Piidioksidin (SiO2) ydinrooli E-lasissa

Piidioksidilla (SiO2) on ehdottoman keskeinen ja perustavanlaatuinen rooliE-lasi, muodostaen perustan kaikille sen erinomaisille ominaisuuksille. Yksinkertaisesti sanottuna piidioksidi on E-lasin "verkostonmuodostaja" tai "runko". Sen toiminnot voidaan luokitella erityisesti seuraaviin alueisiin:

1. Lasiverkkorakenteen muodostuminen (ydintoiminto)

Tämä on piidioksidin perustavanlaatuisin tehtävä. Piidioksidi on itse lasia muodostava oksidi. Sen SiO4-tetraedrit ovat yhteydessä toisiinsa silloittavien happiatomien kautta muodostaen jatkuvan, vankan ja satunnaisen kolmiulotteisen verkkorakenteen.

• Analogia:Tämä on kuin rakenteilla olevan talon teräsrunko. Piidioksidi muodostaa koko lasirakenteen päärungon, kun taas muut komponentit (kuten kalsiumoksidi, alumiinioksidi, boorioksidi jne.) täyttävät tai muokkaavat tätä runkoa suorituskyvyn säätämiseksi.
• Ilman tätä piidioksidirunkoa ei voida muodostaa stabiilia lasimaista ainetta.

2. Erinomaisen sähköeristyksen suorituskyky

• Korkea sähkövastus:Piidioksidilla itsellään on erittäin alhainen ionien liikkuvuus, ja kemiallinen sidos (Si-O-sidos) on erittäin vakaa ja vahva, mikä tekee sen ionisoitumisesta vaikeaa. Sen muodostama jatkuva verkosto rajoittaa suuresti sähkövarausten liikettä, mikä antaa E-lasille erittäin suuren tilavuusresistiivisyyden ja pintaresistiivisyyden.
• Alhainen dielektrisyysvakio ja pieni dielektrisyyshäviö:E-lasin dielektriset ominaisuudet ovat erittäin vakaat korkeilla taajuuksilla ja lämpötiloissa. Tämä johtuu pääasiassa SiO2-verkkorakenteen symmetriasta ja vakaudesta, mikä johtaa alhaiseen polarisaatioasteeseen ja minimaaliseen energiahäviöön (lämmöksi muuntuminen) korkeataajuisessa sähkökentässä. Tämä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi lujitemateriaalina elektronisissa piirilevyissä (PCB) ja korkeajänniteeristeissä.

3. Hyvän kemiallisen stabiilisuuden varmistaminen

E-lasi kestää erinomaisesti vettä, happoja (paitsi fluorivetyhappoa ja kuumaa fosforihappoa) ja kemikaaleja.

• Inertti pinta:Tiheällä Si-O-Si-verkolla on hyvin alhainen kemiallinen aktiivisuus, eikä se reagoi helposti veden tai H+-ionien kanssa. Siksi sen hydrolyysin- ja haponkestävyys ovat erittäin hyvät. Tämä varmistaa, että E-lasikuidulla vahvistetut komposiittimateriaalit säilyttävät suorituskykynsä pitkällä aikavälillä, jopa ankarissa olosuhteissa.

4. Vaikutus korkeaan mekaaniseen lujuuteen

Vaikka lopullinen vahvuuslasikuidutvaikuttavat suuresti myös tekijät, kuten pintavirheet ja mikrohalkeamat, niiden teoreettinen vahvuus johtuu suurelta osin vahvoista Si-O-kovalenttisidoksista ja kolmiulotteisesta verkkorakenteesta.

• Korkea sidosenergia:Si-O-sidoksen sidosenergia on erittäin korkea, mikä tekee lasirungosta itsestään erittäin lujan ja antaa kuidulle suuren vetolujuuden ja kimmomoduulin.

5. Ihanteellisten lämpöominaisuuksien luominen

• Alhainen lämpölaajenemiskerroin:Piidioksidilla itsessään on hyvin alhainen lämpölaajenemiskerroin. Koska se toimii päärungona, myös E-lasilla on suhteellisen alhainen lämpölaajenemiskerroin. Tämä tarkoittaa, että sillä on hyvä mittapysyvyys lämpötilan muutosten aikana ja se todennäköisesti aiheuttaa vähemmän liiallista jännitystä lämpölaajenemisen ja supistumisen vuoksi.
• Korkea pehmenemispiste:Piidioksidin sulamispiste on erittäin korkea (noin 1723 °C). Vaikka muiden sulatusoksidien lisääminen alentaa E-lasin lopullista sulamislämpötilaa, sen SiO2-ydin varmistaa silti, että lasilla on riittävän korkea pehmenemispiste ja lämmönkestävyys useimpien sovellusten vaatimusten täyttämiseksi.

TyypillisessäE-lasiKoostumuksessa piidioksidipitoisuus on yleensä 52–56 painoprosenttia, mikä tekee siitä suurimman yksittäisen oksidikomponentin. Se määrittelee lasin perusominaisuudet.

Työnjako oksidien kesken E-lasissa:

• SiO2(Piidioksidi): Päärunko; tarjoaa rakenteellista vakautta, sähköeristystä, kemiallista kestävyyttä ja lujuutta.
• Al₂O₃(Alumiinioksidi): Apuverkonmuodostaja ja vakauttaja; lisää kemiallista stabiilisuutta, mekaanista lujuutta ja vähentää lasittumisen taipumusta.
• B2O3(Boorioksidi): Vuon ja ominaisuuksien muokkaaja; alentaa merkittävästi sulamislämpötilaa (energiansäästö) ja parantaa samalla lämpö- ja sähköominaisuuksia.
• CaO/MgO(Kalsiumoksidi/magnesiumoksidi): Fluksi ja stabilointiaine; auttaa sulamisessa ja säätää kemiallista kestävyyttä ja lasittumisenesto-ominaisuuksia.