Rolul principal al silicei (SiO2) în sticla electronică

Silicea (SiO2) joacă un rol absolut esențial și fundamental înSticlă electronică, formând roca de bază pentru toate proprietățile sale excelente. Simplu spus, silicea este „formatorul de rețea” sau „scheletul” sticlei E. Funcția sa poate fi clasificată în mod specific în următoarele domenii:

1. Formarea structurii rețelei de sticlă (funcția principală)

Aceasta este funcția fundamentală a silicei. Silicea este ea însăși un oxid care formează sticlă. Tetraedrele sale de SiO4 sunt conectate între ele prin intermediul unor atomi de oxigen, formând o structură de rețea tridimensională continuă, robustă și aleatorie.

• Analogie:Este similar cu scheletul de oțel al unei case în construcție. Silicea asigură cadrul principal pentru întreaga structură de sticlă, în timp ce alte componente (cum ar fi oxidul de calciu, oxidul de aluminiu, oxidul de bor etc.) sunt materialele care completează sau modifică acest schelet pentru a ajusta performanța.
• Fără acest schelet de silice, nu se poate forma o substanță stabilă în stare vitroasă.

2. Asigurarea unor performanțe excelente de izolație electrică

• Rezistență electrică ridicată:Silicea în sine are o mobilitate ionică extrem de scăzută, iar legătura chimică (legătura Si-O) este foarte stabilă și puternică, ceea ce face dificilă ionizarea. Rețeaua continuă pe care o formează restricționează foarte mult mișcarea sarcinilor electrice, conferind sticlei E o rezistivitate volumică și o rezistivitate superficială foarte mari.
• Constantă dielectrică scăzută și pierderi dielectrice scăzute:Proprietățile dielectrice ale sticlei electronice (E-glass) sunt foarte stabile la frecvențe înalte și temperaturi ridicate. Acest lucru se datorează în principal simetriei și stabilității structurii rețelei de SiO2, ceea ce duce la un grad scăzut de polarizare și o pierdere minimă de energie (conversie în căldură) într-un câmp electric de înaltă frecvență. Acest lucru o face ideală pentru utilizare ca material de armare în plăcile de circuite electronice (PCB) și izolatorii de înaltă tensiune.

3. Asigurarea unei bune stabilități chimice

Sticla E prezintă o rezistență excelentă la apă, acizi (cu excepția acidului fluorhidric și a acidului fosforic fierbinte) și substanțe chimice.

• Suprafață inertă:Rețeaua densă Si-O-Si are o activitate chimică foarte scăzută și nu reacționează ușor cu apa sau ionii de H+. Prin urmare, rezistența sa la hidroliză și rezistența la acid sunt foarte bune. Acest lucru asigură că materialele compozite armate cu fibră de sticlă E își mențin performanța pe termen lung, chiar și în medii dure.

4. Contribuția la o rezistență mecanică ridicată

Deși puterea finală afibre de sticlăeste, de asemenea, influențată în mare măsură de factori precum defectele de suprafață și micro-fisurile, iar rezistența lor teoretică provine în mare măsură din legăturile covalente puternice Si-O și din structura rețelei tridimensionale.

• Energie de legătură ridicată:Energia de legătură a legăturii Si-O este foarte mare, ceea ce face ca scheletul de sticlă în sine să fie extrem de robust, oferind fibrei o rezistență la tracțiune și un modul de elasticitate ridicate.

5. Conferirea de proprietăți termice ideale

• Coeficient de dilatare termică scăzut:Silicea în sine are un coeficient de dilatare termică foarte scăzut. Deoarece servește drept schelet principal, sticla E are, de asemenea, un coeficient de dilatare termică relativ scăzut. Aceasta înseamnă că are o bună stabilitate dimensională în timpul schimbărilor de temperatură și este mai puțin probabil să genereze solicitări excesive din cauza dilatării și contracției termice.
• Punct de înmuiere ridicat:Punctul de topire al silicei este extrem de ridicat (aproximativ 1723°C). Deși adăugarea altor oxizi de flux scade temperatura finală de topire a sticlei E, miezul său de SiO2 asigură în continuare un punct de înmuiere și o stabilitate termică suficient de ridicate pentru a îndeplini cerințele majorității aplicațiilor.

Într-un mod tipicSticlă electronicăÎn ceea ce privește compoziția, conținutul de silice este de obicei de 52%−56% (în greutate), ceea ce o face cea mai mare componentă de oxid. Aceasta definește proprietățile fundamentale ale sticlei.

Diviziunea muncii între oxizi în sticla electronică:

• SiO2(Silice): Scheletul principal; oferă stabilitate structurală, izolație electrică, durabilitate chimică și rezistență.
• Al₂O₃(Alumină): Formator și stabilizator de rețea auxiliarăcrește stabilitatea chimică, rezistența mecanică și reduce tendința de devitrificare.
• B2O3(Oxid de bor): Modificator de flux și proprietăți; reduce semnificativ temperatura de topire (economie de energie) îmbunătățind în același timp proprietățile termice și electrice.
• CaO/MgO(Oxid de calciu/Oxid de magneziu): Flux și stabilizator; ajută la topire și ajustează durabilitatea chimică și proprietățile de devitrificare.