Una gota de vidrio fundido se saca del fuego en la vidriera de Orrefors en Suecia. Copyright: Dave Bartruff.

Es fácil: mezcle algunos materiales como arena, piedra caliza y sosa. Caliéntelos a más de 2000º F. Entonces enfríe cuidadosamente el líquido incandescente o los cristales no podrán formarse.

Así es como se hace el vidrio.

Los artesanos en la Tierra han seguido esta básica receta durante milenios. Y funciona. 'Ahora sabemos que funciona incluso mejor en el espacio', dice el experto en vidrios y cerámicas Delbert Day, quien ha estado experimentando con vidrios fundidos en transbordadores espaciales durante los últimos veinte años. Day es Profesor Emérito de Ingeniería Cerámica en la Universidad de Missouri-Rolla.

Al comenzar estos primeros experimentos, dice, he esperado terminar obteniendo un vidrio puro.| Esto es debido a que en la Tierra, la fundición --el líquido fundido del que se forma el cristal-- debe de ser manejado en alguna clase de contenedor. Eso es un problema. 'A altas temperaturas', dice Day, 'esos vidrios fundidos son muy corrosivos contra cualquier tipo de contenedor conocido'. Como el fundido ataca y disuelve el recipiente, se contamina, y por tanto también el vidrio.

En microgravedad, en cambio, no se necesita ningún contenedor. En los experimentos iniciales de Day, el fundido --una gota líquida de 1/4 de pulgada de diámetro-- se colocó dentro de un horno caliente simplemente mediante la presión de ondas sonoras emitidas por un levitador acústico.

Con ese levitador acústico, explica Day, 'podíamos fundir y enfriar y fundir y enfriar una gotita fundida sin dejarla tocar con nada'. Como había esperado Day, el procesamiento sin contenedor produjo un vidrio mejor. Para su sorpresa, en cambio, el cristal fue incluso de mayor calidad de lo que la teoría había predicho.

Delbert Day, Profesor Emérito de Ingeniería Cerámica de la Universidad de Missouri-Rolla [más]

Cuando la mayoría de la gente piensa en el vidrio, se imaginan ese material transparente en las ventanas. Pero el vidrio ni tiene por qué ser transparente ni se encuentra siempre en las ventanas. Entre los investigadores hay una definición diferente: 'vidrio' es un material sólido con una estructura interna amorfa. En los sólidos los átomos están normalmente dispuestos según patrones regulares y predecibles, como los ladrillos en una pared. Pero si los átomos están revueltos juntos de una manera desorganizada, como los ladrillos amontonados en el suelo…eso es el vidrio.

El vidrio de ventana que nos es tan familiar está formado principalmente por sílice --un compuesto de silicio y oxígeno. Esencialmente es arena fundida. Pero en teoría, un fundido de cualquier composición química puede producir un vidrio con tal de que el fundido pueda ser enfriado con la suficiente rapidez como para que los átomos no tengan tiempo de situarse en patrones, o cristales.

En órbita terrestre, en cambio, esos líquidos fundidos no cristalizan tan fácilmente como lo hacen en la Tierra. Es más fácil la formación del vidrio. Por tanto, no solamente se puede hacer vidrio menos contaminado, sino formarlo a partir de una variedad más amplia de fundidos.

¿Pero por qué es eso tan importante? ¿Qué tiene de malo el vidrio hecho con sílice?.

Las bolas de acero rebotan en las placas inferiores de aleación de titanio, vidrio metálico, y acero inoxidable. La bola que rebota en el vidrio metálico lo sigue haciendo durante un tiempo notablemente mayor. [más]

Para las ventanas el sílice está muy bien. Pero el vidrio hecho de otras composiciones químicas ofrece una panoplia de propiedades inesperadas. Por ejemplo, hay 'vidrios bioactivos' que se pueden usar para reparar huesos humanos. Esos vidrios eventualmente se disuelven una vez que han cumplido con su finalidad. Por otra parte, Day ha desarrollado vidrios que son tan insolubles dentro del cuerpo que están siendo utilizados para tratar el cáncer mediante la distribución de altas dosis de radiación directamente en el lugar del tumor.

Otro ejemplo: el vidrio hecho de metal puede ser notablemente duro y resistente a la corrosión. Y no se necesita mecanizarlos en las precisas e intrincadas formas necesarias, dice, para un motor. Se pueden simplemente moldear o vaciar.

También es intrigante para los investigadores espaciales el vidrio de fluoruro. Una mezcla de zirconio, bario, lantano, sodio y aluminio, este tipo de vidrio (también conocido como 'ZBLAN') es cientos de veces más transparente que el vidrio de sílice. Sería excepcional para fibras ópticas.

Las superficies de la fibras de ZBLAN formadas casi en la ingravidez (panel superior) y en la gravedad terrestre normal (panel inferior). [más]

Una fibra de fluoruro sería tan transparente, dice Day, que un rayo de luz que entre por un extremo en Nueva York, podría verse por el otro extremo tan lejano como Paris. Con las fibras de vidrio de sílice, la señal lumínica se degrada a lo largo del camino.

Desafortunadamente, las fibras de vidrio de fluoruro son muy difíciles de producir en la Tierra. Los fundidos tienden a cristalizar antes de que se forme el vidrio.

La razón, dice Day, es que la gravedad produce la convección o mezcla en el fundido. En efecto, la gravedad la 'remueve', y, en un proceso conocido como dilución de corte, el fundido se vuelve más fluido. Este mismo proceso es el que actúa en la manteca de cacahuete: cuanto más rápidamente la remueves, más fácilmente se mueve.

En los fundidos que son más fluidos, como esos removidos por la gravedad, los átomos se mueven más rápidamente, por lo que pueden disponerse en arreglos más geométricos más rápidamente. En fundidos más espesos y viscosos, los átomos se mueven más lentamente. Es más difícil que se formen patrones regulares. Es más probable que el fundido forme un vidrio.

En microgravedad, cree Day, los fundidos deben de ser más viscosos de lo que lo son en la Tierra.

Aún cuando esta teoría aún no ha sido confirmada, algunos resultados experimentales sugieren que es correcta. El investigador de la NASA Dennis Tucker trabajó con fundidos de fluoruro en el KC-135, un avión que proporciona cortos momentos de gravedad próxima a cero intercalados por periodos de alta gravedad.

(panel izquierdo) Una fibra ZBLAN sin defectos obtenida durante un arco de baja g a bordo del KC-135: (panel derecho) una fibra cristalizada obtenida mediante el mismo aparato a 1 g. [más]

'Hizo algunos experimentos de fundición de vidrios, tratando de obtener finas fibras de ellos', afirma Day. 'Durante la porción del vuelo de baja gravedad, cuando g estaba próxima a cero, las fibras se obtenían sin ningún problema. Pero durante los momentos de gravedad doble, las fibras que obtenía estaban completamente cristalizadas'.

El resultado, dice Day, se podría explicar mediante la dilución de corte. 'Un fundido en baja gravedad no experimenta demasiado corte. Pero al incrementarse g, habrá más y más movimiento en el fundido'. Los esfuerzos de corte se incrementan. La viscosidad efectiva del fundido disminuye. La cristalización se vuelve más probable.

Day está actualmente planificando su próximo experimento en el espacio --a bordo de la Estación Espacial Internacional-- con el que espera confirmar sus ideas. Se fundirán y enfriarán muestras idénticas de vidrio de la misma forma en la Tierra y en microgravedad. Entonces se contará el número de cristales que aparezcan en cada muestra. Si la dilución de corte existe, dice, habrá menos cristales en las muestras fundidas en el espacio que en las producidas en la Tierra.

Eventualmente, Day desea aprender estas lecciones en el espacio y aplicarlas a la producción de vidrio en tierra. Vidrios metálicos. Vidrios bioactivos. Super fibras ópticas. Las posibles aplicaciones siguen y siguen…lo que vuelve el valor de esta investigación tan clara como el cristal.