Основната улога на силициумот (SiO2) во е-стаклото

Силиката (SiO2) игра апсолутно клучна и фундаментална улога воЕ-стакло, формирајќи ја основата за сите негови одлични својства. Едноставно кажано, силициумот е „мрежниот образец“ или „скелет“ на е-стаклото. Неговата функција може конкретно да се категоризира во следниве области:

1. Формирање на структурата на стаклената мрежа (основна функција)

Ова е најфундаменталната функција на силициумот. Силициумот е самиот оксид што формира стакло. Неговите тетраедри на SiO4 се поврзани едни со други преку премостувачки атоми на кислород, формирајќи континуирана, робусна и случајна тридимензионална мрежна структура.

• Аналогија:Ова е како челичен скелет на куќа во изградба. Силикатот ја обезбедува главната рамка за целата стаклена структура, додека другите компоненти (како што се калциум оксид, алуминиум оксид, бор оксид итн.) се материјалите што го пополнуваат или модифицираат овој скелет за да ги прилагодат перформансите.
• Без овој силициумски скелет, не може да се формира супстанција во стабилна стаклена состојба.

2. Обезбедување одлични перформанси на електрична изолација

• Висок електричен отпор:Самиот силициум диоксид има екстремно ниска подвижност на јони, а хемиската врска (Si-O врска) е многу стабилна и силна, што го отежнува јонизирањето. Континуираната мрежа што ја формира значително го ограничува движењето на електричните полнежи, давајќи му на E-стаклото многу висока волуменска отпорност и површинска отпорност.
• Ниска диелектрична константа и низок диелектричен губиток:Диелектричните својства на е-стаклото се многу стабилни на високи фреквенции и високи температури. Ова главно се должи на симетријата и стабилноста на структурата на мрежата од SiO2, што резултира со низок степен на поларизација и минимална загуба на енергија (конверзија во топлина) во високофреквентно електрично поле. Ова го прави идеално за употреба како материјал за зајакнување во електронски кола (PCB) и високонапонски изолатори.

3. Обезбедување добра хемиска стабилност

Е-стаклото покажува одлична отпорност на вода, киселини (освен флуороводородна и топла фосфорна киселина) и хемикалии.

• Инертна површина:Густата Si-O-Si мрежа има многу ниска хемиска активност и не реагира лесно со вода или H+ јони. Затоа, нејзината отпорност на хидролиза и отпорност на киселина е многу добра. Ова осигурува дека композитните материјали зајакнати со E-стаклени влакна ги одржуваат своите перформанси на долг рок, дури и во сурови средини.

4. Придонес кон висока механичка цврстина

Иако конечната јачина настаклени влакнае исто така во голема мера под влијание на фактори како што се површинските дефекти и микропукнатините, нивната теоретска јачина во голема мера произлегува од силните Si-O ковалентни врски и тридимензионалната мрежна структура.

• Висока енергија на врската:Енергијата на врската на Si-O врската е многу висока, што го прави самиот стаклен скелет исклучително робустен, обезбедувајќи му на влакното висока затегнувачка цврстина и модул на еластичност.

5. Пренесување идеални термички својства

• Низок коефициент на термичка експанзија:Самиот силициум диоксид има многу низок коефициент на термичка експанзија. Бидејќи служи како главен скелет, е-стаклото има и релативно низок коефициент на термичка експанзија. Ова значи дека има добра димензионална стабилност при промени на температурата и е помала веројатноста да генерира прекумерен стрес поради термичка експанзија и контракција.
• Висока точка на омекнување:Точката на топење на силициумот е екстремно висока (приближно 1723∘C). Иако додавањето на други флуксирачки оксиди ја намалува конечната температура на топење на Е-стаклото, неговото SiO2 јадро сè уште обезбедува стаклото да има доволно висока точка на омекнување и термичка стабилност за да ги задоволи барањата на повеќето апликации.

Во типиченЕ-стаклосостав, содржината на силициум диоксид е обично 52%-56% (по тежина), што го прави најголемата оксидна компонента. Таа ги дефинира основните својства на стаклото.

Поделба на трудот меѓу оксидите во е-стаклото:

• SiO2(Силициум диоксид): Главен скелет; обезбедува структурна стабилност, електрична изолација, хемиска издржливост и цврстина.
• Al2O3(Алумина): Помошен мрежен појачувач и стабилизатор; ја зголемува хемиската стабилност, механичката цврстина и ја намалува тенденцијата за девитрификација.
• Б2О3(Бор оксид): Флукс и модификатор на својствазначително ја намалува температурата на топење (заштеда на енергија), а воедно ги подобрува термичките и електричните својства.
• CaO/MgO(Калциум оксид/Магнезиум оксид): Флукс и стабилизатор; помага во топењето и ја прилагодува хемиската издржливост и својствата на девитрификација.