fe (OH13

22

BIOX11L)O DE. AIANGANESO

I'cso nlolccllllr S7 Punto de filsion- se descompone a 535 "C; el h4nO restante hnde a 1650 "C.

Yombre comi~n. pirosulita, wad. E s u n oxido bastante fndente Densidad 5 0-3 O/ usual para colorear vidriados: del 0.2 al 3% Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcnlir~o.~: violeta o malva y amarillo Horcic.ic*o.\-: beige a marrn pardo. l k retlrlccititr: verdoso Otros materiales que aporten manganeso: Carbonato de manganeso

Peso molecular: 1 15 Punto de fusin: a 600 ('C se descompone en COZ y MnO; este idtimo funde a 1650 'C Color: rojizo a negro Densidad: -3.5 Nombre comn: rodocrosita. %O usual para colorear vidriados: del 0.4 al 5Yo Diferencia con el xido: menor concentracin, mayor dispersibn.

MnOz

colol-. negro

CO,Mn

OXIDO DE CROMO Cr203

Peso molecular: 152 Densidad: 5.2 1 Color: verde Punto de fusin 1990 "C Nombre comn: oxido de cromo Es un oxido muy refractario, aumenta el punto de hsin de la mezcla YO usual para colorear vidriados: del 0.05 al 2% Color obtenido ai mezclarlo con vidriados: Alcnlitros: amarillo, marrn y verde. Rorcicicos: amarillo, naranja, verde, marrn y rosa. De reu'lrcci3;tr: marrn y verde.

23

OXIDO DE N I Q L E L

Oxido niqueloso Peso molecular- 75 Punto de filsin: 2090 "C Color: verde Densidad: 7 Es un oxido refractario Nombre comn: xido verde de niquel % usual para colorear vidriados: del 0.3 al 3'3.0 Color obtenido al mezclarlo con vidriados: Alcnlims: verde plido y rosa apagado Horcicicos: verde, gris y azul fro Oe recr'lrccidrr: amarillo y gris claro. Otros materiales que aporten xido de nquel: Oxido niqulico

Peso molecular: 165.4 Densidad: 4.8 Punto de Gsin: se descompone desprendiendo oxigeno a 600 OC, el Ni0 restante funde a 2090 "C Color: negro 04 usual para colorear vidriados: del 0.3 al 3% Nombre comn: sido negro de nquel. Diferencias con el xido de nquel: poco apreciables.

N i 0

N i 2 0 3

1 . 1 1 OPACIFICANTES

OXIDO DE ESTAO

Peso molecular: 150.7 Densidad: 6.75 Punto de fusin: 1580 (IC Color: blanco Nombre comn: casiterita Y utilizado para opacificar vidriados:

SnO2

alcalinos: del 6 al 10% borcicos: del 8 al 15Y0

Chrzrcferi.sti~~~.y. Es el mejor opacificante para todas las temperaturas y todo tipo de vidriados. Lamentablemente es Tambin el ms caro. Los vidriados borcicos, debido precisamente al contenido de boro, lo disuelven bastante; no as los alcalinos. Tanto con estos como con los borcicos de un vidriado de color blanco.

Oxido de antimonio

Peso molecular: 29 1 .5 Densidad: 5.5 Punto de fusin: 656 ('C Color: blanco Nombre comn: valentinita 'YO utilizado para opacificar vidriados:

S b203

alcalinos: del 6 al 12% borcicos: del 6 al 12%

Curacteristicns. Es uno de los mejores opacificantes para vidriados alcalinos y borcicos de baja temperatura. Se obtienen con I vidriados muy blancos. Es txico. A veces se sustituye por pentxido de antimonio SbzOs, o por antimonio sdico Na to * SbzOs * 0.5 Hz0,materiales ambos que aportan %xido de antimonio y no son txicos.

25

IOX!DO DE TITAN10 Ti02

Peso molecular: 79.9 Densidad: 4.3 Punto de fusin: 1640 "C Color: blanco a marrn o amarillento Nombre comn: brookita o anatasa, o rutilo % utilizado para opacificar vidriados:

alcalinos: del 7 al 12% borcicos: del 8 al 16%

Ihtzrcteristicns: Es un opacificante poco til para vidriados alcalinos o borcicos puesto que tanto el boro ( B203 ), como los lcalis. lo disuelven en gran parte. Por otra parte, puede provocar problemas de excesiva cristalizacin durante el enfriamiento del vidriado. A pesar de stos inconvenientes, se emplea bastante debido a su bajo precio, a su buena respuesta ante los xidos colorantes, y a que nunca provoca problemas de burbujas como otros xidos. A veces contiene impurezas de hierro.

OXIDO DE CIRCONIO

Peso molecular: 123.2 Densidad: 5.6 Punto de fusin: 2950 'C Color: blanco a gris oscuro Nombre comn: baddeleyita o/b utilizado para opacificar vidriados:

2 3 0 2

alcalino: del 6 al 14% borcicos: del 6 al 14%

I'crlurcteri.sticn.s. Como puede verse, el oxido de circonio es, tremendamente refractario, lo que se comprueba al opacificar un vidriado. que aumente rpidamente de punto de fusin y viscosidad. La respuesta ante los Xxidos colorantes es mas bien mediocre.

Silicato de circonio ZrSi04

Peso molecular: 183.3 Densidad: 4.5 Punto de fusin: 2550 "C Color: blanco a pardo grisceo Nombre comn: circn o tierra de circonio %O utilizado para opacificar vidriados:

alcalinos: del 10 al 263,O borcicos: del 10 al 2694

Ccmctersticns: Es un buen opacificante a condicir. de poner la suficiente cantidad y de que su grandometra sea inferior a 6 micras. Actan de opacificantes tanto el circonio cotno la slice. Es preferible que el vidriado a opacificar con silicato de circonio sea viscoso, es decir, rico en A 1 2 0 3 y Si02.

26

OXIDO DE CERlO

Peso molecular: 172 Densidad: 6.7 Punto de fusin: 1950 'C Color: blanco amarillento % utilizado para opacificar vidriados:

Ceo2

alcalinos: del 6 al 12% borcicos: del 6 al 12Y0

Cnmcteristicas. Es un opacificante especialmente til para la baja temperatura. hace burbujear al vidriado ms all de los 1 I O "C. Es caro y dificil de encontrar.

Volatiliza y

OXIDO DE ARSENIC0

Peso molecular: 197.8 Densidad: 3.75 Punto de fusin: sublima a 193 "C Color: blanco. Nombre comn: matarratas YO utilizado para opacificar vidriados:

As203

alcalinos: del 6 al 12% borcicos: del 6 al 12%

('nmctersticns. Es un material sumamente venenoso que no se utiliza en vidriados crudos; hay que fritarlo por su toxicidad, porque es soluble en agua., y para facilitar la dispersin y evitar que burbujee. Da vidriados muy blancos, muy aptos para decorar sobre - cubierta, pero muy dificiles de colorear.

MONOBORATO DE CALCIO B203 * CaO

Peso molecular: 126 Densidad: l . 7 Punto de fsin: 1095 OC Color: blanco intenso.

Caractersticas. El monoborato de calcio se puede utilizar como tal, o bien se puede poner en el vidriado igual cantidad molecular de CaO y de B20.3 para que se forme solo. L a cantidad molecular adecuada es de 0.4 a 0.8 moles de monoborato ( o bien de CaO y de B203 por separado ). Si se quiere poner por separado, el CaO ser conveniente ponerlo en forma de wollastonita (CaO * SiO2) y no en forma de creta, pues esta ultima hara burbujear al vidriado. El anhdrido brico (B203) se podra poner en forma de brax o cido brico.

El vidriado apto para opacificar con monoborato de calcio es un vidriado con poco lcali, poco Si02 y bastante A l 2 0 3 . Se suele obtener un vidriado opaco, brillante ,muy blanco, muy terso, algo fluido y con muy buena respuesta al xido colorante. Se puede reforzar la accin opacificante del monoborato con algo de ZnO.

27

1 . 1 1.1 PROPIEDADES DE LOS VIDRIADOS

COEFICIENTE DE EXPANSION:

La resistencia mecnica de una pieza acabada, se aumenta si el vidriado se encuentra en un estado de compresin; el cual se origina si el vidriado tiene un coeficiente

enfriamiento despus de la coccin a esmalte. Una diferencia demasiado grande, entre la expansin de la pasta y del vidriado conduce a defectos.

- de expansin menor que la pasta a la que se aplica, esto es, si se contrae menos durante el

El coeficiente de expansin lineal se define como el aumento de longitud, por unidad de longitud, producido por una elevaci6n de temperatura de 1 OC, varia con la temperatura a la que se mide sta y/o el intervalo cubierto debe citarse junto con los valores.

Si el coeficiente de expansin del vidriado es mayor que el de la pasta, el vidriado se contrae ms que sta, y queda por lo tanto en tensin, esto puede motivar que se rompa, a saber, en grietas finas irregulares, lo que se conoce como cuarteo " . En el caso contrario, si el coeficiente de expansin del vidriado es demasiado pequeo, el vidriado fro queda bajo compresin y pueden saltar fragmentos de l, esto se conoce, como " descascarillado debido a que se presenta mas frecuentemente en superfrcie de curvatura brusca "desconchado a los bordes ' ' y tambin ' ' descortezado ' ' o ' ' saltado ' ' .

..

..

RESISTENCIA QUIMICA:

Podra pensarse que puesto que la resistencia qumica est ligada .a la resistencia estructural, seria paralela a la refractariedad, si bien es esta la tendencia general; afortunadamente no se sigue totalmente, pues de seguirse, todos los vidriados de bajo punto de fusin tendran resistencias qumicas inferiores a las de los vidriados de punto de fusin superior.

Kreidl y Weyl ( K81 ), describen los dos mecanismos diferentes por los cuales los reactivos pueden atacar a los vidrios.

j I! El ataque de los cidos distintos al fluorhdrico, los cidos poseen iones hidrgenos fcilmente disponibles y muy mbviles, los cuales pueden intercambiar lugares con los iones alcalinos existentes en los huecos del retculo, convirtiendo gradualmente ste en slice hidratado.

2) El ataque de los lcalis, cido fluorhdrico y otros reactivos que pueden formar compuestos solubles con el slice. Estos productos qumicos atacan realmente el retculo de slice, descomponindolo gradualmente por disolucin, la etapa primaria en el ataque de los lcalis, por ejemplo, es la adsorcin de OH sobre un oxigeno de un puente Si - O - Si, por lo tanto se ve notablemente influenciado por la composicin de la superficie, as como por la resistencia estructural.

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En los vidriados opacos el medio no es homogneo, existiendo en la matriz vtrea particulas en suspensibn, cada una de las cuales, retleja, refracta y difracta la luz.

El lndice de refraccin de la partcula suspendida debe ser diferente del de la fase vtrea v son las partculas de forma irregular las ms eficaces; las particulas pueden ser:

1 . - Lyna materia prima finamente dividida, que no ha reaccionado y no se ha disuelto

2.- Un compuesto formado en las reacciones que es inmiscible con el resto del vidrio

3 . - Cristalinos formados en el enfriamiento

29

I . 12 ASPEiCTOS GENERALES DE LA APLICACION DEL VIDRIADO

[.a conlposiciiil de la carga de los vidriados se ajusta de tal modo que contenga slo inydientes insolubles en agua, tanto si estos son las materias primas propiamente dichas, como si se trata de tiitas preparadas. En ambos casos se muelen tales ingredientes hasta alcitrlmr el grado de tinura requerido para la aplicacin del vidriado, en general esto se realim en un molino de bolas o de guijarros, en presencia de agua.

Cor1 la finalidad de mantener en suspensin el material molido, se incorpora usualmente alrcdedn: de u n 50 de caoln crudo. En circunstancias particulares puede ser sustituido ste por arcilla grasa o por una pequea cantidad de bentonita, o bien puede eliminarse la arcilla en favor de los adhesivos orgnicos

A continuacin debe llevarse la suspensin de vidriado a l a consistencia correcta para su aplicacin. Esto requiere el ajuste de la relacin slidos - agua, y de la viscosidad, pudiendo implicar la adicin de materia soluble para obtener un producto til (la consistencia requerida en la practica depende del mtodo de aplicacin). La consistencia se ve notablemente influenciada por las materias solubles en agua, stas se incluyen automticamente en el agua utilizada y frecuentemente es necesario mantener un control sobre el pH y la naturaleza y cantidad de materias solubles.

Puede producirse tambin materia soluble a partir de la carga del vidriado que, aunque normalmente es insoluble en agua, por lo general proporciona pequeas cantidades de lcalis, boro, etc.. durante el proceso de molienda hmeda.

L a consistencia depende de la arcilla presente, la cual es afectada ostensiblemente por el valor del pH y por la naturaleza y cantidad de materias solubles.

MOLIENDA

Los vidriados se muelen normalmente en molinos de guijarros o de bolas, la finura practica de la suspensin de vidriado resultante se expresa usualmente en horas de molienda o en millares de revoluciones por minuto del molino.

En la mayora de los casos una mayor finura, es decir, una molienda ms prolongada de los vidriados, los mejora y por lo general esto se ve restringido slo por factores econmicos. Existen no obstante, ejemplos de defectos que se deben a una excesiva molienda.

Un ejemplo de lo anterior, es la relacin que guarda la solubilidad del plomo con el tamao de la partcula del vidriado en loza y porcelana vtrea comerciales.

Se vari el tratamiento de moiienda de u t \.idriado particular entre 12 y 28 hrs, y se determino la solubilidad del plomo junto con las propiedades generales del vidriado. La solubilidad del plomo aumenra conforme el rielnpo pasa.

Otra desventaja de la molientia excesiva es que los vidriados tienden a agrietarse durante el secado y a arrugarse durante la cochura

Por ultimo es probable que se produzca una mavor interaccin superficial vidriado - pasta, con un vidriado molido ms tinamente. la cual altera la composicin de los vidriados cocidos.

Antes de proceder al vidriado, debe tomarse toda clase de precauciones a fin de tener la seguridad de que la superticie de las piezas est desprovista de partculas sueltas y polvo, deben eliminarse por cepillado que tiempo atrs se hacia a mano pero actualmente puede hacerse a maquina en la mayora de los casos. Despus del cepillado, se sella el fondo de las piezas con las marcas de fbrica v de diferenciacin precisas.

Las mquinas de cepillado tienen que ser de dos tipos diferentes, para piezas llanas y hondas, respectivamente la Mquina cepilladora de rodillos para piezas llanas "; y la Mquina cepilladora vertical doble , est disecada para fruteros y soperas, los cuales no pueden pasarse a travs de la mquina de rodillos.

\~ I \

..

Tambin hay que hacer ciertas consideraciones acerca de la consistencia del vidriado y sus propiedades, as como las de la arcilla., antes de la aplicacin.

La consistencia es un trmino mal definido que puede abarcar la densidad relativa, la movilidad, la adhesin. Por la que respecta a los vidriados, la densidad relativa se comprueba determinando el peso de un litro; tnientras que la movilidad controla la velocidad de escurrido del exceso de vidriado.

Se ha desarrollado un mtodo para controlar las suspensiones de vidriado destinadas a aplicacin por inmersin, mediante la definicin de propiedades de la suspensin medidas fcilmente. Son stas:

i i El "valor de coherencia", que es el peso de suspensin que se adhiere a la unidad de superficie de una placa de vidrio sumergida en una suspensin y sacada de la misma a la velocidad constante 1 c d s e g .

.!) La "receptividad' ', que es el peso de agua retenido y absorbido por centmetro cuadrado de superficie, de una muestra de ensayo del material, despus de su inmersin en condiciones normalizadas.

3) La "captacin", que es el peso de los slidos, en gramos, depositado por centmetro cuadrado de superficie de la muestra de ensayo del material, despus de la inmersin en una suspensin en condiciones normalizadas.

31

Para receptividad constante R la grafica del valor de coherencia C en funcin de la captacin P es lineal y conduce a l a siguiente ecuacih

P K ( Wl O0 ) ( C - O.OO I ) Donde:

P = Captacin de vidriado ( dcm2 )

C = Valor de coherencia ( gcm )

K = Constante de sedimentacin

R = Receptividad de la pasta.

Los factores principales que afectan a l a condicion del \-idriado aplicado son:

Condicin de la superficie de la pasta ( receptividad ) b ) Consistencia del vidriado. i j Distribucin mecnica de vidriado sobre la pasta.

32

ANALISIS DE MERCADO.

Toda tarea de investigacin debe siempre estar respaldada y evaluada a futuro, hecho que puede quedar directamente relacionado con un estudio de mercado que garantice absolutamente todas las distintas fases por las que atraviesa todo un proyecto en vas de desarrollo. Por lo anterior se muestran las bases en las que el presente trabajo h e llevado a cabo.

UBICACION DEL PROBLE,MA.

LA UTILIZACION DEI, PLOMO. Podra pensarse en general que un vidriado que sea suficientemente resistente para no contaminar apreciablemente nada que est en contacto con l, o para no ser eliminado por desgaste antes de la rotura de la pieza sera adecuado. Desgraciadamente, un constituyente comn de los vidriados es el plomo, el cual tiene una naturaleza txica.

Los vidriados de plomo son mucho menos susceptibles a las pequeas irregularidades en las condiciones de preparacin y coccin que los que no lo contienen. Esto se debe principalmente a la elevada viscosidad de los aluminosilicatos de plomo, que disminuye comparativamente poco con el aumento de temperatura. Muchos de los hornos ms antiguos no pueden regularse con mayor exactitud que a 60 C - 100 C del punto ptimo. En estas condiciones un vidriado sin plomo que contenga lcalis pueden presentar una fisin incompleta en la zona ms fra, y una viscosidad demasiado baja en la zona de mxima temperatura, en tanto que el vidriado de plomo dar buen resultado en todas las zonas.

El riesgo de envenenamiento por plomo es por supuesto mucho mayor para los operarios de las alfareras que para el usuario, y aos atrs constitua una enfermedad laboral. Por esta razn, en Gran Bretaa por ejemplo, se ha enfocado principalmente la legislacin hacia la proteccin de los trabajadores. Se haba encontrado que las mujeres y los jovenes de ambos sexos son ms susceptibles que los hombres al envenenamiento por plomo, por lo cual actualmente no se permite emplearlos en ningn proceso, tal como la inmersin de las piezas en el vidriado, donde se utilice plomo bruto, ni en la limpieza de naves en las que se consuma ste. Aquellos operarios que manipulen plomo bruto deben protegerse como sigue: utilizando aparatos de respiracin cuando manipulen o mezclen materiales de plomo secos, disponiendo sistemas de ventilacin eficientes en dichos lugares dado que se origina polvo inevitablemente, proporcionandoles trajes de trabajo y escafandras limpios al menos una vez por semana y lavabos con guardarropas para sus prendas exteriores, prohibiendo comer y k m a r en las naves de trabajo y disponiendo inspecciones mdicas regulares.

De acuerdo con la ley inglesa de regulaciones especiales de alfarera ( en relacin con la salud ) de 1947, en la actualidad es slo permisible emplear vidriados de plomo de solubilidad.

En Mxico la Secretara de Salud ha venido modificando desde 199 1 una norma ( Q-46 ) que trata del control sobre sustancias txicas en cerimica vidriada a baja temperatura de la siguiente manera:

DESCRIPCION Piezas planas Piezas huecas ch. Piezas huecas gr. Artsuso recreativo

PLOMO mgjl (ppm) 7.0 5.0 2.5 2.5

Actualmente en Mxico no se han propuesto soluciones adecuadas y el contenido de plomo ha reducido las ventas de la cernlica ( especialmente las de la exportacin ) creando as hertes daos en un sector productivo tradicional de nuestro pas.

Las firtas ( vidriados aplicables a la cermica ) han sido probados en barros nacionales sin reportar resultados del todo satisfactorios.

PRINCIPALES CONSUMIDORES DE LA CERAMICA VIDRIADA.

El principal mercado de los utensilios de la alfarera y cermica se localiza tanto en los hogares como en el sector turstico.

Dependiendo del trabajo depositado sobre cada pieza ser su lugar destinado, por ejemplo un utensilio de cocina o un objeto meramente decorativo.

El producto terminado ( vidrio aplicable como fiita ) deber ser vendido a todos aquellos pequeos talleres familiares que puedan hornear sus piezas vidrindolas con facilidad y a baja temperatura. El tipo de vidrio, proceso y ubicacin de las plantas se tratar posteriormente.

Los principales productores de la cermica vidriada se localizan en la parte central y cuenca del pacfico debido a que en stas mismas entidades federativas se localizan las materias primas, por ende el costo de la produccin se ve favorecido al tener un transporte corto y barato. Cabe mencionar, que en dichas entidades, el nmero de establecimientos familares es mayor comparndolo con el de las grandes urbes ( D.F y Guadalajara principalmente ) donde predominan los establecimientos industriales.

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS POR ENTIDAD FEDERATIVA, SUBSECTOR Y RAMA DE ACTIVIDAD (1 988)

1)Rama 361 1, Alfarera y cermica (excluye material de construccin)

2)"Nmero de unidades censadas en las cuales INEGI omite el dato de acuerdo al artculo 38

3)Datos de los censos econmicos e industriales de 1988 de la ley de informacin estadstica y geogrfia.

TABLA No. I Indica las principales caracteristicasde los establecimientos por entidad federativa y sus sectores y ramas de actividad de 1998.

CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS POR ENTIDAD FEDERATIVA, SUBSECTBR Y RAMA DE ACTIVIDAD (1993)

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CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE LOS ESTABLECIMIENTOS MANUFACTUREROS POR DELEGACIN, SUBSECTOR Y RAMA DE ACTIVIDAD (D.F)

Datos referentes a 1993

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URJCACI~N DE IA PLANTA.

Decidmos colocar tres plantas en lugar de una, por las siguientes razones:

- Minimizar costos de transporte, tanto de materia prima, como de distriicin de producto terminado.

- Porque abarcamos un mercado ms amplio.

- Urn mejor satisfaccin de las necesidades d e l cliente.

- Quc tuviem vas de acceso y comunicacin rhpidas - Una mayor densidad de poblacin - Disponibilidad de m o de obra de calidad

- Disposicin de materias primas - Utncarlas en un corredor industrial.

Los estados que escogimos para colocar nuestras plantas, por reunir l a s caractersticas anteriores, son: Guanajuato, Estado de Mxico y Puebla.

Un aspecto que tambin debemos tener presente es el concerniente a la exportacin, y es por ello que debemos localizar a las plantas cerca de vas areas y martimas, tanto como sea posible. En nuestro caso, tenemos que dos de ellas, la de Guana~uato y la de Puebla satisfacen estas condiciones, ya que se encuentcan cerca de aeropuertos internacionales y de puertos martimos (Guanajuato tendra salida hacia el pacfico y Puebla hacia el Golfo de Mdxico o el Atlntico). En tanto el Estado de Mxico slo satisfaria la condicin de estar cerca de un aeropuerto internacional.

Tambin habra que vigilar que estuvieran cerca de vas frreas para su eventual transporte al interior de la r e p b l i c a y hacia los Estados Unidos.

CONS~~ERACTONES ACERCA DE LA VIABILTDAD ECON~MTCA DE.L PROYECTO.

Cabe destacar que nosotros hicimos el balance econ6mico para una planta con una produccin mensual de 20 toneladas; sin embargo la demanda reai que nosotros obtuvimos como resultado de nuestro anlisis de mercado era de 60 toneladas mensuales., debido a lo cual la evaluacin econmica que se hizo para la planta cuya producci6n es de 20 toneladas deber valer para tres plantas cuya produccin mensual sea del mismo tonelaje que para la anterior.

Dado que la evaluacin econ6mica result6 factible para una planta deber ser igualmente viable para otras dos plantas para satisfacer la ciernan& real de 60 toneladas mensuales.

3 8

D F

JALISCO

GUANAJUATO

PUEBLA

MORELIA

HIDALGO

EDO. DE MEXICO

MICHOACAN

OAXACA

CHIAPAS

GUERRERO

TLAXCALA

SAN LUIS P.

GUASCALIENTES

QUERETARO

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OBTENSION DE KlDRIADO SIN PLOMO

PARTE II

PARTE EXPEMMENTAL

COMPORTAMIENTO TERMICO EN SERIE DE GRADIENTES'

TENSION SUPERFICIAL

VISCOSIDA D

RESISTENCIA QUIMICA

Objetivo General.

Obtener vidrios (fhtas) para el vidriado de cermicas de baja temperatura sin contenido de plomo o que cumpla con la norma Q-46 (Noma Oficial Mexicana para la Cermica), establecida por la Secretaria de salud. Este producto debe fundir y fluir produciendo el mnimo de burbujas, y adems, su coeficiente de dilatacin trmica debe ser compatible con el de los barros, para que no produzca fisura muy evidentes en la loza terminada, debido a que la impermeabilidad se ve afectada. Es necesario conservar fa apariencia, es decir, el brillo y los colores de la cerkmica @adicional.

Objetivos Particulares.

Caracterizacin de l a s arcillas naturales ms representativas de la alfarera Mexicana, para definir tanto su composicin qumica como su estructura y transformaciones de fase en el proceso trmico y establecer su posible compatibilidad con un vidriado determinado. Preparacin de una o varias muestras de vidrios a partir de silice, almina, xidos methlicos. Estos vidrios deben tener coeficientes de expansin trmica similares a la pasta cermica y poseer propiedades tales como: bnllo, dureza, resistencia trmica y quimica. Se requiere adems, que el rango de fusin de los vidrios sea adecuado para el proceso de baja temperatura

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VIDRIOS

Los vidnos son substancias amorfas conocidos comnmente como lquidos sobre enfhados de elevadsima viscosidad. Sus estructuras moleculares se forman por redes extendidas en tres dimensiones carentes de periodicidad, debido a que las unidades que conforman la red estn ordenadas al azar, a dferencia de los slidos cristalinos que tienen una estructura regular. Sin embargo, se observa un ordenamiento local en forma de poliedros de coordinacin regular conocidos como unidades (Pearsall, 1976).

Los vidnos se caracterizan por no tener una temperatura de solidificacin definida, es decir, el material se hace ms y ms viscoso dentro de un intervalo de temperaturas. A esto se le considera como un proceso de solidificacin asociado con un cambio de energas en las uniones entre las subunidades. Puesto que los entornos de las subunidades no son todos idnticos entre s, tampoco lo son las energas de unin de las subunidades aun cuando las diferencias puedan ser pequeas (McMillan, 1979).

Cuando se enfra el material, las uniones de energa mnima, son las primeras en formarse haciendo que las subunidades comiencen a adherirse localmente. Luego a me&& que la temperatura sigue disminuyendo, las unidades ms dbiles se van formando gradualmente hasta que el material endurece totalmente (McMillan, 1979).

La temperatura a la cual el material que va solidificando aparece primero como una masa rgida es llamada temperatura de transicin vtrea, porque a temperaturas mucho ms bajas el material ser fr@1 como el vidno y a otras mucho ms altas tiende a fluir como un lquido muy viscoso. De forma d o g a a la temperatura de solidificacin, la temperatura a la cual el material comienza a fluir no es un valor definido sino un intervalo de temperatura en la que el material mantiene un valor poco variable de su viscosidad y a este punto se le conoce como temperatura de reblandecimiento (Knight, 1969).

Una caracterstica importante de los vidnos es que son transparentes tanto en el estado lquido como en el slido. Su transparencia se debe a que no tienen inclusiones, agujeros o superficies internas que posean las propiedades necesarias para dispersar la luz, y no tienen electrones o iones libres que puedan absorber y emitir l u z a travs de cambien en sus estados energticos (Pearsall, 1976).

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Tambin presentan un grado dz flexibilidad que depende de la composicin del material (Pearsall, 1976). De acuerdo a su naturaleza qumica se clasifican en orgnicos e inorgnicos (Singer, 1976). Los vidrios de inters en el presente trabajo son los inorgnicos. El vidrio ms comn es el formado por el xido de silicio. Posee excelentes propiedades de resistencia mecnica y qumica y tiene su temperatura de reblandecimiento alrededor de los 1700C

Estructura cristalina y amorfa de la slice

Slice Cristalina Slice amorfa

Figura 1

Diseiio y PreDaracin de vidnos de bajo intervalo de h i s

La formacin de vidnos se lleva a cabo por una variedad de tcnicas tales como: enfriamiento del estado lquido, condensacin del vapor, despresurizacin, formacin del gel por anodizacin, bombardeo del cristal por partculas de alta energa u por choque de longitudes de onda (Uhlmann, 1983). De estas tcnicas la ms importante y ampliamente usada es la del enfhamiento muy rpido d e l estado lquido hasta una temperatura suficientemente -bga (temperatura de transicin Vtrea), si el enfriamiento es

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relativamente lento el material cristaliza produciendo slidos de muy alta dureza. Esta sustancia vtrea reduce su volumen al continuar ehndose, pero en menor medida que por encima de la temperatura de transformacin. La transformacin vtrea es la base de varios modelos que describen la formacin de vidnos y se tienen el siguiente: Modelo estructural.

Modelo estructural

Quiz el mejor modelo estructural conocido para la formacin de vidrios se debe a Zachariasert (1 932) y Warren (1 937, 1941). Hablando de oxidos, Zachariazen expres una ltima conlcin para la formacibn de vidnos que dice La sustancia debe formar redes extendidas en tres dmensiones carentes de periodicidad con un contenido de energa comparable con la correspondiente a la red del cristal. Esto condujo a la formulacin de las reglas para la formacin de vidnos. De acuerdo con ellas u11 v i h o inorgnico se forma s:

Un tomo de oxigeno est unido a no ms de dos cationes atmicos. El nmero de tomos de oxgeno que rodean a los tomos catinicos debe ser pequeo (4 como mximo) Los poliedros aninicos comparten entre s vrtices, no aristas ni caras. Al menos deben estar compartidos tres vrtices de cada poliedro de oxgeno Los enlaces entre el oxgeno y el catin son covalentes y direccionales, es decir, el ordenamiento atmico local est determinado por los ngulos de enlace y puede ser representado por un poliedro cuyo vrtice es la direccin de m i m a intensidad de unin.

Las implicaciones del modelo estructural de red deatoria en la formacin de vidrios conduce a la clasificacin de xidos catinicos corno: formadores de red, modificadores de red e intermedios o coformadores de red. Los formadores de la red vtrea son los xidos que forman la red principal del vidrio e impiden la desvitrificacin. ED cermica se utilizan tres: Si02, tambihn llamado anhidrido silicic0 o pedernal de alfarero, Bz03 o anhdrido brico, y P203 o pentxido de fsforo (aunque ste ltimo es raramente usado).

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Los modificadores de la red vtrea son xidos que rellenan los huecos de l a red y debilitan los enlaces, por ejemplo en la figura se puede observar los iones de sod10 dentro del reticulo de slice. Su adicin debe ser limitada porque, si entran en la red ms de los que pueden caber, toda la estructura se derrumba al estado cristalino. Tales modificadores pueden ser: Li20, NazO, &O, M@, CaO, Bao, 2nO.Por lo general cuanto ms modificadores se aaden, menos viscosidad tiene el vidrio, menor resistencia al ataque qumico y principalmente la temperatura de reblandecimiento del vidrio es ms baja. Los conformadores o intemedios de la red vtrea. Algunos xidos no forman vidrios por si mismos, pero pueden entrar en la red hasta cierto punto y sustituir al SiM o al B3+. En algunos casos formarn la propia red con ciertos modificadores, como en los sistemas MgO-CaO-Al203 6 K20-Ca0-AL203. Los cofonnadores cornhmente son A l 2 0 3 , Ti02, BeO, 21-02 y CdO.

Figura 2 Vidno sodio-silice

sodio . Silicio Oxigeno 0

En 1947, Sun (Norton, 1983) demostr que la resistencia de enlace simple de los xidos da una correlacin aceptable con la formacin de vidrios. Los generadores de red poseen gran resistencia de enlace, en los modificadores es baja en los intermedios la resistencia queda entre los dos anteriores. Este modelo estructural de red aleatoria est soportado en los estudlos de difraccin de rayos X de una gran variedad de vidnos (Uhlmann, 1983).

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Las Was

Cuando los componentes de2 vidno son insolubles, estos se pueden mezclar y aplicar en crudo. Se prepara una suspensin en agua y con ella se cubre la pieza cermica precocida. Al b a a r las piezas, el agua de la suspensin se absorbe rpidamente dejando una capa homognea de slidos sobre la superficie. Luego l a s purezas se someten al proceso trmico y los slidos absorbidos se funden formando el vid110 in situ, tal es el caso de la greta (xido de plomo) y la liga (xido de silicio).

Sin embargo, cuando en la composicin entran materiales solubles en agua, como suele suceder en los vidrios exentos de plomo o con un &o contenido de lcalis, el vidnado no se puede producir in situ porque los fundentes solubles emigran con el agua, dejando en la superficie generalmente los slidos de alto punto de fusin. Adems de que, en los vidriados crudos, la mezcla preparada contiene materiales de diferentes densidades relativas y tamaos de partcula, los cuales pueden sedmentarse y separarse. Por tal razn se prepara primero el vidrio, por la fusin de sus componentes que posteriormente se muelen para obtener el recubrimiento de los productos alfareros como hta.

El proceso de fiitado consiste bsicamente en fim& los componentes txicos y solubles con los dems componentes presentes en la fonnulacin del vidno, para formar un producto insoluble. Posteriormente la masa fundida se vierte sobre un recipiente con agua fra. Dado que de este modo al edriarse en agua la masa h&da se forma un granulado que se puede moler para obtener un material insoluble y homogneo conocido como hta (Chappel, 1977). A s pues la preparacin de fhtas tiene por objeto adems de insolubilizar los componentes, hornogenizar el vidrio resultante, desarrollar las relaciones entre los clstintos xidos, para evitar en su futura aplicacin la formacin de fisuras, crteres etc., provocadas por desprendimiento de gases. Adwionalmente a lo anterior la preparacin del vidno en su calidad de frita permite llevar al material fundido por encima de su intervalo de fisin, lo que garantiza una mezcla adecuada de los componentes y la estabilidad trmica del vidrio en la aplicacin sobre el sustrato (Singer, 1976).

En un vidno fritado los constituyentes se han combinado dando lugar a un material de densidad uniforme. Aunque es preciso sealar que una fbta por

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ms molida que est6 tiende a sedimentarse y puede formar un depsito muy compacto. La cornpactacin se evita con la ahcin de un 5% de caoln, bentonita o un material coloidal que funcione como reactivo de flotacin. La ventaja que presenta las fntas es que en el momento de ser aplicadas y llevadas al estado de fusin, funden de forma gradual y uniforme, debido a que las reacciones de deshidroxilacin y desprendimiento de carbonatos, tuvieron lugar durante el fritado (Matthes, 1990).

Restricciones en la formulacin de vidrios

En 1934, Parmelee y Lyon (Singer, 1976) dieron una excelente aportacin para la formulacin de vidrios de baja temperatura. Mencionan que para la formulacin de estos es necesario emplear una combinacin de xidos alcalinos, alcalinotrreos, magnesia y xido de zinc, y casi invariablemente xido brico. Dan los lmites siguientes de las proporciones molares para las firtas que contienen xidos de sodio, calcio, boro, aluminio y silicio. Estos limites conforman un intervalo en el cual se evita la posible desvitrifcacin y la formacin de vidrios no adecuados para los fines requeridos.

Na20 de 0.3 a 0.7 moles CaU de 0.7 a 0.3 moles B203 no ms de 1 mol

Si02 hasta 3.0 moles A 1 2 0 3 hasta 0.3 moles

En 1938 Morey proporcion valores para estimar la tensin superficial de vidrios de baja temperatura a 900C como funcin aproximadamente aditiva de la relacin entre la composicin porcentual en peso de los 6xidos del vidno. Los factores que propone se indican en la siguiente tabla (Singer, 1976). Tambin selalb que la tensin superficial debe quedar en el intervalo de 10s 250 - 300 Dinadem a 900C para obtener resultados aceptables para el recubrimiento en la cermica de baja temperatura.

Valores de tensib superficial

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Valores de tensi6n superficial

CaO 4.8 ZrO? 4.1 T i a 4 2 0 3 6.2 I Bao 3.7 I

Mas tarde en 1942 Kreidl y Weyl (Norton, 1983), proponen varias maneras de abatir el punto de ablandamiento:

Introducir algunos tringulos B-03 en lugar de algunos tetraedros Si-Os. Se admite una sustitucin de hasta el 12% Incrementar la relacin de oxgeno (relacin entre los moles totales de oxgeno y los moles totales de silicio. Por ejemplo, el 2Na2O-Si02, tiene una relacin de oxgeno de 4). Sustitucin parcial del generador de red de vidno por otro de mayores dtmensiones o de Valencia inferior. Por ejemplo, el Si4+ "+Ti4' o el Si4'"+ A l 3 +

Sustituir un mo&ficadur por otro de mayor potencial. Por ejemplo Na', K+ y otros por e1 Li+. Sustitucin del 02- por iones monovalentes por ejemplo, Si02 +BeF2.

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Propiedades de los vidriados

Viscosidad

La viscosidad de los vidnados es la ms importante propiedad que controla el xito de &versos procesos realizados a temperaturas diferentes, su valor a la temperatura de maduracin (determinada en gran parte por la filsibidad), determina la extensin en que el vidnado puede fluir sobre la pasta para formar una capa uniforme sin que se produzca escunimiento a lo largo de las superficies inclinadas o verticales. La viscosidad durante la formacin de vidriado a partir de sus componentes determina tambin la facilidad de escape de las burbujas de gas desprendidas durante estas reacciones.

La viscosidad de un vidnado (James y Norris) concluyeron que los vidriados tranparentes al igual que los vidrios, se comportan como lquidos newtonianos, como lo hace tambin un vidriado opaco con 5% de materia en suspensin.

Los vidriados de plomo son mucho menos viscosos que los exentos de plomo, a 700C el valor medio del logaritmo de viscosidad para vidnados de plomo es 8 mientras que para vidnados de plomo es 10, es decir que estos tienen una viscosidad 100 veces mayor y a 50C los valores respectivos son 7.4 y 8.6 indcando que los vidnados sin plomo son veinte veces ms viscosos que los de plomo de baja solubilidad.

Bremund sugiere que un vidnado seria inmaduro para log n=5 formm'an un tipo de acabado de esmalte mate para log n=4, y por ulteriores reducciones pasara por el estado de madurez, hasta que para log n=26 estm'a sobrecosido y lleno de burbujas. A s pues el intervalo de coccin de un vidnado esta relacionado con la magnitud de variacin de la viscosidad con la temperatura

Loglo n a "C ("F)

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Coeficiente de expansih y mdulo de Yong.

Son estas dos propiedades fisicas bsicas de vidnados y pastas que tienen gran importancia con relacin al agarre del vidriado. Para la mayora de los prop6sitos la resistencia mecnica de una pieza acabada se aumenta si el vidriado se encuentra en un estado de compresin, el cual se origina si el vidnado tiene un coeficiente de expansin menor que la pasta a la que se le aplica, esto es si se contrae menos durante el enfriamiento despus de la coccin a esmalte. Una diferencia demasiado grande entre la expansin de la pasta y del vidnado conduce a defectos.

El coeficiente de expansin lineal se define como el aumento de longitud por unidad de longitud producido por una elevacin de temperatura de 1C, vara con la temperatura a la que se mide. En la industria de alfarera frecuentemente se expresan los datos de expansin de un modo drferente, a saber como la expansin total al porcentaje, desde 20C hasta la temperatura critica inferior. Esto supone que por enfriamiento un vidnado se convierte repentinamente en un slido elstico rgido cuando pasa por la temperatura crtica interior, y que por esta razn la tensin de la pieza enfixada est determinada por la diferencia de las dos contracciones totales desde dicha temperatura a la temperatura ambiente. Otro factor que determina la tensin definitiva en un vidriado es la diferencia entre las constantes elsticas de pasta y vidnado. Para cualquier conjunto de combciones dado, las tensiones en el vidnado y la pasta vienen determinadas por la relacin de sus mdulos de Young como sucede tambin con la distorsin producida en l a s piezas que no estn vidnadas por ambas caras. Cuando mayor es e modulo de Young de1 vidnado permaneciendo constantes los restantes factores, tanto menor es la tensin en el vidnado y tanto mayor la existente en la pasta. La mayora de los vidnados de alfareria tienen valores comprendidos en el intervalo de 8-12xlO?lb/plg la mayoria de las pastas de alfarera porosas tienen valores de 14x1 061b/plg . Es decir que los vidriados tienen generalmente valores mayores o sea que son ms rgidos que sus respectivas pastas, pero puede ocurrir lo contrario.

2! l

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Propiedades deseadas de los vidriados

A) La fusibidad debe ser tal que se forme el mximo de vidrio o liquido a temperatura de maduracin deseada (900OC - 1000C).

B) La viscosidad debe ser moderada a la temperatura mxima de coccin, de tal modo que l a s superficies queden igualadas pero no se produzca un flujo global hacia abajo, en las superficies inclinadas o verticales. Ya que si la viscosidad fuera muy alta, su aplicacin se dificuha en virtud de que el tiempo sera demasiado grande, al mismo tiempo que el vihado no sera uniforme. Por el contrario si fuera a viscosidad muy baja tendrianos problemas en el escun-imiento y el vidriado no alcanzaria a ctnbrir toda la superficie.

C) La tensin superficial debe ser baja para evitar diesigualdades, ya que esto favorece la eliminacin de burbujas ganosas durante la cozcin del vihado, lo cual dar un vidriado lizo que facilitar su adaptacin en la pasta al aplicarlo.

D) L a volatilizacin de componentes del vidriado durante la coccin debe ser mnima.

E) La reaccin con la pasta debe ser moderada a fin de lograr una buena adaptacin sin demasiado cambio en la composicin del vidnado o de la pasta.

F) No debe producirse absorcin en la pasta de constituyentes del vidnado, ni de los eutcticos durante la coccion. Por que al haberlo tendramos un vidnado no uniforme y cuya calidad no seria la esperada.

G) No debe producirse desvitrificacin en los vidriados brillantes y transparentes.

3) Coeficiente de expansin y mddo de elasticidad Young debe guardar tal relacin con los de la pasta que se consiga la mxima resistencia. Estas dos propiedades tienen gran importancia con relacin al agarre del vidriado, para la mayora de los propsitos la resistencia. mecnica de una pieza acabada, se aumenta si el vidnado se encuentra en un estado de compresin, el cual se origina si el vidnado tiene un coeficiente de expansin menor que la pasta a la que se aplica, esto si es que se contrae menos al enfixmiento, despus de la coccin a esmalte. Una diferencia demasiado grande entre la expansin de la pasta y del vidno conduce a defectos.

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Perdida de constituyentes del vidriado por volatilizacin

La composicin de los vidriados tienden a alterarse durante la coccin debido al hecho de que algunos de sus constituyentes se volatilizan con mayor facilidad que otros. l ms nocivo es el xido de plomo, seguido por el 6xido brico y los lcalis. Los alcalinoterreos, almina y :slice, no son voltiles en las condiciones normales de horno.

La magnitud de l a s perdidas por volatilizacin de un vidriado determinado esta tambin influenciada por la dureza y temperatura de coccion y por la receptividad de los alrededores a la condensacin de los vapores.

Debe observarse que en los silicatos de plomo puros las perdidas de peso aumentan a medida que se hace mayor la razn de si02, PbO aunque podra esperarse lo contrario. La adicin de 1 mol de A l 2 0 3 por 1 mol de PbO reduce la perdida de peso, el CaO aumenta notablemente la volatilizacin.

Otro trabajo indic que a pesar de su propia volatilidad el xido brico reduce la perdida de peso cuando reemplaza a una parte del plomo, aumentando as la acidez del vidrio.

Contribuciones caractersticas de los xidos

xido de silicio (SiOz)

El xido de silico o slice, tambin cido silcico, es un xido cido y es el ms importante en la formacin de redes estructurales de vidnos. Por si solo forma vidrios muy estables, el inconveniente principal es su alto punto de fusin 1700"C, razn por la cual se le adicionan otros xidos. Wmann (1983, dio posibles relaciones para Qsminuir la temperatura de fusin, seiialando que los vidrios con una relacin de 3 a 5 partes de slice: por cada parte de todos los dems ingredientes funde a 1250"C, mientras que los que contienen de 1 a 2 partes por cada parte de todos los otros ingredientes funden a 1050C. Las principales caractersticas que aporta el xido de snlicio son: incrementa la viscosidad (disminuye la fluidez), la dureza y la resistencia contra cidos y contra la presin. Amplia el intervalo de fusin se combina fcilmente con los xidos bsicos, y reduce el coeficiente de expansin ttirmica. Las materias primas de l a s cuales se puede extraer el Si0 son: feldespato sd~co (Na20-A1203-6SiO2), feldespato potsico (K20-A1203-6Si02),

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de cobalto se convierte en rosado en ausencia de almina. El xido de cromo, que por lo general produce tonos verdes tiende a volverse rojizo en presencia de un exceso de almina. Las fuentes de ahmina son: feldespato sdico y potsico, caoln, almina hidratada [Al( OH)1 J, sianit

Wolastonia (Ca-Si03), caoln (A1203-2Si02-2H+3) y pedernal (Si02) principalmente.

xido de boro (B203)

El xido de boro, es un xido neutro, y de acuerdo con su definicin puede actuar como cido o base, es formador de red.es estructurales ms que modificador y puede formar vidrios estables con bajo punto de fusin. En la prctica no se emplea solo, se mezcla con otros xidos para lograr mayor estabilidad.

Entre sus caractersticas estn las siguientes: acta como fndente, aumenta la elasticidad, disminuye la tensin superficial. En cantidades limitadas reduce el coeficiente de expansin trmica, aumenta el brillo y el ndice de refraccin. Afecta a los colores bajo barniz, rojos y verdes en conjunto con