¿Cómo se fabrican los espejos? Tras el reflejo perfecto hay tecnologías como el vacío

Aunque tengamos totalmente interiorizado vernos a nosotros mismos mientras nos lavarnos los dientes o arreglarnos en esa placa que refleja lo que tiene delante llamada espejo que incluso lleguemos a restarle importancia, este objeto tan cotidiano ha desempeñando roles diversos y significativos en diferentes ámbitos de la sociedad a lo largo de la historia. No sólo se han usado como parte de la rutina diaria del cuidado personal y la estética desde incluso antes del Antiguo Egipto: también han tenido un papel destacado en el arte y el diseño, en las prácticas religiosas y rituales, en los avances tecnológicos y científicos y en la comunicación y la seguridad.

Tenemos noticias de la existencia de espejos hace miles de años, aunque eran muy diferentes de los que conocemos hoy en día. En lugar de vidrio y metal, se utilizaban materiales naturales para crear superficies reflectantes, como la obsidiana, un tipo de vidrio volcánico, que se pulía en placas para obtener una superficie lo suficientemente lisa y reflectante. En el Antiguo Egipto y Mesopotamia, hace más de 4.000 años, se usaban espejos para fines estéticos y rituales que eran de bronce pulido, y en la Roma antigua, se utilizaban espejos de vidrio soplado que tenían una parte posterior de plata o plomo.

Pero como podremos imaginar, los espejos que usamos hoy en día, que se pueden encontrar desde en nuestros baños y vestidores, hasta en retrovisores de automóviles o cámaras fotográficas y telescopios, pasando por instrumental médico, entre muchos otros, no están hechos de una placa de metal precioso como entonces, que los hacían objetos caros y por lo tanto un lujo. ¿Cómo se fabrican estos espejos? ¿De qué están hechos? ¿Por qué su superficie es hoy tan perfectamente reflejante, mucho más que la de un metal pulido? Lo explicamos a continuación.

¿De qué materiales están fabricados los espejos hoy en día?

Los espejos modernos están compuestos por varias capas que trabajan juntas para lograr un reflejo claro y duradero. A diferencia de los espejos en la antigüedad, hechos de una placa de metal pulido, los actuales contienen varias capas que trabajan juntas para ofrecer un reflejo perfecto:

• Capa de protección: en la parte frontal del espejo se aplica una capa delgada de protección para preservar la superficie reflectante y prevenir arañazos, corrosión y desgaste. Esta capa puede consistir en una película de barniz u otros recubrimientos protectores.
• Capa reflectante: la capa reflectante es la parte esencial del espejo que proporciona la capacidad de reflejar la luz. En los espejos modernos, se utiliza una capa metálica muy fina para lograr la reflectividad deseada. Los metales comúnmente utilizados son la plata o el aluminio, debido a su alta capacidad reflectante. La capa reflectante se deposita sobre una superficie de vidrio mediante un proceso de deposición al vacío que veremos en el siguiente apartado.
• Capa de adhesión: para asegurar una unión fuerte y duradera entre la capa reflectante y el vidrio, se aplica una capa de adhesión. Esta capa generalmente está compuesta de materiales como el cobre o el titanio, que ayudan a mantener la capa reflectante en su lugar y proporcionar una unión estable.
• Capa de base: la capa de base es el sustrato sobre el cual se depositan las capas anteriores. En la mayoría de los casos, esta capa es de vidrio, específicamente vidrio float, que es un tipo de vidrio de alta calidad y libre de defectos, que produce una superficie plana y lisa, lo que contribuye a la calidad del reflejo.

Como vemos, los espejos actuales pueden contener metales preciosos como en la antigüedad, como la plata, pero en una capa tan fina que los hace más económicos. La calidad del reflejo depende de una superficie perfectamente lisa y de una capa de metal totalmente uniforme y sin defectos, para lo que se usa el vacío.

La estructura y composición exacta de los espejos pueden variar dependiendo del fabricante y el tipo de espejo. Por ejemplo, algunos espejos pueden tener capas adicionales para mejorar la resistencia al desgaste o la calidad óptica.

Espejo con inscripción sobre prosperidad y longevidad, antigua dinastía Ming de China (1368-1644 dC)

El proceso de fabricación de los espejos

La fabricación de un espejo implica el proceso de metalización, que es la aplicación de una capa reflectante en una superficie de vidrio, y que suele hacerse en condiciones de vacío. En este post hablamos sobre la metalización. En el caso de los espejos consiste en los siguientes pasos:

• Preparación del vidrio base: se comienza con una hoja de vidrio de alta calidad que servirá como base del espejo, que se limpia minuciosamente para eliminar cualquier suciedad, grasa u otras impurezas.
• Preparación de la superficie: la superficie del vidrio se lija suavemente para eliminar cualquier imperfección o aspereza. Esto ayuda a que la capa reflectante se adhiera de manera uniforme.
• Aplicación de una capa de metalización: el siguiente paso es aplicar una capa delgada de metal reflectante sobre la superficie del vidrio. El metal más comúnmente utilizado para esto es la plata debido a su alta reflectividad, pero también se pueden utilizar otros metales como el aluminio.
• Proceso de metalización: hay varios métodos para depositar la capa metálica sobre el vidrio, y uno de los más comunes es el de deposición por evaporación al vacío. En este proceso, se coloca el vidrio junto con un material metálico en una cámara de vacío. Luego se calienta el material metálico hasta que se evapora y se deposita sobre la superficie del vidrio por condensación. La evaporación ocurre en un ambiente de vacío para asegurar una deposición uniforme y libre de impurezas, y en esta misma atmósfera, la condensación se produce sin necesidad de aplicar un gran enfriamiento, ya que el punto de ebullición para la evaporación es más bajo en entorno de vacío.
• Protección de la capa reflectante: después de aplicar la capa metálica, se aplica una capa de protección sobre la superficie metálica para evitar que se dañe o se raye. Esta capa protectora puede ser una capa de pintura o un recubrimiento de sellado especial.
• Inspección de calidad: el espejo finalizado se somete a una inspección de calidad para verificar su reflectividad, claridad y ausencia de defectos. Se revisa si el espejo cumple con los estándares requeridos antes de ser empaquetado y enviado al mercado.

El uso de tecnologías de vacío en la fabricación de espejos

La fabricación de espejos incorpora tecnologías de vacío en varios de sus pasos para lograr que la capa reflectante sea uniforme y duradera. Dos ejemplos de ello, son:

Proceso de metalización

La etapa principal en la fabricación de espejos que involucra la aplicación de una capa reflectante metálica sobre el vidrio es donde se utiliza principalmente la tecnología de vacío. En particular, se utiliza el método de deposición por evaporación al vacío.

En este proceso, el vidrio junto con el material metálico (como la plata) se coloca en una cámara de vacío. La cámara evacúa el aire para crear un ambiente de vacío, lo que significa que se reduce la presión atmosférica dentro de la cámara, de manera que al calentar el material metálico, generalmente mediante resistencias eléctricas o un calentador de filamento, se evapora y se deposita sobre la superficie del vidrio por condensación.

El vacío en la cámara es esencial para este proceso, no sólo porque reduce el punto de ebullición del metal, ahorrando energía y calentamiento, sino también porque evita la oxidación y la contaminación de la capa metálica durante la deposición con partículas que suelen estar presentes en el aire. Además, el ambiente de vacío proporciona una distribución uniforme del material metálico sobre la superficie del vidrio, lo que resulta en una capa reflectante de alta calidad.

Protección de la capa reflectante

Después de aplicar la capa metálica en el proceso de metalización, a veces se utiliza una tecnología de recubrimiento al vacío para aplicar una capa de protección sobre la superficie metálica. Este recubrimiento puede ser una capa de pintura o un recubrimiento sellante especial que ayuda a proteger la capa reflectante de daños y arañazos. El vacío se utiliza en este caso para crear un ambiente controlado y nuevamente evitar la contaminación o reacciones no deseadas durante el proceso de recubrimiento.

Bombas de vacío para deposición al vacío

Una bomba de vacío utilizada para deposición al vacío y recubrimiento al vacío debe cumplir con ciertas prestaciones específicas para garantizar un rendimiento eficiente y confiable del proceso. Aquí hay algunas prestaciones concretas que se consideran importantes:

• Alto rendimiento de bombeo: una bomba de vacío utilizada en la deposición y el recubrimiento al vacío debe tener un alto rendimiento de bombeo para lograr y mantener niveles de vacío adecuados en la cámara de deposición. Esto es crucial para asegurar una deposición uniforme y precisa de los materiales sobre el sustrato.
• Amplio rango de presión: es deseable que la bomba de vacío tenga un amplio rango de presión operativa. Esto permite adaptarse a diferentes etapas del proceso de deposición y recubrimiento, desde la evacuación inicial de la cámara hasta el mantenimiento de niveles de vacío bajos y estables durante la deposición.
• Estabilidad y control de vacío: la bomba de vacío debe ofrecer una estabilidad y un control precisos del vacío en la cámara. Esto es fundamental para garantizar una deposición uniforme y repetible, evitando fluctuaciones o caídas bruscas de presión que puedan afectar la calidad del recubrimiento.
• Bajas tasas de fuga: una bomba de vacío eficiente debe tener bajas tasas de fuga para mantener un vacío estable en la cámara de deposición. Esto implica una construcción de alta calidad con juntas herméticas y sellos adecuados para minimizar las fugas de aire no deseado.
• Velocidad de evacuación: la bomba de vacío debe tener una velocidad de evacuación adecuada para lograr la presión requerida en la cámara en un tiempo razonable, ya que se requiere repetir la acción de forma continua. Una velocidad de evacuación más rápida permite un proceso más eficiente y una mayor productividad.
• Bajo nivel de contaminación: para la deposición y el recubrimiento al vacío, es crucial minimizar la contaminación en la cámara, dado que la generación y liberación de partículas o contaminantes en el proceso afecta mucho a la calidad final del producto. Por lo tanto, la bomba de vacío debe tener un diseño que reduzca al mínimo esta contaminación.
• Mantenimiento y durabilidad: una bomba de vacío utilizada en estos procesos debe ser confiable y duradera. Debe ser fácil de mantener y contar con un sistema de lubricación adecuado para garantizar un funcionamiento sin problemas a lo largo del tiempo.

Las prestaciones requeridas pueden variar según la aplicación específica y el tamaño de la cámara de deposición o recubrimiento. Es importante consultar con fabricantes y expertos en vacío como Marpa Vacuum para seleccionar la bomba adecuada que cumpla con los requisitos de rendimiento específicos para cada caso.

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