Основната роля на силициевия диоксид (SiO2​) в електронното стъкло

Силициевият диоксид (SiO2) играе абсолютно ключова и фундаментална роля вЕ-стъкло, образувайки основата за всичките му отлични свойства. Казано по-просто, силициевият диоксид е „мрежообразувателят“ или „скелетът“ на E-стъклото. Неговата функция може да бъде категоризирана конкретно в следните области:

1. Формиране на структурата на Glass Network (основна функция)

Това е най-фундаменталната функция на силициевия диоксид. Самият силициев диоксид е стъклообразуващ оксид. Неговите SiO4​ тетраедри са свързани помежду си чрез мостове между кислородни атоми, образувайки непрекъсната, здрава и произволна триизмерна мрежова структура.

• Аналогия:Това е като стоманения скелет на строяща се къща. Силициевият диоксид осигурява основната рамка за цялата стъклена конструкция, докато други компоненти (като калциев оксид, алуминиев оксид, боров оксид и др.) са материалите, които запълват или модифицират този скелет, за да регулират производителността.
• Без този силициев скелет не може да се образува стабилно стъкловидно вещество.

2. Осигуряване на отлични електрически изолационни характеристики

• Високо електрическо съпротивление:Самият силициев диоксид има изключително ниска йонна мобилност, а химическата връзка (Si-O връзка) е много стабилна и силна, което затруднява йонизацията му. Непрекъснатата мрежа, която образува, значително ограничава движението на електрически заряди, което придава на E-стъклото много високо обемно и повърхностно съпротивление.
• Ниска диелектрична константа и ниски диелектрични загуби:Диелектричните свойства на E-стъклото са много стабилни при високи честоти и високи температури. Това се дължи главно на симетрията и стабилността на мрежовата структура на SiO2, което води до ниска степен на поляризация и минимални загуби на енергия (преобразуване в топлина) във високочестотно електрическо поле. Това го прави идеален за употреба като подсилващ материал в електронни платки (PCB) и изолатори за високо напрежение.

3. Осигуряване на добра химическа стабилност

Е-стъклото показва отлична устойчивост на вода, киселини (с изключение на флуороводородна и гореща фосфорна киселина) и химикали.

• Инертна повърхност:Плътната Si-O-Si мрежа има много ниска химическа активност и не реагира лесно с вода или H+ йони. Следователно, нейната устойчивост на хидролиза и киселинност са много добри. Това гарантира, че композитните материали, подсилени с E-стъклени влакна, запазват своите характеристики в дългосрочен план, дори в тежки условия.

4. Принос към висока механична якост

Въпреки че крайната сила настъклени влакнасъщо е силно повлияна от фактори като повърхностни дефекти и микропукнатини, тяхната теоретична здравина до голяма степен произтича от силните Si-O ковалентни връзки и триизмерната мрежова структура.

• Висока енергия на връзката:Енергията на връзката Si-O е много висока, което прави самия стъклен скелет изключително здрав, осигурявайки на влакното висока якост на опън и модул на еластичност.

5. Придаване на идеални термични свойства

• Нисък коефициент на термично разширение:Самият силициев диоксид има много нисък коефициент на термично разширение. Тъй като служи като основен скелет, E-стъклото също има относително нисък коефициент на термично разширение. Това означава, че има добра размерна стабилност по време на температурни промени и е по-малко вероятно да генерира прекомерно напрежение поради термично разширение и свиване.
• Висока точка на омекване:Точката на топене на силициевия диоксид е изключително висока (приблизително 1723°C). Въпреки че добавянето на други флюсиращи оксиди понижава крайната температура на топене на E-стъклото, неговото ядро ​​от SiO2 все още гарантира, че стъклото има достатъчно висока точка на омекване и термична стабилност, за да отговори на изискванията на повечето приложения.

В типиченЕ-стъклоВ състава силициевият диоксид обикновено съдържа 52%−56% (тегловни), което го прави най-големият оксиден компонент. Той определя основните свойства на стъклото.

Разделение на труда между оксидите в електролитно стъкло:

• SiO2​(Силициев диоксид): Основен скелетосигурява структурна стабилност, електрическа изолация, химическа устойчивост и здравина.
• Al2O3(Алуминиев оксид): Спомагателен мрежов формиращ и стабилизатор; повишава химическата стабилност, механичната якост и намалява склонността към девистрификация.
• B2O3(Борен оксид): Модификатор на поток и свойствазначително понижава температурата на топене (енергоспестяване), като същевременно подобрява термичните и електрическите свойства.
• CaO/MgO(Калциев оксид/Магнезиев оксид): Флюс и стабилизатор; подпомага топенето и регулира химическата издръжливост и свойствата на девистрификация.