Reflejar

Antecedentes

Desde los primeros registros históricos, los seres humanos han estado fascinados por los reflejos. Narciso fue supuestamente hechizado por su propio reflejo en un charco de agua, y los poderes mágicos se atribuyen a los espejos en los cuentos de hadas. Los espejos han avanzado desde piscinas reflectantes y superficies de metal pulido hasta espejos de mano y baño de vidrio transparente. Se han utilizado en la decoración de interiores desde el siglo XVII, y las superficies reflectantes en los automóviles y en los vestíbulos de los hoteles siguen siendo populares en el diseño moderno. Los espejos también se utilizan con fines prácticos:examinar nuestra apariencia, examinar lo que hay detrás de nosotros en la carretera, construir rascacielos y fabricar instrumentos de investigación científica, como microscopios y láseres.

La naturaleza de los espejos modernos no es fundamentalmente diferente de un charco de agua. Cuando la luz incide en cualquier superficie, parte de ella se reflejará. Los espejos son simplemente superficies lisas con fondos oscuros y brillantes que se reflejan muy bien. El agua se refleja bien, el vidrio se refleja mal y el metal pulido se refleja extremadamente bien. El grado de reflectividad (cuánta luz rebota en una superficie) y la difusividad de una superficie (en qué dirección rebota la luz en una superficie) pueden alterarse. Sin embargo, estas alteraciones son simplemente refinamientos. En general, todas las superficies reflectantes y, por tanto, todos los espejos, son realmente iguales en carácter.

Los espejos artificiales existen desde la antigüedad. Los primeros espejos eran a menudo láminas de metal pulido y eran utilizados casi exclusivamente por las clases dominantes. La apariencia a menudo reflejaba, y en algunos casos determinaba, la posición y el poder en la sociedad, por lo que la demanda de espejos era alta, al igual que la demanda de mejorar las técnicas de fabricación de espejos. El plateado, el proceso de recubrir la parte posterior de una hoja de vidrio con plata derretida, se convirtió en el método más popular para hacer espejos en el siglo XVII. El vidrio utilizado en estos primeros espejos a menudo se deformaba, creando una ondulación en la imagen. En algunos casos graves, las imágenes que reflejaban estos espejos eran similares a las que veríamos hoy en un espejo de la casa de la diversión. Las técnicas modernas de fabricación de vidrio y metalúrgicas facilitan la producción de láminas de vidrio muy planas y con recubrimiento uniforme en la parte posterior, lo que mejora enormemente la claridad de la imagen. Aún así, la calidad de un espejo depende del tiempo y los materiales que se empleen para fabricarlo. Un espejo de mano puede reflejar una imagen distorsionada, mientras que un buen espejo de baño probablemente no tendrá distorsiones notables. Los espejos científicos están diseñados prácticamente sin imperfecciones ni cualidades distorsionantes de ningún tipo.

La tecnología de materiales afecta drásticamente la calidad de un espejo. La luz se refleja mejor en superficies que no son difusivas, es decir, lisas y opacas, en lugar de transparentes. Cualquier defecto en esta disposición restará valor a la eficacia del espejo. Las innovaciones en la fabricación de espejos se han dirigido a aplanar el vidrio utilizado y aplicar recubrimientos metálicos de espesor uniforme, porque la luz que viaja a través de diferentes espesores de vidrio sobre diferentes partes de un espejo da como resultado una imagen distorsionada. Es por estas irregularidades que algunos espejos te hacen lucir más delgado y otros más gordo de lo normal. Si el respaldo de metal de un espejo está rayado o delgado en algunos puntos, el brillo del reflejo también será desigual. Si el revestimiento es muy fino, es posible que se vea a través del espejo. Así es como se fabrican los espejos unidireccionales. El revestimiento no opaco se coloca en capas sobre el delgado respaldo de metal y solo se ilumina un lado del espejo (el lado reflectante). Esto permite que un espectador del otro lado, en una habitación oscura, vea a través.

Materias primas

El vidrio, el componente principal de los espejos, es un reflector deficiente. Refleja solo alrededor del 4 por ciento de la luz que lo incide. Sin embargo, posee la propiedad de uniformidad, particularmente cuando se pule. Esto significa que el vidrio contiene muy pocas picaduras después del pulido y formará una base eficaz para una capa reflectante de metal. Cuando se deposita la capa de metal, la superficie es muy uniforme, sin protuberancias ni pozos. El vidrio también se considera un buen material para espejos porque se puede moldear en varias formas para espejos especiales. Las láminas de vidrio están hechas de sílice, que se puede extraer o refinar a partir de arena. El vidrio hecho de cristales naturales de sílice se conoce como cuarzo fundido. También hay vidrios sintéticos, que se conocen como sílice fundida sintética. La sílice, o cuarzo, se funde a altas temperaturas y se vierte o se enrolla en láminas.

Algunos otros tipos de vidrio se utilizan para espejos de grado científico de alta calidad. Estos suelen contener algún otro componente químico para fortalecer el vidrio o hacerlo resistente a ciertos extremos ambientales. Pyrex, por ejemplo, es un vidrio de borosilicato, un vidrio compuesto de sílice y boro, que se usa cuando los espejos deben soportar altas temperaturas.

En algunos casos, un sustrato de plástico servirá tan bien como uno de vidrio. En particular, los espejos de los juguetes de los niños a menudo se fabrican de esta manera, por lo que no se rompen tan fácilmente. Los polímeros plásticos se fabrican a partir del petróleo y otros productos químicos orgánicos. Pueden moldearse por inyección en cualquier forma deseada, incluidas hojas planas y círculos, y pueden ser opacos o transparentes según lo requiera el diseño.

Estos materiales de base deben estar recubiertos para hacer un espejo. Los recubrimientos metálicos son los más comunes. Una variedad de metales, como plata, oro y cromo, son apropiados para esta aplicación. La plata fue el respaldo de espejo más popular hace cien años, lo que llevó a la acuñación del término "plateado". Sin embargo, los espejos viejos con respaldo plateado a menudo tienen líneas oscuras detrás del vidrio, porque el material estaba recubierto de manera muy delgada y desigual, lo que provoca que se desprenda, se raye o se empañe. Más recientemente, antes de 1940, los fabricantes de espejos usaban mercurio porque se esparcía uniformemente sobre la superficie del vidrio y no se empañaba. Esta práctica también fue finalmente abandonada, ya que planteaba el problema de sellar el líquido tóxico. Hoy en día, el aluminio es el revestimiento metálico más utilizado para espejos.

Los espejos de grado científico a veces se recubren con otros materiales, como óxidos de silicio y nitruros de silicio, en hasta cientos de capas de, cada una de ellas, una 10,000 de pulgada de espesor. Estos tipos de recubrimientos, denominados recubrimientos dieléctricos se utilizan tanto por sí mismos como reflectores como como acabados protectores en revestimientos metálicos. Son más resistentes a los arañazos que el metal. Los espejos científicos también usan recubrimientos plateados, y algunas veces también recubrimientos dorados, para reflejar la luz de un color particular de luz más o menos bien.

Diseño

La regularidad de la superficie es probablemente la característica de diseño más importante de los espejos. Los espejos para uso doméstico deben cumplir aproximadamente con las mismas especificaciones que los cristales de las ventanas y los marcos de los cuadros. Las láminas de vidrio utilizadas deben ser razonablemente planas y duraderas. El diseñador solo necesita especificar el espesor requerido; por ejemplo, los espejos más gruesos son más duraderos, pero también son más pesados. Los espejos científicos suelen tener superficies especialmente diseñadas. Estas superficies deben ser uniformemente lisas en varias décimas de pulgada y pueden diseñarse con una curvatura específica, como lentes de anteojos. El principio de diseño de estos espejos es el mismo que el de las gafas:un espejo puede estar diseñado para enfocar la luz y reflejarla.

El diseño del espejo también especificará el tipo de revestimiento que se utilizará. El material de revestimiento se elige en función de la durabilidad y la reflectividad requeridas y, según el propósito previsto del espejo, se puede aplicar en la superficie frontal o posterior del espejo. En esta etapa también se deben especificar las capas posteriores de recubrimientos protectores. Para los espejos más comunes, el revestimiento reflectante se aplicará en la superficie posterior del vidrio porque es menos probable que se dañe allí. La parte trasera se monta con frecuencia en un El paso inicial en la fabricación de espejos consiste en cortar y dar forma a los espacios en blanco de vidrio. El corte se suele realizar con una sierra con polvo de diamante incrustado en las puntas. A continuación, los espacios en blanco se colocan en máquinas pulidoras ópticas, que utilizan líquido abrasivo más una placa de esmerilado para producir un acabado muy uniforme y suave en los espacios en blanco. Luego, el material reflectante se aplica en un evaporador, que calienta el revestimiento metálico hasta que se evapora sobre la superficie de los espacios en blanco. Marco de plástico o metal para sellar completamente el revestimiento del aire y objetos punzantes.

Para uso científico, se debe considerar el color o la longitud de onda de la luz que reflejará el espejo. Para los espejos estándar de luz visible o luz ultravioleta, los revestimientos de aluminio son comunes. Si el espejo se va a utilizar con luz infrarroja, lo mejor es una capa plateada o dorada. Los recubrimientos dieléctricos también son buenos en el rango de infrarrojos. Sin embargo, en última instancia, la elección del revestimiento dependerá de la durabilidad, así como del rango de longitud de onda, y se puede sacrificar algo de reflectividad por resiliencia. Un recubrimiento dieléctrico, por ejemplo, es mucho más resistente a los rayones que un recubrimiento metálico y, a pesar del costo adicional, estos recubrimientos a menudo se agregan sobre el metal para protegerlo. Los revestimientos de los espejos de grado científico se aplican generalmente en la superficie frontal del vidrio, porque la luz que viaja a través del vidrio siempre se distorsiona en un pequeño grado. Esto es indeseable en la mayoría de las aplicaciones científicas.

El
proceso de fabricación

Cortar y dar forma al vidrio

• 1 El primer paso en la fabricación de cualquier espejo es cortar el contorno del vidrio "en blanco" para adaptarlo a la aplicación. Si el espejo es para un automóvil , por ejemplo, el vidrio se recortará para que quepa en el soporte del espejo del automóvil. Aunque algunos fabricantes de espejos cortan su propio vidrio, otros reciben vidrio que ya ha sido cortado en espacios en blanco. Independientemente de quién corte el vidrio, se utilizan hojas muy duras y de punta fina para cortar. Los trazos o sierras de diamante (puntas de metal afiladas o sierras con polvo de diamante incrustado) se utilizan a menudo porque el diamante desgastará el vidrio antes de que el vidrio desgaste al diamante. El método de corte utilizado depende completamente de la forma final que tomará el espejo. En un método, las cuchillas o trazos pueden usarse para cortar parcialmente a través del vidrio; Luego, se puede usar presión para romper el vidrio a lo largo de la línea marcada. En otro método, una máquina usa una sierra de diamante para cortar todo el vidrio a través del movimiento de la hoja hacia adelante y hacia atrás o hacia arriba y hacia abajo varias veces, como una sierra de cinta automática. Por lo general, el corte se realiza antes de aplicar el recubrimiento de metal, ya que el recubrimiento puede desprenderse del vidrio como resultado del corte. Una alternativa al corte del vidrio para formar espacios en blanco es moldear el vidrio en su estado fundido.
• A continuación, se colocan 2 espacios en blanco en rectificadoras ópticas. Estas máquinas constan de grandes placas base llenas de depresiones que sostienen los espacios en blanco. La base llena de espacios en blanco se coloca contra otra placa de metal con la forma de superficie deseada:plana, convexa o cóncava. Se esparce un compuesto de molienda, un líquido arenoso, sobre los espacios en blanco de vidrio a medida que se frotan o se hacen rodar contra la superficie curva. La acción es similar a moler especias con un mortero. La arena del compuesto desgasta gradualmente la superficie del vidrio hasta que adquiere la misma forma que la placa de molienda. Se utilizan granos cada vez más finos hasta que la superficie esté muy lisa y uniforme.

  También existen técnicas de pulido manual, pero requieren mucho tiempo y son difíciles de controlar. Solo se utilizan en los casos en los que el rectificado mecánico sería imposible, como es el caso de superficies muy grandes o de formas inusuales. Una amoladora óptica comercial puede acomodar de 50 a 200 espacios en blanco, que se pulen todos simultáneamente. Esto es mucho más eficiente que el pulido manual. Incluso las ópticas especiales se pueden fabricar mecánicamente en equipos ajustables.

Aplicación del material reflectante

• 3 Cuando las superficies de vidrio tienen la forma adecuada y se pulen para obtener un acabado suave, se recubren con cualquier material reflectante que el diseñador haya elegido. Independientemente del material de recubrimiento, se aplica en un aparato llamado evaporador. El evaporador es una gran cámara de vacío con una placa superior para soportar los espejos en blanco y un crisol inferior para fundir el metal de recubrimiento. Se llama así porque el metal se calienta en el crisol hasta el punto de que se evapora en el vacío, depositando una capa sobre la superficie del vidrio de forma muy similar a como el aliento caliente vaporiza una ventana fría. Los espacios en blanco se centran sobre los agujeros en la placa superior que permiten que el vapor de metal llegue a la superficie del vidrio. Los metales se pueden calentar a varios cientos o miles de grados (dependiendo del punto de ebullición del metal), antes de que se vaporicen. La temperatura y el tiempo para este procedimiento se controlan con mucha precisión para lograr exactamente el espesor correcto de metal. Este método de recubrimiento crea superficies muy uniformes y altamente reflectantes.
• 4 La forma de los agujeros en la placa superior se transferirá al vidrio en metal, como pintura a través de una plantilla. Este efecto se usa a menudo para modelar intencionalmente el espejo. Se pueden aplicar plantillas de metal, o máscaras, a la superficie del vidrio para crear uno o más patrones.
• 5 Los recubrimientos dieléctricos, ya sea como capas reflectantes o como capas protectoras sobre las metálicas, se aplican de la misma manera, excepto que se utilizan gases en lugar de trozos de metal. Los óxidos de silicio y los nitruros de silicio se utilizan típicamente como revestimientos dieléctricos. Cuando estos gases se combinan en condiciones de calor extremo, reaccionan para formar una sustancia sólida. Este producto de reacción forma un recubrimiento al igual que lo hace el metal.
• 6 Se pueden combinar varios pasos de evaporación para hacer un recubrimiento de múltiples capas. Los materiales dieléctricos transparentes se pueden evaporar sobre el metal u otros dieléctricos para cambiar las propiedades reflectantes o mecánicas de una superficie. Los espejos plateados en la parte posterior del vidrio, por ejemplo, a menudo tienen una capa dieléctrica opaca aplicada para mejorar la reflectividad y evitar que el metal se raye. Los espejos unidireccionales son la excepción a este procedimiento, en cuyo caso se debe tener mucho cuidado de no dañar la fina capa de metal.
• 7 Finalmente, cuando se han aplicado los revestimientos adecuados, el espejo terminado se monta en una base o se empaqueta cuidadosamente en un paquete resistente a los golpes para su envío.

Control de calidad

¿Qué tan bueno tiene que ser un espejo? ¿Es suficiente que el 80 por ciento de la luz rebote? ¿Todo el 80 por ciento tiene que rebotar exactamente en la misma dirección? La respuesta depende de la aplicación. Un espejo de bolso puede tener solo un 80 o 90 por ciento de reflectancia, y puede tener una ligera irregularidad en el grosor del vidrio (como ondas en la superficie de un estanque). La imagen estaría ligeramente distorsionada en este caso, pero la distorsión sería apenas visible a simple vista. Sin embargo, si se va a utilizar un espejo para una aplicación científica, por ejemplo en un telescopio, la forma de la superficie y la reflectividad del revestimiento deben conocerse en un grado muy específico, para asegurar que la luz reflejada vaya exactamente donde la El diseñador de telescopios lo quiere y con la intensidad adecuada. Las tolerancias en el espejo afectarán el costo y la facilidad con la que se puede fabricar.

La uniformidad del espejo por lotes es el primer y principal trabajo de garantía de calidad. Es posible que los espejos en el borde de una placa de molienda o de la cámara del evaporador no tengan la misma superficie o revestimiento que los del centro del aparato. Si hay una amplia gama de espesores de metal o planicidad de superficies en un solo lote de espejos, el proceso debe ajustarse para mejorar la uniformidad.

Se emplean varios métodos para probar la integridad de un espejo. La calidad de la superficie se examina primero visualmente en busca de arañazos, irregularidades, picaduras u ondulaciones. Esto se puede hacer a simple vista, con un microscopio o con un proceso fotográfico infrarrojo diseñado para mostrar diferencias en los espesores del metal.

Para un control de la superficie más estricto, se puede medir un perfil del espejo pasando un lápiz a lo largo de la superficie. La posición del lápiz óptico se registra a medida que se arrastra por el espejo. Esto es similar a la forma en que funciona un tocadiscos. Al igual que el tocadiscos, el inconveniente de una aguja mecánica es que puede dañar la superficie que está detectando. Los fabricantes de espejos han llegado a la misma solución que la industria discográfica:utilizar un láser. El láser se puede utilizar para pruebas no destructivas de la misma forma que un reproductor de discos compactos lee la música de un disco sin alterar su superficie.

Además de estas pruebas mecánicas, los espejos pueden estar expuestos a una variedad de condiciones ambientales. Los espejos de los automóviles, por ejemplo, se llevan a través de extremos de frío y calor para Un espejo típico puede incluir una capa reflectante de metal y uno o más recubrimientos dieléctricos, como capas protectoras sobre el de metal. . Los recubrimientos dieléctricos se aplican de la misma manera que las capas metálicas, excepto que se utilizan gases como óxidos de silicio y nitruros de silicio en lugar de trozos de metal. asegúrese de que resistirán las condiciones climáticas, mientras que los espejos del baño se prueban para determinar su resistencia al agua.

El futuro

A medida que mejoran las técnicas de fabricación de vidrio, los espejos encuentran un lugar más elaborado en el arte y la arquitectura. Los anteojos más resistentes y ligeros son más atractivos para los diseñadores. Algunas técnicas de fabricación de espejos unidireccionales permiten fabricar ventanas con espejos en el exterior. Esto crea una apariencia distintiva en un edificio y también hace que el sistema de aire acondicionado del edificio sea más eficiente al desviar el calor durante el verano. Este tipo de espejo ahora se ve comúnmente en edificios de oficinas.

Los espejos también seguirán utilizándose en aplicaciones ópticas sofisticadas, desde microscopios y telescopios hasta sistemas de lectura basados ​​en láser, como reproductores de discos compactos y lectores de códigos de barras .