Boro

Su función principal es la de formador de vidrio, pero comienza su fusión a baja temperatura, por lo que también es un acelerador para los fundentes muy utilizado en vidriados de baja y media temperaturas, y también en alta temperatura en ciertos casos. 

Como formador de vidrio, es capaz de hacer por sí mismo una estructura vítrea igual que la sílice, pero el boro es escaso, caro y soluble en agua. No hay esmaltes que utilicen exclusivamente boro y tan solo lo encontramos como un complemento de la sílice en nuestros vidriados. Al igual que la sílice, no cristaliza al enfriarse a menos que haya una cantidad considerable de calcio para formar borato de calcio. En este caso se forman cristales que dan un color azul llamado azul de boro o velo de boro.

Tiene baja expansión térmica y poca tensión superficial. Su baja expansión térmica  lo hace valioso para evitar craquelados. Si un esmalte craquela, a menudo la única forma práctica de reducir la expansión térmica es más boro para permitir menos KNaO y un ratio Al2O3/SiO2 mejor. Sin embargo, si se pasan determinados límites, se revierte el efecto y hay tendencia a craquelados (típicamente 10-14%). Este efecto se debe a la pérdida de elasticidad asociada con el exceso de B2O3. 

Es útil en los vidriados de plomo para disminuir la solubilidad de éste y ampliar su rango de temperaturas de cocción. También es de mucha utilidad para disminuir el craquelado ya que es el único óxido cuyo coeficiente de dilatación es negativo.

El óxido bórico en sí no tiene punto de fusión, sino un rango progresivo de ablandamiento y fusión de 300 a 700º C. Los cristales comienzan a descomponerse a 300 ° C, y se producen una serie de sub-óxidos con fusión parcial hasta que se alcanza la fusión completa a 700° C. Las fritas de boro se comportan exactamente de esta manera. Cuando hay óxido de Bario presente (BaO) se produce un eutéctico que forma esmaltes brillantes que solidifican por debajo de 500º.

Debido a este rango de fusión progresiva, añadiendo boro a un esmalte se puede hacer que éste funda a cualquier temperatura deseada, sin craquelar y con resultado brillante. 

Pequeñas cantidades (2% de fritas) añadidas a esmaltes que previamente no tenían boro hacen que el esmalte adquiera brillo, resistencia a corrosiones, dureza  y hace que no desvitrifique, aguantando segunda y tercera cocción sin perder estas características. Y, por supuesto, menor temperatura de fusión, menor expansión térmica y una mejor zona de interfase entre esmalte y arcilla.

La figura es un estudio realizado por Matt Katz y muestra precisamente la cantidad de boro adecuada para lograr una temperatura de fusión determinada de un esmalte. Hay una zona (abajo-izquierda) donde el esmalte quedaría infra cocido y otras zonas donde se alcanza un esmalte muy brillante o con brillo moderado. La línea oblicua determina la cantidad de boro a añadir para obtener una temperatura de fusión del esmalte que determinemos, sin que dicho esmalte pierda sus características.  Como regla general la cantidad necesaria de boro es 0,1 moles por cada 50ºC por debajo de 1300ºC. 

En esmaltes de baja temperatura, su presencia hace que se puedan sustituir parte de los fundentes alcalinos (eliminando así el problema de dilatación térmica) por otros fundentes, y contribuye a la construcción de vidrio junto al SiO2. Para mayores temperaturas de fusión, si ya tenemos litio o zinc, se necesita menos boro.

En esmaltes reactivos se necesita más boro (el triple o mas boro que en un esmalte normal) por lo que este tipo de esmaltes escurrirán mucho y pueden tener distintos defectos. Para calcas no es conveniente porque se podrían derretir demasiado. 

Materias primas

Las materias primas que se utilizan para obtener Boro son fundamentalmente fritas, aunque también se usa la colemanita (2CaO∙3B2O3∙5H2O), la ulexita (NaCaB5O9∙8H2O) y otras fuentes solubles como son el ácido bórico (B2O3∙3H2O) y el bórax  (Na2O∙3B2O3∙10H2O). En literatura americana también veremos el Borato de Gerstley, que no está disponible en España. Las materias primas solubles no son útiles porque al aplicar la suspensión sobre una pasta se absorbe el agua con el boro diluido y el esmalte deja de tener boro. Por este motivo, las fritas son la fuente principal para utilizar boro en un vidriado. Hay muchas fritas de boro en el mercado. 

Bórax

Tincal (variedad de bórax importada del Tíbet). Na2O·2B2O3·10H2O. Mineral que suele utilizarse para preparar fritas pero que no se utiliza como materia prima para vidriados debido a su solubilidad en agua.

Ácido bórico

B(OH)3 ó B2O3·3 H2O. Mineral utilizado para preparar fritas de boro pero que no se utiliza como materia prima para los vidriados debido a su solubilidad en agua.

Colemanita

Borato de calcio hidratado, de fórmula aproximada 2CaO·3B2O3·5H2O, PM: 411 (3B2O3·2CaO y PM: 321, si está calcinada). Es una fuente insoluble de boro que puede utilizarse como materia prima para los vidriados. Alrededor del 10% suele ser la cantidad máxima de colemanita útil para mejorar el brillo y color del vidriado. La colemanita es un activo fundente para los vidriados en todo el rango de temperaturas. Su efecto fundente comienza alrededor de los 900ºC. Entre los 1000 y 1100ºC puede provocar cierta opacidad. Es útil en los vidriados de plomo para disminuir la solubilidad del mismo, aumentar la resistencia al craquelado y ampliar el rango de maduración. Si la proporción de colemanita en el vidriado es alta (a partir del 15%), suelen presentarse importantes problemas de burbujeo que pueden llegar a desprender totalmente el vidriado del soporte. Para evitarlo puede calcinarse la colemanita a unos 500ºC antes de utilizarla.

Ulexita

Na2O·2CaO·5B2O3·16H2O, PM: 810,2 (Ulexite en inglés). Borato hidratado fuente de boro, calcio y sodio para los vidriados que da menos problemas durante la cocción que la colemanita, a pesar de su gran contenido de agua.

Borato de Gerstley

Es una variedad de colemanita que contiene sodio (como la ulexita) y se descubrió en una mina de California que fue la única fuente conocida de tal borato, y se explotó para uso cerámico hasta su agotamiento.

2 comentarios sobre “Boro

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