Chip Resource Utilization

(Sr,Ba)TiO3 SBT Titanato de bario y estroncio

Pb(Zr,Ti)O3 PZT Titanato zirconato de plomo

BaTiO3 BTO Titanato de bario

Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 PLZT Titanato zirconato de plomo-lantano

Bi4Ti3O12 BiT Titanato de bismuto

Todos estos materiales son sintéticos y pueden ser ferroeléctricos y piezoeléctricos al mismo tiempo. La piezoelectricidad se refiere a la aparición de un voltaje eléctrico debido a que el material realiza un esfuerzo mecánico. La ferroelectricidad es poder retener información, es decir, retener bits dejados en una memoria sin tener una fuente externa. Por ejemplo: un computador

38 se apaga y pierde todo lo que hay en la memoria RAM; en cambio una memoria extraíble conserva la información a pesar de no recibir energía eléctrica de una pila u otro elemento.

El vidrio

El término vidrio describe un estado de la materia, así como un tipo de material cerámico. Como estado de la materia el término se refiere a la estructura amorfa de un material sólido. El estado vítreo ocurre en un material cuando se ha dado un tiempo insuficiente durante el enfriamiento desde una condición fundida para permitir que se forme una estructura cristalina. Como tipo de material, el vidrio es un compuesto inorgánico no metálico que se solidifica en una condición rígida sin cristalizar; es un material cerámico que se encuentra en el estado vítreo como material sólido.

El principal ingrediente en casi todos los vidrios es la sílice (SiO2) y forma parte de los minerales de cuarzo, de la arenisca y la arena sílica. La sílice es el silicato más sencillo (SiO2) y tiene tres formas cristalinas que son el cuarzo, la cristobalita y tridimalita. El vidrio de sílice tiene un coeficiente de expansión térmica muy bajo y es eléctricamente neutro, por tanto, resistente al choque térmico. Estas propiedades son ideales para aplicaciones a temperaturas elevadas; por consiguiente, el pyrex y los utensilios de laboratorio diseñados para calentar se fabrican con altas proporciones de vidrio de sílice.

Para reducir el punto de fusión del vidrio con objeto de facilitar su procesamiento y controlar sus propiedades, la mayoría de las composiciones comerciales incluyen otros óxidos además de la sílice. La razón por la cual se usa el SiO2 es porque se transforma naturalmente al estado vítreo después de enfriarse desde el estado líquido, mientras que la mayoría de los cerámicos cristalizan en la solidificación. El vidrio se utiliza en ventanas, bombillas, envases, recipientes, fibras de vidrio, vidrios ópticos(Groover, 1997).

Materias primas de los vidrios

Existen diferentes grupos de materias primas con base a la forma en que actúan durante la fusión del vidrio, ellos son (Peña Andrés, 2009):

Vitrificantes: Son materias que por la acción de la temperatura pasan de una estructura cristalina a una estructura amorfa. La cristalinidad en este caso no se da, ya que hay una alta viscosidad que no permite el movimiento de las moléculas. La sílice introducida en forma de arena aunque tiene su punto de fusión muy alto (1720°C) es la materia vitrificante más utilizada.

 Oxido de silicio (SiO2). Vidrios de sílice: Cuando un vidrio aumenta el contenido de sílice aumenta la resistencia mecánica, la estabilidad química, la resistividad eléctrica, la resistencia al choque térmico, la transparencia a la radiación, el punto de reblandecimiento y la viscosidad.

 Oxido de boro (B2O3). Vidrios de borosilicato: No existen vidrios industriales de este tipo B2O3 como formador de red único, sino que siempre irá unido al SiO2. El óxido bórico rebaja la temperatura de fusión, reduce la viscosidad, disminuye el coeficiente de dilatación térmica (α), aumenta la resistencia al choque térmico y mejora la estabilidad química.

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 Pentóxido de fósforo (P2O5). Vidrios de fosfato: Puede ser formador de red como único compuesto sin necesidad del SiO2. Es de nueva generación para óptica por su capacidad de transmitir luz. Los vidrios obtenidos con este óxido son biodegradables y son vidrios solubles.

Fundentes: Los fundentes se utilizan para rebajar el punto de fusión y eliminar residuos que quedan después de ésta. Lo que hacen los fundentes a nivel interno del material es disminuir la cohesión de la red, aumentar el coeficiente de dilatación térmica, disminuir la viscosidad, la resistencia mecánica y la estabilidad química. Algunos ejemplos de estos óxidos son los siguientes.

 Oxido de potasio (K2O): Es el acompañante del plomo y el bario en los vidrios que tienen alto índice de refracción, como es el caso de los vidrios ópticos. El óxido de potasio aumenta la viscosidad, disminuye la estabilidad química, son blandos y se cortan con más facilidad que los que contienen Na2O, disminuye la densidad, aumenta el brillo y el índice de refracción.

 Oxido de litio (Li2O): Este oxido disminuye el coeficiente de dilatación térmica, la reactividad química, la temperatura de fusión y la viscosidad. Se utiliza en equipos de rayos X y tubos de televisores.

Estabilizantes: Los estabilizantes ayudan a compensar el efecto negativo por la incorporación de fundentes que básicamente son deterioros reticulares. Los estabilizantes se unen a la red disminuyendo la conductividad eléctrica y aumentando la resistencia hidrolítica (dificultad de asociarse y romper moléculas de agua) y a los ácidos.

 Oxido de calcio o cal (CaO): Este es el tercer componente cuantitativamente en los vidrios de SiO2 y cumple con lo que requiere un estabilizante.

 Oxido de magnesio (MgO): Este óxido disminuye el coeficiente de dilatación y aumenta la resistencia al choque térmico. Mejora la dureza y la estabilidad del vidrio, disminuye la viscosidad a temperaturas elevadas y aumenta la viscosidad a bajas temperaturas.

 Oxido de bario (BaO): Es el componente mayoritario en algunos vidrios ópticos y en el cristal sonoro. Inhibe la desvitrificación (tratamiento a altas temperaturas para pasar de un sistema cristalino a uno amorfo), no presenta buena estabilidad química, tiene alta sonoridad, alta densidad y elevado índice de refracción.

 Oxido de plomo (PbO): Este es utilizado como vitrificante, fundente y estabilizante. Se caracteriza por tener baja viscosidad a altas temperaturas, son adecuados para ser trabajados manualmente, funden con facilidad, a menor módulo de Young mayor sonoridad, tienen baja dureza y rara vez desvitrifican.

Descripción de los vidrios

En la tabla 25 se puede ver la composición química para diferentes productos fabricados en vidrio y en la tabla 26 el orden de los vidrios en función de su dureza y características ópticas. Esta descripción se hace para los vidrios comerciales que son utilizados actualmente.

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Tabla 25: Composición química de productos comerciales fabricados en vidrio (Peña Andrés, 2009)

PRODUCTO

CANTIDAD PORCENTUAL DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS