Il ruolo fondamentale della silice (SiO2) nel vetro E

La silice (SiO2) svolge un ruolo assolutamente fondamentale e fondamentale inVetro elettronico, costituendo il substrato di tutte le sue eccellenti proprietà. In parole povere, la silice è il "formatore di rete" o "scheletro" del vetro E. La sua funzione può essere specificamente suddivisa nelle seguenti aree:

1. Formazione della struttura della rete di vetro (funzione centrale)

Questa è la funzione più fondamentale della silice. La silice è essa stessa un ossido vetroso. I suoi tetraedri di SiO4 sono collegati tra loro tramite ponti di atomi di ossigeno, formando una struttura reticolare tridimensionale continua, robusta e casuale.

• Analogia:È come lo scheletro in acciaio di una casa in costruzione. La silice costituisce la struttura portante dell'intera struttura in vetro, mentre altri componenti (come ossido di calcio, ossido di alluminio, ossido di boro, ecc.) sono i materiali che riempiono o modificano questo scheletro per regolarne le prestazioni.
• Senza questo scheletro di silice non è possibile formare una sostanza stabile allo stato vetroso.

2. Fornitura di eccellenti prestazioni di isolamento elettrico

• Elevata resistività elettrica:La silice stessa ha una mobilità ionica estremamente bassa e il legame chimico (legame Si-O) è molto stabile e forte, rendendola difficile da ionizzare. La rete continua che forma limita notevolmente il movimento delle cariche elettriche, conferendo al vetro E un'elevatissima resistività di volume e di superficie.
• Bassa costante dielettrica e bassa perdita dielettrica:Le proprietà dielettriche del vetro E sono molto stabili alle alte frequenze e alle alte temperature. Ciò è dovuto principalmente alla simmetria e alla stabilità della struttura reticolare del SiO2, che si traduce in un basso grado di polarizzazione e una minima perdita di energia (conversione in calore) in un campo elettrico ad alta frequenza. Ciò lo rende ideale per l'uso come materiale di rinforzo in circuiti stampati elettronici (PCB) e isolanti ad alta tensione.

3. Garantire una buona stabilità chimica

Il vetro E presenta un'eccellente resistenza all'acqua, agli acidi (tranne l'acido fluoridrico e l'acido fosforico caldo) e alle sostanze chimiche.

• Superficie inerte:La fitta rete Si-O-Si ha un'attività chimica molto bassa e non reagisce facilmente con l'acqua o gli ioni H+. Pertanto, la sua resistenza all'idrolisi e agli acidi è molto buona. Ciò garantisce che i materiali compositi rinforzati con fibra di vetro E mantengano le loro prestazioni a lungo termine, anche in ambienti difficili.

4. Contributo all'elevata resistenza meccanica

Sebbene la forza finale difibre di vetroè inoltre fortemente influenzata da fattori quali difetti superficiali e micro-fessure, la loro resistenza teorica deriva in gran parte dai forti legami covalenti Si-O e dalla struttura reticolare tridimensionale.

• Elevata energia di legame:L'energia di legame del legame Si-O è molto elevata, il che rende lo scheletro di vetro stesso estremamente robusto, conferendo alla fibra un'elevata resistenza alla trazione e un modulo elastico.

5. Conferimento di proprietà termiche ideali

• Basso coefficiente di dilatazione termica:La silice stessa ha un coefficiente di dilatazione termica molto basso. Poiché funge da scheletro principale, anche il vetro E ha un coefficiente di dilatazione termica relativamente basso. Ciò significa che ha una buona stabilità dimensionale durante le variazioni di temperatura ed è meno soggetto a generare sollecitazioni eccessive dovute a dilatazione e contrazione termica.
• Punto di rammollimento elevato:Il punto di fusione della silice è estremamente elevato (circa 1723 °C). Sebbene l'aggiunta di altri ossidi fondenti abbassi la temperatura di fusione finale del vetro E, il suo nucleo di SiO2 garantisce comunque al vetro un punto di rammollimento e una stabilità termica sufficientemente elevati da soddisfare i requisiti della maggior parte delle applicazioni.

In un tipicoVetro elettronicocomposizione, il contenuto di silice è solitamente del 52%-56% (in peso), rendendolo il singolo componente di ossido più grande. Definisce le proprietà fondamentali del vetro.

Divisione del lavoro tra gli ossidi nel vetro E:

• SiO2​(Silice): Scheletro principale; fornisce stabilità strutturale, isolamento elettrico, resistenza chimica e resistenza.
• Al2O3(Allumina): Formatore e stabilizzatore di rete ausiliaria; aumenta la stabilità chimica, la resistenza meccanica e riduce la tendenza alla devetrificazione.
• B2​O3​(Ossido di boro): Modificatore di flusso e proprietà; abbassa significativamente la temperatura di fusione (risparmio energetico) migliorando al contempo le proprietà termiche ed elettriche.
• CaO/MgO(Ossido di calcio/Ossido di magnesio): Flusso e stabilizzatore; favorisce la fusione e regola la durabilità chimica e le proprietà di devetrificazione.