Vidros: Estrutura, Propriedades e Processamento
Dachamir HotzaDachamir HotzaUniversidade Federal de Santa Catarina
Vidro: definições
Produto inorgânico de fusão que foi resfriado até atingir condição de rigidez, sem sofrer cristalização. Material que não apresenta ordem de longo
[Sm
ith, 19
96:
640;
Sch
affe
r,199
9: 1
87]
VIDRO 2
Material que não apresenta ordem de longo alcance e está abaixo da temperatura na qual rearranjos atômicos ou moleculares podem ocorrer numa escala de tempo similar àquela do experimento.
[Sm
ith, 19
96:
640;
Sch
affe
r,199
9: 1
87]
Material vítreo x cristalino[S
chaf
fer,1
999:
207
]
Vidro de sílica
VIDRO 3
[Sch
affe
r,199
9: 2
07]
Cristobalita
sen θ/λ
Material vítreo x cristalino[F
erna
ndes
,199
9: 3
1]
VIDRO 4
Vidro de sílica Cristal de sílica
[Fer
nand
es,1
999:
31]
Sistemas formadores de vidro[F
erna
ndes
,199
9: 2
4; S
chaf
fer,1
999:
208
]
Elementos: S, Se, Te, PÓxidos: SiO2, B2O3, P2O5, GeO2, As2O5, Sb2O3, In2O3, SnO2, PbO3, SeO2
Haletos, sulfetos, selenetos, teluretos,
VIDRO 5
[Fer
nand
es,1
999:
24;
Sch
affe
r,199
9: 2
08]
Haletos, sulfetos, selenetos, teluretos, nitretos, nitratos, sulfatos, carbonatosPolímeros: PE, PS, PMMA, PC, PET, NylonMoléculas simples: éter etílico, glicerina, álcool metílico, sacaroseLigas metálicas: Au4Si, Pd4Si, Fe-Si-B
Ligações químicas e vidro[S
chaf
fer,1
999:
208
]
Vidros iônicos (inorgânicos)� Óxidos� Sais
Vidros covalentes (orgânicos)
VIDRO 6
[Sch
affe
r,199
9: 2
08]
Vidros covalentes (orgânicos)� Polímeros � Moléculas simples� Semicondutores amorfos
Vidros metálicos� Elementos� Ligas
Vidros metálicos[S
mith
,199
6: 6
81]
Composição típica� Metais ferromagnéticos (Fe, Co, Ni)� Não-metais (B, Si)
Aplicações como magnetos moles
VIDRO 7
[Sm
ith,1
996:
681
]
Aplicações como magnetos moles � Transformadores de potência � Sensores magnéticos� Cabeçotes de gravação
Processamento� Resfriamento rápido (~106 K/s)� Fita contínua de ~25 µm de espessura e 15 cm de largura
Vidros metálicos[S
mith
,199
6: 6
83]
Forno
Sistema de
Metal fundido
VIDRO 8
[Sm
ith,1
996:
683
]
Sistema de fundição sob pressão
Controle de espessura
Resfriamento (T ambiente)
Fita de cobre de alta velocidade
Polímeros amorfos[P
adilh
a,19
97:
210]
Materiais orgânicos constituídos de macromoléculas� Ligações intracadeias covalentes fortes� Ligações intercadeias secundárias fracas
Polímeros
VIDRO 9
[Pad
ilha,
1997
: 21
0]
Polímeros � Termofixos: arranjo tridimensional, totalmente amorfos � Termoplásticos: amorfos ou parcialmente cristalinos
Processamento de termoplásticos� Resfriamento rápido: amorfos� Resfriamento lento: parcialmente cristalinos
Principais vidros óxidos
Sílica� Fundida: difícil de fundir e fabricar, uso até 1000 C� 96% sílica: a partir de vidro de borossilicato
Soda-calFabricado facilmente
[Sm
ith, 19
96:
643]
VIDRO 10
� Fabricado facilmente� Uso em janelas, garrafas e lâmpadas
Plúmbicos ou de chumbo� Fundido facilmente, boas propriedades elétricas� Uso em lentes e vidros ”cristal”
Borossilicato� Baixa expansão, boa resistência ao choque térmico � Uso na indústria química
[Sm
ith, 19
96:
643]
Composições de vidros óxidos[S
mith
, 19
96:
643;
Fer
nand
es,1
999:
40]
Vidro SiO2 Na2O K2O CaO MgO Al2O3 PbO B2O3
Sílica fundida > 99,5
Sílica 96,3 <0,2 <0,2 <0,4 <2,9
VIDRO 11
[Sm
ith, 19
96:
643;
Fer
nand
es,1
999:
40]
Sílica
Soda-cal 70-75 12-18 0-1 5-14 0-4 0,5-2,5
Chumbo 53-60 5-10 1-10 0-6 0-2 15-40
Borossilicato 73-82 3-10 0,4-1 0-1 2-3 0-10 5-20
Matérias-primas de vidros[F
erna
ndes
,199
9: 4
0] Vitrificantes � SiO2: areias de quartzo� B2O3: H3BO3, boratos de sódio
Fundentes � Na2O: Na2CO3, Na2SO4
K O: carbonatos de potássio
VIDRO 12
[Fer
nand
es,1
999:
40]
� K2O: carbonatos de potássio� Li2O: Li2CO3
� CaO: CaCO3 (calcita), feldspato cálcico (anortita)� MgO: CaCO3�MgCO3 (dolomita)� BaO: BaCO3
Estabilizantes � Al2O3: feldspatos� PbO: Pb3O4 (zarcão), PbO (litargírio), carbonato básico� ZnO: ZnCO3 (smithsonita), ZnO (zinquita)
Estrutura de vidros óxidos[F
erna
ndes
,199
9: 4
0]
Vitrificantes � formadores de rede � SiO2 , B2O3
Fundentes modificadores de rede
VIDRO 13
[Fer
nand
es,1
999:
40]
� modificadores de rede � Na2O, K2O, Li2O, CaO, MgO, BaO
Estabilizantes � Intermediários � Al2O3, PbO, ZnO
Outros componentes� Corantes, descorantes, opacificantes � Água, vidro reciclado
Deformação viscosa de vidros[C
allis
ter,
1997
: 41
5]
Ponto de fusão (melting point)� Viscosidade: 10 Pa�s (considerado líquido)
Ponto de trabalho (working point)� Viscosidade: 103 Pa�s (facilmente deformado)
Ponto de amolecimento (softening point)
VIDRO 14
[Cal
liste
r, 19
97:
415]
Ponto de amolecimento (softening point)� Viscosidade: 4×106 Pa�s (máxima T na qual uma peça de
vidro pode ser manipulada sem variações dimensionais)
Ponto de recozimento (annealing point)� Viscosidade: 1012 Pa�s (difusão atômica suficientemente
rápida; remoção de tensões residuais)
Ponto de tensão (strain point)� Viscosidade: 3×1013 Pa�s (para T menores, ocorre fratura
sem deformação plástica; Tg > ponto de tensão)
Obtenção de vidros[F
erna
ndes
,199
9: 5
5]
Fornos de potes� Intermitentes: alimentação/recolha em ~8 h � Seção reta circular ou oval� Capacidade: 250-1000 litros
VIDRO 15
[Fer
nand
es,1
999:
55]
� Número: até 24
Fornos tanque� Contínuos: etapas ao longo do forno� Seção retangular� Alimentação e extração pelas extremidades� Dimensões: H = 0,90-1,5 m, L = 2-10 m, X = 3-15 m
Forno de potes[F
erna
ndes
,199
9: 5
6]
1. Potes2. Queimadores3. Purga4. Boca
VIDRO 16
[Fer
nand
es,1
999:
56]
4. Boca5. Compartimentos6. Regeneradores7. Fumos
Forno tanque[F
erna
ndes
,199
9: 5
6]
1. Fusão/afinagem2. Carga 3. Queimadores 4. Pórticos
VIDRO 17
[Fer
nand
es,1
999:
56]
4. Pórticos 5. Garganta 6. Anteparos 7. Trabalho/
acondicionamento8. Distribuição 9. Alimentador 10. Gota
Forno tanque: etapas de fusão[F
erna
ndes
,199
9: 8
1]
T (°
C)
VIDRO 18
[Fer
nand
es,1
999:
81]
Fusão
Afinagem
Homogeneização
Acondicionamento
Conformação de vidros[N
orto
n, 1
952:
162
; Fe
rnan
des,
1999
: 62
]
Prensagem� pratos
Soprogarrafas
VIDRO 19
[Nor
ton,
195
2: 1
62;
Fern
ande
s,19
99:
62]
� garrafas
Laminação ou estiramento� vidro plano
Fiação� fios, fibras
Tratamento térmico de vidros[C
allis
ter,
1996
: 41
7]
Recozimento (annealing)� Aquecimento a temperatura de recozimento,
seguida de resfriamento� Alívio de tensões térmicas
VIDRO 20
[Cal
liste
r, 19
96:
417]
� Alívio de tensões térmicasTêmpera (tempering)� Aquecimento a T>Tg e < ponto de amolecimento� Resfriado a T ambiente com jato de ar ou banho
de óleo� Tensões residuais compressivas na superfície e de
tração no interior