Ключевая роль диоксида кремния (SiO2) в электростекле.

Диоксид кремния (SiO2) играет абсолютно ключевую и фундаментальную роль вСтекло Eобразует основу для всех своих превосходных свойств. Проще говоря, кремнезем является «сетчатым каркасом» или «скелетом» стекловолокна E-класса. Его функции можно условно разделить на следующие области:

1. Формирование стеклосетчатой ​​структуры (основная функция)

Это самая фундаментальная функция кремнезема. Кремнезем сам по себе является стеклообразующим оксидом. Его тетраэдры SiO4 соединены друг с другом посредством мостиковых атомов кислорода, образуя непрерывную, прочную и случайную трехмерную сетевую структуру.

• Аналогия:Это похоже на стальной каркас строящегося дома. Кремнезем обеспечивает основную основу для всей стеклянной конструкции, в то время как другие компоненты (такие как оксид кальция, оксид алюминия, оксид бора и т. д.) являются материалами, которые заполняют или модифицируют этот каркас для регулирования характеристик.
• Без этого кремнеземного каркаса образование стабильного стеклообразного вещества невозможно.

2. Обеспечение превосходных электроизоляционных характеристик.

• Высокое электрическое сопротивление:Сама кремнеземная структура обладает чрезвычайно низкой подвижностью ионов, а химическая связь (Si-O) очень стабильна и прочна, что затрудняет ионизацию. Образующаяся ею непрерывная сетка значительно ограничивает движение электрических зарядов, что придает E-стеклу очень высокое объемное и поверхностное удельное сопротивление.
• Низкая диэлектрическая постоянная и низкие диэлектрические потери:Диэлектрические свойства E-стекла очень стабильны на высоких частотах и ​​высоких температурах. Это в основном обусловлено симметрией и стабильностью сетевой структуры SiO2, что приводит к низкой степени поляризации и минимальным потерям энергии (преобразованию в тепло) в высокочастотном электрическом поле. Это делает его идеальным материалом для использования в качестве армирующего материала в электронных платах (PCB) и высоковольтных изоляторах.

3. Обеспечение хорошей химической стабильности

Стекловолокно E-класса обладает превосходной устойчивостью к воде, кислотам (за исключением плавиковой и горячей фосфорной кислот) и химическим веществам.

• Инертная поверхность:Плотная сетка Si-O-Si обладает очень низкой химической активностью и не вступает в реакцию с водой или ионами H+. Поэтому она обладает очень хорошей устойчивостью к гидролизу и кислотостойкости. Это гарантирует, что композитные материалы, армированные стекловолокном E-класса, сохраняют свои характеристики в течение длительного времени, даже в агрессивных средах.

4. Вклад в высокую механическую прочность

Хотя окончательная силастекловолокноТакже на его свойства сильно влияют такие факторы, как поверхностные дефекты и микротрещины; его теоретическая прочность во многом обусловлена ​​прочными ковалентными связями Si-O и трехмерной сетевой структурой.

• Высокая энергия связи:Энергия связи Si-O очень высока, что делает сам стеклянный каркас чрезвычайно прочным, обеспечивая волокну высокую прочность на разрыв и модуль упругости.

5. Придание идеальных тепловых свойств

• Низкий коэффициент теплового расширения:Сама по себе кремнеземная пыль имеет очень низкий коэффициент теплового расширения. Поскольку она служит основным каркасом, стекловолокно E-glass также обладает относительно низким коэффициентом теплового расширения. Это означает, что оно обладает хорошей стабильностью размеров при изменении температуры и с меньшей вероятностью будет создавать чрезмерное напряжение из-за теплового расширения и сжатия.
• Высокая температура размягчения:Температура плавления диоксида кремния чрезвычайно высока (приблизительно 1723 °C). Хотя добавление других флюсующих оксидов снижает конечную температуру плавления E-стекла, его ядро ​​из SiO2 по-прежнему обеспечивает стеклу достаточно высокую температуру размягчения и термическую стабильность, чтобы соответствовать требованиям большинства применений.

В типичномСтекло EВ составе обычно содержится 52–56% (по весу) диоксида кремния, что делает его крупнейшим оксидным компонентом. Он определяет основные свойства стекла.

Разделение труда между оксидами в электростекле:

• SiO2(Кремнезем): Основной скелетОбеспечивает структурную стабильность, электроизоляцию, химическую стойкость и прочность.
• Al2O3(Оглинозем): Вспомогательный сетевой формирователь и стабилизатор; повышает химическую стабильность, механическую прочность и снижает склонность к девитрификации.
• B2O3(Оксид бора): Модификатор потока и свойствЗначительно снижает температуру плавления (экономия энергии), одновременно улучшая тепловые и электрические свойства.
• CaO/MgO(Оксид кальция/Оксид магния): Поток и стабилизаторСпособствует плавлению, регулирует химическую стойкость и свойства девитрификации.