Vetri comuni e vetri temprati per usi termici

Il vetro comune

Il vetro è un materiale dalle caratteristiche molto particolari, soprattutto perché si tratta, nei fatti, di un liquido estremamente viscoso, che assume tutte le caratteristiche di un solido, pur non avendo una struttura cristallina al proprio interno. In altre parole, le molecole che costituiscono il vetro non si dispongono in posizioni fisse, determinate da una geometria caratteristica, come accade, per esempio, nei materiali metallici, ma si legano tra loro in modo irregolare.

D’altra parte questo tipo di struttura, detta comunemente amorfa, è ancora differente da quella dei polimeri, come le plastiche o le gomme, in cui le molecole tendono a costituire lunghissime catene intrecciate tra loro, e dà luogo così alle proprietà caratteristiche del vetro, come la trasparenza anche per spessori notevoli e la tipica fragilità.

Il vetro comune ha come unica molecola componente il biossido di silicio SiO₂, altrimenti detto silice, che si trova in natura sotto forma di quarzi, opali e che è anche molto presente nella comune sabbia del mare. In realtà, anche nei vetri cosiddetti comuni si tendono ad addizionare alcune sostanze per migliorare le loro caratteristiche. In particolare, si aggiungono gli ossidi di sodio e potassio per abbassare la temperatura di fusione e facilitare il processo tecnologico di produzione e l’ossido di calcio per migliorare la stabilità del prodotto finito e conferirgli migliori caratteristiche meccaniche.

I vetri temprati 

Come accade per le leghe metalliche, anche per i vetri esiste un trattamento termico, chiamato anche in questo caso tempra, che ha lo scopo di conferire al prodotto finito delle caratteristiche particolari. La differenza principale, però, è che mentre nelle leghe metalliche, come l’acciaio, il processo si basa sull’attivazione di una nuova fase chimica della lega che viene poi bloccata da un raffreddamento rapido, nei vetri si sfrutta semplicemente la diversa velocità di raffreddamento tra esterno e interno del componente.

In pratica, il pezzo, già nella forma definitiva, viene riscaldato a 640°C e poi raffreddato rapidamente mediante getti d’aria. La parte esterna del manufatto raggiunge, così, piuttosto rapidamente la temperatura ambiente e si contrae, mentre il volume interno rimane ancora dilatato per effetto della temperatura ed è proprio questo contrasto tra interno espanso ed esterno contratto che conferisce alla struttura più esterna una particolare compattezza e resistenza.

Accade infatti che, se il componente resiste a questo trattamento senza rompersi, i difetti strutturali microscopici che sono sempre presenti nei solidi vengano “chiusi” nella zona esterna, mentre l’interno resta relativamente meno stressato. In questo modo, l’insieme guadagna una notevole resistenza meccanica che consente di utilizzare questo tipo di materiale per impieghi strutturali, come porte, parapetti, tavoli e mobilio in generale, pur mantenendo un’ottima trasparenza.

I vetri termici di Faizanè

Tra i prodotti a magazzino di Faizanè troviamo una serie di vetri speciali, soprattutto per impieghi in alta temperatura che vengono incontro alle esigenze di coloro che producono e installano forni, caldaie, stufe e qualunque sistema in cui sia necessario avere un punto di controllo visivo verso un ambiente a temperature elevate.

In particolare, possiamo distinguere due tipi di materiali: i vetri temprati, che commercializziamo nel tipo calciosodico o borosilicato, e i vetri speciali, come il ceramico Keralite® e il vetro in pura silice Vycor®.

Il vetro calciosodico è, sostanzialmente, il vetro comune in cui, come abbiamo visto prima, si aggiungono ossido di sodio Na₂O e ossido di calcio CaO al diossido di silicio per migliorarne le proprietà meccaniche e la lavorabilità. La composizione tipica dei vetri calciosodici è data dal 72% di silice SiO₂ e dal 14% di Na₂O e di CaO rispettivamente e in questo modo è possibile, con alcune cautele, temprare i particolari prodotti con questo materiale per ottenere, ad esempio, spie da utilizzare per il controllo visivo o elementi per la protezione di alcuni macchinari.

Con il vetro calciosodico temprato, che noi proponiamo solitamente in dischi, ma che, su richiesta, può essere anche venduto in lastre o in particolari su misura costruiti a disegno, si possono raggiungere temperature fino ai 150°C in regime di pressioni basse.

L’aggiunta dell’anidride borica B₂O₃ al vetro comune, invece, produce una serie di reazioni che portano all’eliminazione degli ossidi alcalini, ottenendo il vetro borosilicato, un materiale in grado di resistere anche a temperature di poco inferiori ai 500°C. Questo materiale, noto anche con il nome commerciale Pyrex, è presente nel nostro catalogo in forma di tubi e dischi temprati, anche se è sempre possibile richiedere lastre e particolari su misura, e viene utilizzato al meglio per spie visive in apparecchi a bassa pressione, come caldaie murali, forni elettrici per ristoranti e pizzerie, stufe a gas e simili.

I vetri speciali 

Non c’è dubbio che già con il vetro borosilicato temperato si possano soddisfare molte delle esigenze degli apparecchi termici più comuni, ma ci sono casi in cui è necessario richiedere di più ad un componente in vetro, soprattutto dal punto di vista della resistenza allo shock termico, ossia al brusco salto di temperatura che si realizza frequentemente in alcune applicazioni.

In questi casi si può impiegare utilmente il vetro ceramico di tipo Keralite® che, grazie ad un processo di cristallizzazione controllata, assume caratteristiche intermedie tra un vetro e un materiale ceramico ed è in grado così di resistere a temperature piuttosto elevate. Ad esempio, Faizanè commercializza a catalogo lastre piane, curve e angolari in Keralite® con una lieve colorazione ambrata e in grado di resistere a temperature continuative fino ai 700°C, con punte fino agli 800°C per brevi periodi. Come d’abitudine, anche per questo tipo di materiale ad alte prestazioni è possibile richiedere particolari di forme differenti, anche prodotti su disegno del cliente, da realizzare appositamente per esigenze specifiche.

Infine, quando occorre poter resistere a temperature veramente molto elevate, è necessario ricorrere al vetro Vycor®, un materiale estremamente particolare, costituito da silice pura per il 96%. Grazie al suo bassissimo coefficiente di dilatazione termica, infatti, questo materiale resiste in modo eccellente agli shock termici e può essere utilizzato quindi in apparecchiature che raggiungono anche temperature molto elevate.

In effetti, le caratteristiche del vetro Vycor® lo rendono adatto a impieghi in ambienti fino a 900°C per uso continuativo, con la possibilità di raggiungere i 1200°C per periodi limitati. Nel catalogo di Faizanè troverete lastre e dischi, anche da personalizzare su richiesta del cliente, per soddisfare tutte le esigenze di chi richiede l’impiego di un materiale dalle caratteristiche così performenti.