PLAN DE TRABAJO Título: Estudio de viscosidades en vidrios para

PLAN DE TRABAJO
Título: Estudio de viscosidades en vidrios para aplicaciones industriales
Directores
Dr. Ulises Gilabert
Ing. Edgardo Sambrano
Lugar de Trabajo: Parque Tecnológico Miguelete – INTEMIN-SEGEMAR - Edificio 14
Introducción.
El conformado de Ientes de vidrio por prensado se ha convertido en un proceso de
fabricación viable para la óptica de precisión, especialmente en el uso de cámaras digitales,
cámaras de teléfonos móviles, reproductores y grabadores CD/DVD.
Convencionalmente, las lentes de vidrio han sido fabricadas por una serie de procesos
de remoción de material, como el rectificado, esmerilado y pulido, que requiere un largo ciclo
de producción y un muy alto costo. El proceso de prensado del vidrio surge como alternativa
para producir de manera eficiente los elementos ópticos de precisión con formas complejas,
tales como lentes asféricas, lentes de Fresnel, elementos ópticos difractivos y matrices de
microlentes(1)(4)(6).
Para llevar a cabo de manera controlada y reproducible el proceso de prensado de
piezas de vidrio es necesario conocer con detalle la viscosidad del material. Particularmente, es
necesario el conocimiento de esta propiedad en un rango de temperaturas cercano a la
temperatura de transición vítrea (Tg). Esta propiedad representa la frontera entre los estados
viscoplástico y sólido de un vidrio. Por debajo de la Tg, el material es muy viscoso y no puede
ser conformado por prensado, por encima, la viscosidad del vidrio disminuye y resulta posible
su realización(5)(7)(8).
Referencias
1.
T. Zhou, J. Yan, J. Masuda, T. Kuriyagawa, “Investigation on the viscoelasticity of optical glass in
ultraprecision lens molding process”, J. Mat. Proc. Tech. 209 (2009) 4484–4489.
2.
J. Yan, T. Zhou, J. Masuda, T. Kuriyagawa, “Modeling high-temperature glass molding process by coupling
heat transfer and viscous deformation analysis”, Precision Engineering 33 (2009) 150–159.
3.
A. Jain, A. Y Yi, X. Xie, R. Sooryakumar, “Finite element modelling of stress relaxation in glass lens moulding
using measured, temperature-dependent elastic modulus and viscosity data of glass”, Modelling Simul. Mater.
Sci. Eng. 14 (2006) 465–477.
4.
Y. Yi and A. Jain, "Compression Molding of Aspherical Glass Lenses-A Combined Experimental and
Numerical Analysis," J. Am. Ceram. Soc., 88 [3] 579- 586 (2005).
5.
A. Jain, G. C. Firestone, A. Y. Yi, “Viscosity Measurement by Cylindrical Compression for Numerical Modeling
of Precision Lens Molding Process”, J. Am. Ceram. Soc., 88 [9] 2409–2414 (2005).
6.
http://www.ise.osu.edu/docpdf/PERL-OSU.pdf
7.
H. Meinhard, W. Franzel, P. Grau, ‘‘Viscosity of Glass Below the Transformation Temperature,’’ Glastech.
Ber., Glass Sci. Technol., 74 [1] 6–16 (2001).
8.
A. K. Varshneya, Fundamentals of Inorganic Glasses, Academic Press, Inc 1994.
9.
http://srdata.nist.gov/its90/authors/authors.html
10. https://www-s.nist.gov/srmors/certificates/710A.pdf?CFID=1691673&CFTOKEN=1363e75b99a79bf249C8F0A9-D708-5F6A-BDEA683D90064F38&jsessionid=f030de74d7bc8ae3047e57949f63901d3d2b
11. http://laboratorios.fi.uba.ar/cididi/webcididi/vidrio/PAblandamiento.pdf
Descripción del proyecto.
Se busca desarrollar e implementar un método para la determinación de la velocidad de caída
o deformación de una muestra de vidrio, mediante el procesamiento de imágenes generadas
por una cámara CCD, y la adquisición de la temperatura de una termocupla acoplada a un
multímetro, de modo de realizar un ajuste de los puntos que relaciona los parámetros velocidad
de caída y temperatura para un mismo instante de tiempo, con el objetivo del cálculo de la
viscosidades de un vidrios(11).
Tareas específicas y objetivos.
1. Determinación de velocidad de caída (Vc) o deformación (D): Desarrollar un método o
un programa mediante el procesamiento de imágenes, que pueda cuantificar la Vc o D
de una muestra de vidrio, además la información generada se almacenara en un
archivo para un análisis posterior.
2. Adquisición de temperatura (T): Desarrollar un método o un aplicación por la cual se
puedan adquirir temperaturas en tiempo real, desde el multímetro a través de la salida
RS232 hasta el puerto USB - serie de una PC, almacenado estos datos en un archivo.
3. Puesta a punto del método: Encontrar la relación entre los datos adquiridos de Vc o D y
T para un mismo instante de tiempo, mediante el ajuste de curvas de los pares de
datos obtenidos {Vc o D; T} para la determinación de las viscosidades de vidrios.
4. Evaluar distintos modelos para calcular la viscosidad a partir de los datos obtenidos.
Objetivos y conocimientos a adquirir.
1. Medición dimensional del perfil de una muestra de vidrio, análisis de las necesidades
de iluminación y calibración. Determinación de la Vc o D de la muestra aplicando el
método desarrollado con la utilización de una cámara CCD y el procesamiento de
imágenes.
2. Lectura de la señal (mV) de una termocupla con conversión a ºC, mediante el uso de
los polinomios de referencia ITS-90(9) y la aplicación desarrollada.
3. Estudio de la viscosidad de vidrio: En un rango de 104 – 1012 Pa.s (400 – 1000ºC).
4. Análisis de la viscosidad con material de referencia: Se utilizarán patrones de vidrio con
viscosidades conocidas (SRM709, SRM710a, SRM714, SRM717a), para la validación
del método.
5. Optimizar la sensibilidad de la técnica y determinar las incertidumbres.
Cronograma de tareas
1. Búsqueda y evaluación del material bibliográfico
2. Reconocimiento del instrumental a utilizar
3. Desarrollo de las interfases instrumental – PC
4. Puesta a punto y optimización
5. Análisis de los resultado obtenidos
Instrumental
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Multímetro Keithley 2000 – Placa TCSCAN 2001
Cámara CCD Lumenera Lu100 1.3 Megapíxel USB 2.0
Viscosímetro para la determinación del punto de ablandamiento
Viscosímetro para la determinación del punto de recocido
Torre de estirado de fibras de vidrio
Balanzas; Mettler AB204 y PB3002, Sartorius CP225D
Calibres, micrómetro
Viscosímetro rotacional Rotovisco RV3
Horno de alta temperatura y crisoles de platino
Dilatómetro de alta temperatura
Equipo de análisis térmicos simultáneos TG-DTA
Red LAN, PC
Materiales
•
•
Patrones de viscosidad SRM710a, SRM709, SRM714 y SRM717a
Materias primas para síntesis de vidrios
Otros Recursos
•
•
Acceso al material de la Biblioteca del SEGEMAR
Acceso a la Biblioteca Electrónica de Ciencia y Tecnología
http://www.biblioteca.mincyt.gov.ar/index.php