Hlavní role oxidu křemičitého (SiO2​) v elektroskle

Oxid křemičitý (SiO2​) hraje naprosto klíčovou a zásadní roli vE-sklo, tvořící základ pro všechny jeho vynikající vlastnosti. Jednoduše řečeno, oxid křemičitý je „síťotvorným prvkem“ nebo „kostrou“ e-skla. Jeho funkci lze konkrétně rozdělit do následujících oblastí:

1. Vznik struktury skleněné sítě (základní funkce)

Toto je nejzákladnější funkce oxidu křemičitého. Oxid křemičitý je sám o sobě sklovitý oxid. Jeho tetraedry SiO4 jsou vzájemně propojeny můstky mezi atomy kyslíku a tvoří tak spojitou, robustní a náhodnou trojrozměrnou síťovou strukturu.

• Analogie:Je to jako ocelová kostra rozestavěného domu. Oxid křemičitý tvoří hlavní kostru pro celou skleněnou konstrukci, zatímco další složky (jako je oxid vápenatý, oxid hlinitý, oxid boru atd.) jsou materiály, které tuto kostru vyplňují nebo upravují za účelem úpravy výkonu.
• Bez této křemičité kostry nemůže vzniknout stabilní sklovitá látka.

2. Zajištění vynikajících elektrických izolačních vlastností

• Vysoký elektrický odpor:Samotný oxid křemičitý má extrémně nízkou pohyblivost iontů a chemická vazba (vazba Si-O) je velmi stabilní a silná, což ztěžuje jeho ionizaci. Souvislá síť, kterou vytváří, značně omezuje pohyb elektrických nábojů, což dává E-sklu velmi vysoký objemový a povrchový odpor.
• Nízká dielektrická konstanta a nízká dielektrická ztráta:Dielektrické vlastnosti E-skla jsou velmi stabilní při vysokých frekvencích a vysokých teplotách. To je dáno především symetrií a stabilitou síťové struktury SiO2, což má za následek nízký stupeň polarizace a minimální ztráty energie (přeměnu na teplo) ve vysokofrekvenčním elektrickém poli. Díky tomu je ideální pro použití jako výztužný materiál v elektronických deskách plošných spojů (PCB) a vysokonapěťových izolátorech.

3. Zajištění dobré chemické stability

E-sklo vykazuje vynikající odolnost vůči vodě, kyselinám (s výjimkou kyseliny fluorovodíkové a horké kyseliny fosforečné) a chemikáliím.

• Inertní povrch:Hustá síť Si-O-Si má velmi nízkou chemickou aktivitu a nereaguje snadno s vodou nebo ionty H+. Proto je její odolnost vůči hydrolýze a kyselinám velmi dobrá. To zajišťuje, že kompozitní materiály vyztužené vlákny E-skla si dlouhodobě zachovávají svůj výkon, a to i v náročných podmínkách.

4. Příspěvek k vysoké mechanické pevnosti

Ačkoli konečná sílaskleněná vláknaje také do značné míry ovlivněna faktory, jako jsou povrchové vady a mikrotrhliny, jejich teoretická pevnost pramení z velké části ze silných kovalentních vazeb Si-O a trojrozměrné síťové struktury.

• Vysoká energie vazby:Energie vazby Si-O je velmi vysoká, což činí samotnou skleněnou kostru extrémně robustní a poskytuje vláknu vysokou pevnost v tahu a modul pružnosti.

5. Zajištění ideálních tepelných vlastností

• Nízký koeficient tepelné roztažnosti:Samotný oxid křemičitý má velmi nízký koeficient tepelné roztažnosti. Protože slouží jako hlavní kostra, má E-sklo také relativně nízký koeficient tepelné roztažnosti. To znamená, že má dobrou rozměrovou stabilitu během teplotních změn a je méně pravděpodobné, že bude v důsledku tepelné roztažnosti a smršťování vytvářet nadměrné napětí.
• Vysoký bod měknutí:Teplota tání oxidu křemičitého je extrémně vysoká (přibližně 1723 °C). Přestože přidání dalších tavicích oxidů snižuje konečnou teplotu tání E-skla, jeho jádro SiO2 stále zajišťuje, že sklo má dostatečně vysoký bod měknutí a tepelnou stabilitu, aby splňovalo požadavky většiny aplikací.

V typickémE-skloVe složení je obsah oxidu křemičitého obvykle 52–56 % (hmotnostních), což z něj činí největší oxidovou složku. Definuje základní vlastnosti skla.

Dělba práce mezi oxidy v elektroskle:

• SiO2(Oxid křemičitý): Hlavní kostrazajišťuje strukturální stabilitu, elektrickou izolaci, chemickou odolnost a pevnost.
• Al₂O₃(Oxid hlinitý): Pomocný tvarovač a stabilizátor sítězvyšuje chemickou stabilitu, mechanickou pevnost a snižuje tendenci k odskelnění.
• B2O3(Oxid boru): Modifikátor toku a vlastnostívýrazně snižuje teplotu tání (úspora energie) a zároveň zlepšuje tepelné a elektrické vlastnosti.
• CaO/MgO(Oxid vápenatý/Oxid hořečnatý): Tavidlo a stabilizátor; napomáhá tavení a upravuje chemickou odolnost a vlastnosti odskelnění.