SiO₂ vaidmuo stiklo pluošte
Silicis (SiO₂) atlieka absoliučiai pagrindinį ir esminį vaidmenįE stiklas, tarnaujantis kaip kertinis visų jo pranašumų akmuo. Paprasčiau tariant, silicio dioksidas yra E stiklo „skeletą formuojantis elementas“. Jo funkcijas galima konkrečiai suskirstyti į šiuos aspektus:
1. Stiklo tinklo struktūros formavimas (pagrindinis vaidmuo)
Tai yra pagrindinė silicio dioksido funkcija. Pats silicio dioksidas yra stiklą formuojantis oksidas; jo SiO₄ tetraedrai yra tarpusavyje sujungti deguonies atomais, sudarydami ištisinę, stabilią ir netaisyklingą trijų matmenų tinklo struktūrą.
· Ryški analogija: tai tarsi plieninis namo karkasas. Silicio dioksidas sudaro pagrindinį visos stiklo struktūros karkasą, o kiti komponentai (pvz., kalcio oksidas, aliuminio oksidas, boro oksidas ir kt.) yra medžiagos, kurios užpildo arba modifikuoja šį karkasą, kad pakoreguotų savybes.
· Be silicio dioksido karkaso negali susidaryti stabili stiklinė medžiaga.
2. Puikių elektros izoliacijos savybių užtikrinimas
· Didelė varža: pats silicio dioksidas turi itin mažą jonų mobilumą, o jo cheminiai ryšiai (Si-O ryšiai) yra labai stabilūs ir stiprūs, todėl jį sunku jonizuoti. Jo nenutrūkstamas tinklas labai riboja įkrovimo judėjimą, todėl E-stiklas pasižymi itin didele tūrio ir paviršiaus varža.
* Maža dielektrinė konstanta ir maži dielektriniai nuostoliai: E{0}}stiklas pasižymi labai stabiliomis dielektrinėmis savybėmis esant dideliam dažniui ir aukštai temperatūrai. Taip yra daugiausia dėl SiO₂ tinklo struktūros simetrijos ir stabilumo, dėl kurios maža poliarizacija ir minimalūs energijos nuostoliai (paverčiami šiluma) esant aukšto -dažnio elektriniams laukams. Dėl to jis idealiai tinka naudoti kaip sutvirtinanti medžiaga elektroninėse grandinių plokštėse (PCB) ir aukštos įtampos izoliatoriuose.
3. Garantuojamas geras cheminis stabilumas
E{0}}stiklas pasižymi puikiu atsparumu vandeniui, rūgštims (išskyrus vandenilio fluorido rūgštį ir karštą fosforo rūgštį) ir cheminėms medžiagoms.
* Inertiškas paviršius: tankus Si{0}}O-Si tinklas turi labai mažą cheminį reaktyvumą ir nelengvai reaguoja su vandeniu ar H⁺ jonais, todėl užtikrina puikų atsparumą hidrolizei ir rūgštims. Taip užtikrinama, kad kompozitai, sustiprinti E-stiklo pluoštu, ilgą laiką išlaikytų savo veikimą atšiaurioje aplinkoje.
4. Didelis mechaninis stiprumas
Nors galutiniam stiklo pluošto stiprumui didelę įtaką daro paviršiaus defektai ir mikroįtrūkimai, jo teorinį stiprumą daugiausia lemia tvirti Si{0}}O kovalentiniai ryšiai ir trimačio tinklo struktūra.
• Didelė sukibimo energija: dėl didelės Si{0}}O jungčių jungties energijos pats stiklo karkasas yra labai stiprus, todėl pluoštai turi didelį tempimo stiprumą ir elastingumo modulį.
5. Idealios šiluminės savybės
• Žemas šiluminio plėtimosi koeficientas: pats silicio dioksidas turi labai mažą šiluminio plėtimosi koeficientą. E-stiklas, kurio pagrindinis karkasas yra silicio dioksidas, taip pat turi palyginti mažą šiluminio plėtimosi koeficientą, o tai reiškia, kad jis turi gerą matmenų stabilumą esant temperatūros pokyčiams ir yra mažiau linkęs į per didelį įtempimą dėl šiluminio plėtimosi ir susitraukimo.
• Aukšta minkštėjimo temperatūra: silicio dioksidas turi labai aukštą lydymosi temperatūrą (apie 1723 laipsnius). Nors pridėjus kitų tekančių oksidų, galutinė E-stiklo lydymosi temperatūra sumažėja, jo SiO₂ matrica vis tiek užtikrina, kad stiklo minkštėjimo temperatūra ir šiluminis stabilumas būtų pakankamai aukštas, kad atitiktų daugumą naudojimo reikalavimų.
Įprastose E-stiklo kompozicijose silicio dioksidas (silicio dioksidas) paprastai sudaro 52–56 % (pagal masę), todėl jis yra gausiausias atskiras oksidas. Jis apibrėžia pagrindines stiklo savybes.
Įvairių oksidų vaidmenį E{0}}stikluose galima suprasti taip:
· SiO₂ (silicio dioksidas): pagrindinis karkasas, užtikrinantis konstrukcijos stabilumą, elektros izoliaciją, cheminį patvarumą ir stiprumą.
· Al₂O3 (aliuminio oksidas): pagalbinis karkasas ir stabilizatorius, gerinantis cheminį stabilumą, mechaninį stiprumą ir mažinantis polinkį kristalizuotis.
· B₂O₃ (boro oksidas): srauto ir veikimo modifikatorius, žymiai sumažinantis lydymosi temperatūrą (taupantis energijos), kartu pagerinantis šilumines ir elektrines savybes.
· CaO/MgO (kalcio oksidas/magnio oksidas): srautas ir stabilizatorius, padedantis lydyti ir reguliuoti cheminį patvarumą bei kristalizacijos savybes.
