Silīcija dioksīda (SiO2) galvenā loma E-stiklā

Silīcija dioksīdam (SiO2) ir absolūti izšķiroša un fundamentāla lomaE-stikls, veidojot pamatu visām tā izcilajām īpašībām. Vienkārši sakot, silīcija dioksīds ir E-stikla "tīkla veidotājs" jeb "skelets". Tā funkcijas var iedalīt šādās jomās:

1. Stikla tīkla struktūras veidošanās (pamatfunkcija)

Šī ir silīcija dioksīda vissvarīgākā funkcija. Silīcija dioksīds pats par sevi ir stiklveida oksīds. Tā SiO4 tetraedri ir savienoti viens ar otru, izmantojot savienojošus skābekļa atomus, veidojot nepārtrauktu, robustu un nejaušu trīsdimensiju tīkla struktūru.

• Analoģija:Tas ir līdzīgi kā būvniecības stadijā esošas mājas tērauda skelets. Silīcija dioksīds nodrošina galveno karkasu visai stikla konstrukcijai, savukārt citas sastāvdaļas (piemēram, kalcija oksīds, alumīnija oksīds, bora oksīds utt.) ir materiāli, kas aizpilda vai modificē šo skeletu, lai pielāgotu veiktspēju.
• Bez šī silīcija skeleta nevar veidoties stabila stiklveida viela.

2. Izcilas elektriskās izolācijas veiktspējas nodrošināšana

• Augsta elektriskā pretestība:Silīcija dioksīdam pašam ir ārkārtīgi zema jonu mobilitāte, un ķīmiskā saite (Si-O saite) ir ļoti stabila un spēcīga, tāpēc to ir grūti jonizēt. Nepārtrauktais tīkls, ko tas veido, ievērojami ierobežo elektrisko lādiņu kustību, piešķirot E-stiklam ļoti augstu tilpuma pretestību un virsmas pretestību.
• Zema dielektriskā konstante un zemi dielektriskie zudumi:E-stikla dielektriskās īpašības ir ļoti stabilas augstās frekvencēs un augstās temperatūrās. Tas galvenokārt ir saistīts ar SiO2 tīkla struktūras simetriju un stabilitāti, kas nodrošina zemu polarizācijas pakāpi un minimālus enerģijas zudumus (pārvēršanu siltumā) augstfrekvences elektriskajā laukā. Tas padara to ideāli piemērotu izmantošanai kā pastiprinošu materiālu elektroniskajās shēmu platēs (PCB) un augstsprieguma izolatoros.

3. Labas ķīmiskās stabilitātes nodrošināšana

E-stiklam ir lieliska izturība pret ūdeni, skābēm (izņemot fluorūdeņražskābi un karstu fosforskābi) un ķīmiskām vielām.

• Inerta virsma:Blīvajam Si-O-Si tīklam ir ļoti zema ķīmiskā aktivitāte, un tas viegli nereaģē ar ūdeni vai H+ joniem. Tāpēc tā izturība pret hidrolīzi un skābēm ir ļoti laba. Tas nodrošina, ka ar E-stikla šķiedru pastiprināti kompozītmateriāli saglabā savu veiktspēju ilgtermiņā pat skarbos apstākļos.

4. Ieguldījums augstā mehāniskajā stiprībā

Lai gan galīgais stiprumsstikla šķiedrasto lielā mērā ietekmē arī tādi faktori kā virsmas defekti un mikroplaisas, to teorētiskais stiprums lielā mērā izriet no spēcīgajām Si-O kovalentajām saitēm un trīsdimensiju tīkla struktūras.

• Augsta saites enerģija:Si-O saites enerģija ir ļoti augsta, kas padara pašu stikla skeletu ārkārtīgi izturīgu, nodrošinot šķiedrai augstu stiepes izturību un elastības moduli.

5. Ideālu termisko īpašību nodrošināšana

• Zems termiskās izplešanās koeficients:Pašam silīcija dioksīdam ir ļoti zems termiskās izplešanās koeficients. Tā kā tas kalpo kā galvenais skelets, arī E-stiklam ir relatīvi zems termiskās izplešanās koeficients. Tas nozīmē, ka tam ir laba izmēru stabilitāte temperatūras izmaiņu laikā un tas, visticamāk, neradīs pārmērīgu spriegumu termiskās izplešanās un saraušanās dēļ.
• Augsta mīkstināšanas temperatūra:Silīcija kušanas temperatūra ir ārkārtīgi augsta (aptuveni 1723 °C). Lai gan citu kušanas oksīdu pievienošana pazemina E-stikla galīgo kušanas temperatūru, tā SiO2 kodols joprojām nodrošina, ka stiklam ir pietiekami augsta mīkstināšanas temperatūra un termiskā stabilitāte, lai atbilstu lielākās daļas pielietojumu prasībām.

Tipiskā veidāE-stiklsSastāvā silīcija saturs parasti ir 52–56 % (pēc svara), padarot to par lielāko oksīda komponentu. Tas nosaka stikla pamatīpašības.

Darba dalīšana starp oksīdiem E-stiklā:

• SiO2(Silīcija dioksīds): Galvenais skeletsNodrošina strukturālu stabilitāti, elektrisko izolāciju, ķīmisko izturību un stiprību.
• Al₂O₃(Alumīnija oksīds): Palīgtīkla veidotājs un stabilizatorspalielina ķīmisko stabilitāti, mehānisko izturību un samazina devitrifikācijas tendenci.
• B2O3(Bora oksīds): Plūsmas un īpašību modifikatorsievērojami pazemina kušanas temperatūru (enerģijas taupīšana), vienlaikus uzlabojot termiskās un elektriskās īpašības.
• CaO/MgO(Kalcija oksīds/Magnija oksīds): Plūsma un stabilizators; palīdz kušanas procesā un pielāgo ķīmisko izturību un devitrifikācijas īpašības.