CHE COS ’ È LA TEMPRA DEL VETRO ? Il vetro è notoriamente un materiale dal comportamento fragile , non particolarmente resistente dal punto di vista meccanico . Questo vuole dire che arriva a rottura senza manifestare alcun segno di deformazione plastica come avviene invece nei metalli o nei materiali plastici quando sono sottoposti a carichi non particolarmente elevati . Tale caratteristica è legata alla presenza di numerosissimi difetti sulla sua superficie sotto forma soprattutto di piccoli graffi o scalfitture , che si comportano da amplificatori locali degli sforzi meccanici che non possono essere calmierati dal comportamento intrinsecamente fragile del materiale ; ciò causa la rottura dell ’ oggetto in vetro a partire da uno di questi stessi difetti che tipicamente viene definito come difetto critico in relazione alla sua dimensione e alla sua localizzazione rispetto alle forze esterne applicate . Tutto questo evidenzia che il punto di debolezza di un manufatto in vetro , sia esso una lastra , un contenitore , un tubo o altro , è la sua superficie . I processi di tempra sono stati sviluppati soprattutto con l ’ intento di rinforzare in qualche modo il vetro andando a generare uno stato di compressione proprio negli strati superficiali del materiale . Va da sé che se i graffi o le piccole scalfitture superficiali sopra richiamati sono immersi in un campo di compressione residua , per poterli fare propagare è necessario applicare un carico decisamente più elevato in grado prima di annullare la compressione residua e solo successivamente di mettere in trazione i difetti stessi . Dal punto di vista industriale le tecnologie disponibili per generare sforzi di compressione residua negli strati superficiali di un componente in vetro sono sostanzialmente due : la tempra chimica ( basata su un processo di scambio ionico che avviene quando il vetro è immerso in un sale fuso a temperature dell ’ ordine dei 400-500 ° C per alcune ore ) e la tempra termica o fisica . Quest ’ ultima è certamente la metodologia di rinforzo più diffusa nell ’ ambito del vetro piano o moderatamente curvo in relazione alla sufficiente semplicità operativa , alla versatilità , alle tempistiche di processo e alle prestazioni ottenibili .
COME AVVIENE ? La tempra termica è un processo abbastanza semplice : il manufatto ( ovvero la lastra di vetro ) deve essere riscaldato al di sopra della temperatura di transizione vetrosa 1 senza causarne evidenti deformazioni , o facendogli assumere la forma desiderata mediate opportuni sistemi meccanici ( come nel caso dei vetri per auto ) o lavorando sul rilassamento del vetro sotto il proprio peso , per poi essere raffreddato uniformemente e velocemente così da generare una netta differenza di temperatura tra le superfici e il cuore del materiale prima di raggiungere il punto di tensione 2 ; dopodiché il componente continua il suo raffreddamento fino a temperatura ambiente . Seguendo una tale procedura è possibile generare nel vetro uno stato di sforzo residuo che è di compressione negli strati superficiali ( per circa un quinto dello spessore su ogni lato ) e di trazione nel cuore . Ciò è possibile solo se , come detto , si crea un gradiente di temperatura tra cuore e superficie durante il raffreddamento prima di attraversare il punto di tensione . È noto infatti che se un manufatto in vetro viene riscaldato a temperature non troppo distanti da quella ambiente ( diciamo sotto il punto di tensione …) per poi essere sottoposto a rapido raffreddamento , esso va incontro a rottura per shock termico ; questo perché durante un tale processo la superficie si raffredda prima e quindi tende a contrarsi ma , inibita in questo dalla parte interna del componente , viene ad essere soggetta a sforzi di trazione che possono risultare critici , ovvero fare propagare i difetti superficiali e causare la frattura . Ma se il raffreddamento parte da temperature superiori a quella di transizione vetrosa ( normalmente tra i 50 e i 100 ° C in più ), il raffreddamento più veloce della superficie non causa sforzi in quanto gli stessi vengono istantaneamente rilassati dalla natura viscosa del vetro ; e , come detto , tutto ciò deve però avvenire prima che si scenda sotto il punto di tensione 3 . In questo modo la superficie raggiunge per prima la temperatura ambiente mentre il cuore del materiale si trova a temperatura superiore . Il successivo raffreddamento di quest ’ ultimo ne causa la contrazione , che però è inibita dalla superficie ormai rigida e ciò genera conseguentemente uno stato di trazione al cuore bilanciato da sforzi di compressione negli strati superficiali 4 . A seconda dell ’ intensità della precompressione generata con tale processo si ottengono i cosiddetti vetri temprati o induriti , i primi caratterizzati da uno stato di compressione superficiale decisamente superiore .
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La temperatura di transizione vetrosa , spesso indicata con T g
, rappresenta la temperatura alla quale un vetro passa da uno stato solido ad uno viscoso . Per convenzione viene associata ad una viscosità di 10 11 . 3 Pa s . È molto prossima alla temperatura di ricottura alla quale eventuali sforzi presenti nel vetro vengono rilassati nel giro di pochi minuti . Per il vetro di silicato sodico calcico la temperatura di transizione vetrosa si aggira attorno a 560 ° C
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