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22 de septiembre de 2017

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Abrirnos al Universo con un entramado de espejos...

25/10/2002

36 espejos hexagonales, que recuerdan a los panales de miel de las abejas, hacen de este telescopio un reto de coincidencias matemáticas buscadas y encajadas a la perfección. Pero, ¿qué material se utiliza para construir estos espejos tan especiales?

En nuestro caso, no sirve cualquiera. El descubrimiento del Zerodur en los años 70 por parte de la empresa alemana SCHOTT, dio a la ciencia un material cuyas características más interesantes son su ligereza y su bajísimo coeficiente de expansión térmica: los cambios de temperatura no harán que se dilate ni que se contraiga.

Esta necesidad de obtener materiales con un coeficiente de expansión térmico cada vez más bajo ha servido para crear líneas de investigación y desarrollar tecnologías que pueden aplicarse después en beneficio de la sociedad en general, mejorando la calidad de vida de las personas.

Instrumentación láser para el cohete ARIANNE, elementos ópticos para el satélite meteorológico METEOSAT, espejos para grandes telescopios como el Very Large Telescope (VLT), del European Southern Observatory (ESO), o los segmentos del propio GTC, son sólo algunos ejemplos de las aplicaciones del Zerodur.

El secreto está en la temperatura

Las características de Zerodur no pasaron inadvertidas a los responsables técnicos del GTC. Aunque parte del procedimiento es guardado celosamente por SCHOTT, el secreto de este material estriba en el peculiar proceso térmico al que se somete para pasar de ser un simple vidrio a ser un material vitrocerámico.

¿Por qué se eligió el ZERODUR? Se trata de un tipo de vitrocerámica, como la que se utiliza en las cocinas, cuya característica principal es su bajo coeficiente de expansión térmica. Esto implica que la dilatación y contracción de los espejos por los cambios de temperatura serán prácticamente nulas y, por lo tanto, la deformación del espejo será casi inapreciable.

Tres pasos se dan en su fabricación. En el primero, de fundición (casting en inglés), funden a 1.600º C los componentes del material, compuesto de una base de óxido de silicio como cualquier otro vidrio. El material resultante se vierte en moldes y se deja enfriar rápidamente.

En segundo lugar, se somete a un proceso de ceramización. El material sufre una transformación interna, consistente en la aparición de diminutos cristales, que le confiere su particular característica de expansión térmica nula. Para conseguirlo, SCHOTT ha diseñado un delicado proceso térmico. El material se introduce en un horno y se le somete a un ciclo térmico muy controlado durante un periodo que dura de tres a cuatro meses en el caso de los substratos para el GTC, pero que puede durar hasta un año para piezas mayores, como fueron los espejos de 8 metros de diámetro del telescopio VLT. Esta larga duración del proceso térmico es imprescindible para garantizar la gran homogeneidad obtenida por SCHOTT.

Por último, para rebajar las tensiones internas del material, el Zerodur se somete a un calentamiento a temperaturas inferiores a la ceramización. Es lo que se denomina "revenido" (annealing en inglés). Una vez enfriado, se cortan los segmentos con las medidas especificadas y estos, ya con todas sus propiedades, quedan listos para su pulido.

¿Quieres conocer más sobre la empresa que fabrica los segmentos?
Visita la página de SCHOTT

Texto:
José Manuel Abad Liñán
Natalia R. Zelman

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