Hlavná úloha oxidu kremičitého (SiO2​) v elektroskle

Oxid kremičitý (SiO2​) zohráva absolútne kľúčovú a zásadnú úlohu vE-sklo, čo tvorí základ pre všetky jeho vynikajúce vlastnosti. Jednoducho povedané, oxid kremičitý je „tvorcom siete“ alebo „kostrou“ E-skla. Jeho funkciu možno konkrétne rozdeliť do nasledujúcich oblastí:

1. Tvorba štruktúry sklenenej siete (základná funkcia)

Toto je najzákladnejšia funkcia oxidu kremičitého. Oxid kremičitý je sám o sebe oxid tvoriaci sklo. Jeho tetraédre SiO4 sú navzájom prepojené premosťujúcimi atómami kyslíka, čím vytvárajú súvislú, robustnú a náhodnú trojrozmernú sieťovú štruktúru.

• Analógia:Je to ako oceľová kostra rozostavaného domu. Oxid kremičitý tvorí hlavnú kostru pre celú sklenenú konštrukciu, zatiaľ čo ďalšie komponenty (ako napríklad oxid vápenatý, oxid hlinitý, oxid bóru atď.) sú materiály, ktoré túto kostru vypĺňajú alebo upravujú, aby sa upravil jej výkon.
• Bez tohto oxidu kremičitého sa nemôže vytvoriť stabilná sklovitá látka.

2. Zabezpečenie vynikajúceho výkonu elektrickej izolácie

• Vysoký elektrický odpor:Samotný oxid kremičitý má extrémne nízku mobilitu iónov a chemická väzba (väzba Si-O) je veľmi stabilná a silná, čo sťažuje jeho ionizáciu. Súvislá sieť, ktorú tvorí, výrazne obmedzuje pohyb elektrických nábojov, čo dáva E-sklu veľmi vysoký objemový a povrchový odpor.
• Nízka dielektrická konštanta a nízke dielektrické straty:Dielektrické vlastnosti E-skla sú veľmi stabilné pri vysokých frekvenciách a vysokých teplotách. Je to spôsobené najmä symetriou a stabilitou sieťovej štruktúry SiO2, čo má za následok nízky stupeň polarizácie a minimálne straty energie (premenu na teplo) vo vysokofrekvenčnom elektrickom poli. Vďaka tomu je ideálne na použitie ako výstužný materiál v elektronických doskách plošných spojov (PCB) a vysokonapäťových izolátoroch.

3. Zabezpečenie dobrej chemickej stability

E-sklo vykazuje vynikajúcu odolnosť voči vode, kyselinám (okrem fluorovodíkovej a horúcej kyseliny fosforečnej) a chemikáliám.

• Inertný povrch:Hustá sieť Si-O-Si má veľmi nízku chemickú aktivitu a nereaguje ľahko s vodou alebo iónmi H+. Preto je jej odolnosť voči hydrolýze a kyselinám veľmi dobrá. To zaisťuje, že kompozitné materiály vystužené vláknami E-skla si dlhodobo zachovávajú svoj výkon, a to aj v náročných podmienkach.

4. Príspevok k vysokej mechanickej pevnosti

Hoci konečná silasklenené vláknaje tiež výrazne ovplyvnená faktormi, ako sú povrchové defekty a mikrotrhliny, ich teoretická pevnosť pramení do značnej miery zo silných kovalentných väzieb Si-O a trojrozmernej sieťovej štruktúry.

• Vysoká energia väzby:Väzbová energia väzby Si-O je veľmi vysoká, vďaka čomu je sklenená kostra samotná extrémne robustná a vláknu poskytuje vysokú pevnosť v ťahu a modul pružnosti.

5. Dodávanie ideálnych tepelných vlastností

• Nízky koeficient tepelnej rozťažnosti:Samotný oxid kremičitý má veľmi nízky koeficient tepelnej rozťažnosti. Keďže slúži ako hlavná kostra, E-sklo má tiež relatívne nízky koeficient tepelnej rozťažnosti. To znamená, že má dobrú rozmerovú stabilitu počas zmien teploty a je menej pravdepodobné, že bude vytvárať nadmerné napätie v dôsledku tepelnej rozťažnosti a zmršťovania.
• Vysoký bod mäknutia:Teplota topenia oxidu kremičitého je extrémne vysoká (približne 1723 °C). Hoci pridanie iných tavidlových oxidov znižuje konečnú teplotu topenia E-skla, jeho jadro SiO2 stále zabezpečuje, že sklo má dostatočne vysoký bod mäknutia a tepelnú stabilitu, aby spĺňalo požiadavky väčšiny aplikácií.

V typickomE-skloV zložení je obsah oxidu kremičitého zvyčajne 52 % – 56 % (hmotnostných), čo z neho robí najväčšiu oxidovú zložku. Definuje základné vlastnosti skla.

Rozdelenie práce medzi oxidmi v elektrolytickom skle:

• SiO2(Oxid kremičitý): Hlavná kostraposkytuje štrukturálnu stabilitu, elektrickú izoláciu, chemickú odolnosť a pevnosť.
• Al₂O₃(Oxid hlinitý): Pomocný tvarovač a stabilizátor sietezvyšuje chemickú stabilitu, mechanickú pevnosť a znižuje tendenciu k odskleneniu.
• B2O3(Oxid bóru): Modifikátor toku a vlastnostívýrazne znižuje teplotu topenia (úspora energie) a zároveň zlepšuje tepelné a elektrické vlastnosti.
• CaO/MgO(Oxid vápenatý/Oxid horečnatý): Tavidlo a stabilizátor; pomáha pri tavení a upravuje chemickú odolnosť a vlastnosti odskelňovania.