M1 Formación del Vidrio: Cinética de Enfriamiento

Tópico

Cuando el fundido de este vidrio se enfría desde su estado líquido, compite, en cada instante, la velocidad de enfriamiento a la que ese fundido pierde temperatura contra la cinética de nucleación y crecimiento cristalino que, si dispusiera de tiempo suficiente, transformaría ese fundido en un sólido cristalino en lugar de en este vidrio. Que esta velocidad de enfriamiento sea mayor hace que el fundido disponga de menos tiempo, en cada intervalo de temperatura, para que esa cinética de nucleación y crecimiento cristalino alcance a producir cristales.

Existe, precisamente, una velocidad crítica de enfriamiento, según describe el criterio de Uhlmann, por encima de la cual esa cinética de nucleación y crecimiento cristalino no alcanza a producir una fracción cristalizada detectable antes de que el fundido quede demasiado frío y demasiado viscoso como para seguir cristalizando: que la velocidad de enfriamiento del fundido supere esta velocidad crítica de enfriamiento hace que la cristalización quede evitada, y que el fundido, en lugar de solidificar como un sólido cristalino, se congele en la estructura desordenada de este vidrio; que la velocidad de enfriamiento no alcance esta velocidad crítica, en cambio, hace que la cristalización sí alcance a producirse antes de que el fundido se congele.

Esa cinética de nucleación y crecimiento cristalino que compite contra la velocidad de enfriamiento queda determinada, en cada instante, por la tasa de nucleación de este fundido: cuantos más núcleos de cristalización aparecen por unidad de tiempo y de volumen, más rápido crece, según la ecuación de Avrami, la fracción cristalizada de ese fundido para un tiempo de permanencia dado. Que esta tasa de nucleación sea mayor, para una misma velocidad de enfriamiento, hace que sea más difícil que esa velocidad de enfriamiento supere la velocidad crítica necesaria para evitar la cristalización.

Por eso este modelo, con la competencia entre la velocidad de enfriamiento y la cinética de nucleación y crecimiento cristalino con la que se abrió, define a la vitrificación, precisamente, como esa cristalización evitada: el fundido se convierte en este vidrio no porque ocurra algún proceso adicional que lo transforme, sino porque la velocidad de enfriamiento impide que la tasa de nucleación y la fracción cristalizada, gobernadas ambas por la ecuación de Avrami, alcancen a producir ningún cristal antes de que el fundido quede congelado. Que esta misma tasa de nucleación y esta misma fracción cristalizada, gobernadas por Avrami, sí alcancen a producirse cuando este vidrio ya formado se recalienta o permanece en servicio prolongado a alta temperatura hace que otro modelo de este conjunto reutilice estas mismas ecuaciones como una patología, la desvitrificación, en lugar de como este proceso de formación controlado del vidrio.

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