Espelho

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Antecedentes

Desde os primeiros registros da história, os humanos são fascinados por reflexões. Narciso foi supostamente enfeitiçado por seu próprio reflexo em uma piscina de água, e poderes mágicos são atribuídos a espelhos em contos de fadas. Os espelhos avançaram de piscinas reflexivas e superfícies de metal polido para espelhos de mão e de banheiro de vidro transparente. Eles têm sido usados ​​na decoração de interiores desde o século 17, e as superfícies reflexivas em carros e saguões de hotéis ainda são populares no design moderno. Os espelhos também são usados ​​para fins práticos:examinar nossa aparência, examinar o que está atrás de nós na estrada, construir arranha-céus e fabricar instrumentos de pesquisa científica, como microscópios e lasers.

A natureza dos espelhos modernos não é fundamentalmente diferente de uma piscina de água. Quando a luz atinge qualquer superfície, parte dela será refletida. Os espelhos são simplesmente superfícies lisas com fundos escuros brilhantes que refletem muito bem. A água reflete bem, o vidro reflete mal e o metal polido reflete muito bem. O grau de refletividade - quanta luz é refletida em uma superfície - e a difusividade de uma superfície - em que direção a luz é refletida em uma superfície - pode ser alterado. Essas alterações são apenas refinamentos, no entanto. Em geral, todas as superfícies reflexivas e, portanto, todos os espelhos têm realmente as mesmas características.

Os espelhos feitos pelo homem existem desde os tempos antigos. Os primeiros espelhos muitas vezes eram folhas de metal polido e eram usados ​​quase exclusivamente pelas classes dominantes. A aparência frequentemente refletia e, em alguns casos, determinava a posição e o poder na sociedade, de modo que a demanda por espelhos era alta, assim como a demanda pelo aperfeiçoamento das técnicas de fabricação de espelhos. Pratear - o processo de revestir a parte de trás de uma folha de vidro com prata derretida - tornou-se o método mais popular para fazer espelhos nos anos 1600. O vidro usado nesses primeiros espelhos costumava ser deformado, criando uma ondulação na imagem. Em alguns casos graves, as imagens que esses espelhos refletiam eram semelhantes às que veríamos em um espelho de casa de diversões hoje. As técnicas modernas de fabricação de vidro e metalúrgicas facilitam a produção de folhas de vidro que são muito planas e uniformemente revestidas no verso, melhorando tremendamente a clareza da imagem. Ainda assim, a qualidade de um espelho depende do tempo e dos materiais gastos para fazê-lo. Um espelho de mão pode refletir uma imagem distorcida, enquanto um bom espelho de banheiro provavelmente não terá distorções perceptíveis. Os espelhos científicos são projetados com virtualmente nenhuma imperfeição ou distorção de qualquer qualidade.

A tecnologia de materiais afeta drasticamente a qualidade de um espelho. A luz reflete melhor em superfícies não difusivas, ou seja, lisas e opacas, em vez de transparentes. Qualquer falha neste arranjo prejudicará a eficácia do espelho. As inovações na fabricação de espelhos foram direcionadas ao nivelamento do vidro usado e à aplicação de revestimentos de metal de espessura uniforme, porque a luz que viaja através de diferentes espessuras de vidro sobre diferentes partes de um espelho resulta em uma imagem distorcida. É devido a essas irregularidades que alguns espelhos fazem você parecer mais magro e alguns mais gordo do que o normal. Se o suporte de metal de um espelho estiver arranhado ou fino em alguns pontos, o brilho do reflexo também será irregular. Se o revestimento for muito fino, pode ser possível ver através do espelho. É assim que os espelhos unilaterais são feitos. O revestimento não opaco é colocado sobre o fino suporte de metal e apenas um lado do espelho (o lado refletor) é aceso. Isso permite que um observador do outro lado, em uma sala escura, veja através.

Matérias-primas

O vidro, o principal componente dos espelhos, é um refletor pobre. Ele reflete apenas cerca de 4% da luz que o atinge. No entanto, possui a propriedade de uniformidade, principalmente quando polido. Isso significa que o vidro contém muito poucos pontos após o polimento e formará uma base eficaz para uma camada reflexiva de metal. Quando a camada de metal é depositada, a superfície é muito plana, sem saliências ou poços. O vidro também é considerado um bom material para espelhos porque pode ser moldado em vários formatos para espelhos especiais. As placas de vidro são feitas de sílica, que pode ser extraída ou refinada da areia. O vidro feito de cristais naturais de sílica é conhecido como quartzo fundido. Existem também vidros sintéticos, chamados de sílica fundida sintética. A sílica, ou quartzo, é derretida a altas temperaturas e derramada ou enrolada em folhas.

Alguns outros tipos de vidro são usados ​​para espelhos de grau científico de alta qualidade. Eles geralmente contêm algum outro componente químico para fortalecer o vidro ou torná-lo resistente a certos extremos ambientais. O pirex, por exemplo, é um vidro de borossilicato - um vidro composto de sílica e boro - usado quando os espelhos devem suportar altas temperaturas.

Em alguns casos, um substrato de plástico funciona tão bem quanto um de vidro. Em particular, os espelhos dos brinquedos das crianças costumam ser feitos dessa maneira, de modo que não se quebram com tanta facilidade. Os polímeros plásticos são fabricados a partir do petróleo e de outros produtos químicos orgânicos. Eles podem ser moldados por injeção em qualquer formato desejado, incluindo folhas planas e círculos, e podem ser opacos ou transparentes conforme o projeto exigir.

Esses materiais básicos devem ser revestidos para fazer um espelho. Os revestimentos metálicos são os mais comuns. Uma variedade de metais, como prata, ouro, e cromo, são apropriados para esta aplicação. A prata era o espelho mais popular há cem anos, levando à cunhagem do termo "prata". No entanto, os velhos espelhos com fundo de prata costumam ter linhas escuras atrás do vidro, porque o material foi revestido de maneira muito fina e irregular, fazendo com que descasque, arranhe ou manche. Mais recentemente, antes de 1940, os fabricantes de espelhos usavam mercúrio porque ele se espalhava uniformemente sobre a superfície do vidro e não manchava. Essa prática também foi eventualmente abandonada, pois colocava o problema de vedação no líquido tóxico. Hoje, o alumínio é o revestimento metálico mais comumente usado para espelhos.

Os espelhos de grau científico às vezes são revestidos com outros materiais, como óxidos de silício e nitretos de silício, em até centenas de camadas, cada uma com 10.000 de polegada de espessura. Esses tipos de revestimentos, chamados de revestimentos dielétricos, são usados ​​por si próprios como refletores e como acabamentos de proteção em revestimentos metálicos. Eles são mais resistentes a arranhões do que o metal. Os espelhos científicos também usam revestimentos de prata, e às vezes revestimentos de ouro também, para refletir a luz de uma determinada cor de luz mais ou menos bem.

Design

A regularidade da superfície é provavelmente a característica de design mais importante dos espelhos. Os espelhos para uso doméstico devem atender aproximadamente às mesmas especificações dos vidros das janelas e da moldura. As placas de vidro utilizadas devem ser razoavelmente planas e duráveis. O projetista precisa apenas especificar a espessura necessária; por exemplo, espelhos mais grossos são mais duráveis, mas também são mais pesados. Os espelhos científicos geralmente têm superfícies especialmente projetadas. Essas superfícies devem ser uniformemente lisas dentro de vários lOOOths de uma polegada e podem ser projetadas com uma curvatura específica, assim como lentes de óculos. O princípio de design desses espelhos é o mesmo dos óculos:um espelho pode ter como objetivo focar a luz e também refleti-la.

O design do espelho também especificará o tipo de revestimento a ser usado. O material de revestimento é escolhido com base na durabilidade e refletividade exigidas e, dependendo da finalidade do espelho, pode ser aplicado na superfície frontal ou posterior do espelho. Quaisquer camadas subsequentes de revestimentos de proteção também devem ser especificadas nesta fase. Para a maioria dos espelhos comuns, o revestimento reflexivo será aplicado na superfície posterior do vidro porque é menos provável que seja danificado lá. A parte de trás é então frequentemente montada em um A etapa inicial na fabricação do espelho envolve o corte e a modelagem das placas de vidro. O corte geralmente é feito com uma serra com pó de diamante embutido nas pontas. Em seguida, os blanks são colocados em máquinas de retificação óptica, que usam um líquido abrasivo mais uma placa de moagem para produzir um acabamento muito uniforme e liso nos blanks. O material reflexivo é então aplicado em um evaporador, que aquece o revestimento metálico até que ele se evapore na superfície dos blanks. estrutura de plástico ou metal de modo a vedar totalmente o revestimento do ar e de objetos pontiagudos.

Para uso científico, a cor ou comprimento de onda da luz que o espelho refletirá deve ser considerada. Para luz visível padrão ou espelhos de luz ultravioleta, revestimentos de alumínio são comuns. Se o espelho for usado com luz infravermelha, um revestimento prateado ou dourado é o melhor. Os revestimentos dielétricos também são bons na faixa do infravermelho. Em última análise, no entanto, a escolha do revestimento dependerá da durabilidade, bem como da faixa de comprimento de onda, e alguma refletividade pode ser sacrificada para resiliência. Um revestimento dielétrico, por exemplo, é muito mais resistente a arranhões do que um revestimento metálico e, apesar do custo adicional, esses revestimentos são frequentemente adicionados sobre o metal para protegê-lo. Revestimentos em espelhos de grau científico são geralmente aplicados na superfície frontal do vidro, porque a luz que viaja através do vidro sempre distorce um pouco. Isso é indesejável na maioria das aplicações científicas.

O processo de fabricação

Cortando e moldando o vidro

• 1 O primeiro passo na fabricação de qualquer espelho é cortar o contorno do vidro "em branco" para se adequar à aplicação. Se o espelho for para um automóvel, por exemplo, o vidro será cortado para caber no espelho do carro. Embora alguns fabricantes de espelhos cortem seu próprio vidro, outros recebem vidros que já foram cortados em blocos. Independentemente de quem corta o vidro, são utilizadas lâminas muito duras e de pontas finas para fazer o corte. Escribas ou serras de diamante - pontas de metal afiadas ou serras com pó de diamante embutido nelas - são freqüentemente usados ​​porque o diamante desgasta o vidro antes que o vidro o desgaste. O método de corte usado depende inteiramente da forma final que o espelho terá. Em um método, as lâminas ou escribas podem ser usadas para cortar parcialmente o vidro; a pressão pode então ser usada para quebrar o vidro ao longo da linha pontilhada. Em outro método, uma máquina usa uma serra de diamante para cortar todo o vidro, puxando a lâmina para frente e para trás ou para cima e para baixo várias vezes, como uma serra de fita automatizada. O corte geralmente é feito antes da aplicação do revestimento de metal, porque o revestimento pode descascar do vidro como resultado do corte. Uma alternativa para cortar o vidro para formar peças em bruto é moldar o vidro em seu estado fundido.
• 2 Os blanks são então colocados em retificadoras ópticas. Essas máquinas consistem em grandes placas de base cheias de depressões que seguram os espaços em branco. A base preenchida é colocada contra outra placa de metal com a forma de superfície desejada:plana, convexa ou côncava. Um composto de moagem - um líquido arenoso - é espalhado sobre as placas de vidro à medida que são esfregadas ou roladas contra a superfície curva. A ação é semelhante à moagem de especiarias com um almofariz e um pilão. A areia no composto desgasta gradualmente a superfície do vidro até que ela assuma a mesma forma da placa de moagem. Grãos cada vez mais finos são usados ​​até que a superfície fique bem lisa e uniforme.
  Também existem técnicas de retificação manual, mas são extremamente demoradas e difíceis de controlar. Eles são usados ​​apenas em casos onde o desbaste mecânico seria impossível, como é o caso de superfícies muito grandes ou de formato incomum. Um moedor óptico comercial pode acomodar de 50 a 200 blanks, que são todos polidos simultaneamente. Isso é muito mais eficiente do que o desbaste manual. Mesmo óticas especiais podem ser feitas mecanicamente em equipamentos ajustáveis.
  

Aplicação do material reflexivo

• 3 Quando as superfícies de vidro têm o formato adequado e são polidas com um acabamento liso, elas são revestidas com qualquer material reflexivo que o designer escolheu. Independentemente do material de revestimento, ele é aplicado em um aparelho denominado evaporador. O evaporador é uma grande câmara de vácuo com uma placa superior para apoiar os espelhos vazios e um cadinho inferior para derreter o metal de revestimento. É assim chamado porque o metal é aquecido no cadinho a ponto de evaporar no vácuo, depositando um revestimento na superfície do vidro, da mesma forma que o hálito quente vaporiza uma janela fria. Os espaços em branco são centralizados sobre orifícios na placa superior que permitem que o vapor de metal alcance a superfície do vidro. Os metais podem ser aquecidos a várias centenas ou milhares de graus (dependendo do ponto de ebulição do metal), antes de vaporizarem. A temperatura e o tempo para este procedimento são controlados com muita precisão para atingir a espessura correta do metal. Este método de revestimento cria superfícies muito uniformes e altamente reflexivas.
• 4 A forma dos orifícios na placa superior será transferida para o vidro em metal, como tinta através de um estêncil. Este efeito é freqüentemente usado para modelar intencionalmente o espelho. Estênceis de metal, ou máscaras, podem ser aplicados à superfície do vidro para criar um ou mais padrões.
• 5 Os revestimentos dielétricos - seja como camadas reflexivas ou como camadas protetoras sobre as de metal - são aplicados da mesma maneira, exceto que gases são usados ​​em vez de pedaços de metal. Óxidos de silício e nitretos de silício são normalmente usados ​​como revestimentos dielétricos. Quando esses gases se combinam em calor extremo, eles reagem para formar uma substância sólida. Este produto de reação forma um revestimento exatamente como o metal.
• 6 Várias etapas de evaporação podem ser combinadas para fazer um revestimento de múltiplas camadas. Materiais dielétricos transparentes podem ser evaporados em cima de metal ou outros dielétricos para alterar as propriedades reflexivas ou mecânicas de uma superfície. Espelhos com prateado na parte de trás do vidro, por exemplo, costumam ter uma camada dielétrica opaca aplicada para melhorar a refletividade e evitar que o metal arranhe. Os espelhos unidirecionais são a exceção a este procedimento, neste caso deve-se tomar muito cuidado para não danificar o fino revestimento metálico.
• 7 Finalmente, quando os revestimentos adequados forem aplicados, o espelho acabado é montado em uma base ou embalado cuidadosamente em uma embalagem resistente a choques para transporte.

Controle de qualidade

Quão bom deve ser um espelho? É suficiente ter 80% da luz refletida? Todos os 80 por cento têm que pular exatamente na mesma direção? A resposta depende do aplicativo. Um espelho em bolsa pode ser apenas 80 ou 90 por cento reflexivo e pode ter alguma ligeira irregularidade na espessura do vidro (como ondulações na superfície de um lago). A imagem ficaria ligeiramente distorcida neste caso, mas a distorção dificilmente seria visível a olho nu. Se, no entanto, um espelho for usado para uma aplicação científica, por exemplo, em um telescópio, a forma da superfície e a refletividade do revestimento devem ser conhecidas em um grau muito específico, para garantir que a luz refletida vá exatamente para onde o o projetista do telescópio deseja, e na intensidade certa. As tolerâncias no espelho afetarão o custo e a facilidade de fabricação.

A uniformidade do espelho em lote é o primeiro e o principal trabalho de garantia de qualidade. Os espelhos na borda de uma placa de moagem ou câmara do evaporador podem não ter a mesma superfície ou revestimento que aqueles no centro do aparelho. Se houver uma ampla gama de espessuras de metal ou planicidade de superfície em um único lote de espelhos, o processo deve ser ajustado para melhorar a uniformidade.

Vários métodos são empregados para testar a integridade de um espelho. A qualidade da superfície é examinada primeiro visualmente em busca de arranhões, irregularidades, depressões ou ondulações. Isso pode ser feito a olho nu, com um microscópio ou com um processo fotográfico infravermelho projetado para mostrar as diferenças na espessura do metal.

Para um controle de superfície mais rigoroso, um perfil do espelho pode ser medido passando uma caneta ao longo da superfície. A posição da caneta é gravada conforme ela é arrastada pelo espelho. Isso é semelhante ao funcionamento de um toca-discos. Como a vitrola, a desvantagem de uma caneta mecânica é que ela pode danificar a superfície que está detectando. Os fabricantes de espelhos encontraram a mesma solução que a indústria fonográfica:use um laser. O laser pode ser usado para testes não destrutivos da mesma forma que um reprodutor de CD lê a música de um disco sem alterar sua superfície.

Além desses testes mecânicos, os espelhos podem ser expostos a uma variedade de condições ambientais. Os espelhos de automóveis, por exemplo, são levados por extremos de frio e calor para Um espelho típico pode incluir uma camada reflexiva de metal e um ou mais revestimentos dielétricos - como camadas protetoras sobre o metal . Os revestimentos dielétricos são aplicados da mesma maneira que as camadas de metal, exceto que gases como óxidos de silício e nitretos de silício são usados ​​em vez de pedaços de metal. certifique-se de que eles resistirão às condições climáticas, enquanto os espelhos de banheiro são testados quanto à resistência à água.

O Futuro

À medida que as técnicas de fabricação de vidro melhoram, os espelhos encontram um lugar mais elaborado na arte e na arquitetura. Óculos mais fortes e leves são mais atraentes para os designers. Algumas técnicas de fabricação de espelhos unidirecionais permitem a fabricação de janelas espelhadas do lado de fora. Isso cria uma aparência distinta em um edifício e também torna o sistema de ar condicionado do edifício mais eficiente, ao desviar o calor durante o verão. Esse tipo de espelho agora é comumente visto em prédios de escritórios.

Os espelhos também continuarão a ser usados ​​em aplicações ópticas sofisticadas, de microscópios e telescópios a sistemas de leitura baseados em laser, como leitores de discos compactos e leitores de código de barras.