يلعب السيليكا (SiO2) دورًا محوريًا وأساسيًا للغاية فيزجاج إلكترونيتشكل السيليكا الأساس لجميع خصائصها الممتازة. ببساطة، السيليكا هي "مكون الشبكة" أو "الهيكل" للزجاج الإلكتروني. ويمكن تصنيف وظيفتها تحديدًا في المجالات التالية:
1. تكوين بنية الشبكة الزجاجية (الوظيفة الأساسية)
هذه هي الوظيفة الأساسية للسيليكا. السيليكا أكسيد مكون للزجاج بحد ذاته. ترتبط رباعيات الأوجه SiO4 ببعضها البعض من خلال ذرات الأكسجين الرابطة، مما يشكل بنية شبكية ثلاثية الأبعاد متصلة وقوية وعشوائية.
- تشبيه:يشبه هذا الهيكل الفولاذي لمنزل قيد الإنشاء. يوفر السيليكا الإطار الرئيسي للهيكل الزجاجي بأكمله، بينما تعمل المكونات الأخرى (مثل أكسيد الكالسيوم، وأكسيد الألومنيوم، وأكسيد البورون، وما إلى ذلك) كمواد تملأ هذا الهيكل أو تعدله لتحسين الأداء.
- بدون هذا الهيكل السيليكي، لا يمكن تكوين مادة مستقرة في الحالة الزجاجية.
2. توفير أداء عزل كهربائي ممتاز
- مقاومة كهربائية عالية:تتميز السيليكا بانخفاض حركة الأيونات فيها، كما أن الرابطة الكيميائية (رابطة Si-O) فيها مستقرة وقوية للغاية، مما يجعل تأينها صعباً. وتُقيّد الشبكة المتصلة التي تُشكّلها حركة الشحنات الكهربائية بشكل كبير، مما يُكسب زجاج E مقاومة حجمية ومقاومة سطحية عاليتين للغاية.
- ثابت عزل كهربائي منخفض وفقدان عزل كهربائي منخفض:تتميز الخصائص العازلة للزجاج الإلكتروني بثباتها العالي عند الترددات ودرجات الحرارة المرتفعة. ويعود ذلك أساسًا إلى تماثل واستقرار بنية شبكة ثاني أكسيد السيليكون (SiO2)، مما ينتج عنه درجة استقطاب منخفضة وفقدان طاقة ضئيل (تحول إلى حرارة) في مجال كهربائي عالي التردد. وهذا ما يجعله مثاليًا للاستخدام كمادة تقوية في لوحات الدوائر الإلكترونية (PCBs) والعوازل عالية الجهد.
3. ضمان استقرار كيميائي جيد
يتميز الزجاج الإلكتروني بمقاومة ممتازة للماء والأحماض (باستثناء حمض الهيدروفلوريك وحمض الفوسفوريك الساخن) والمواد الكيميائية.
- سطح خامل:تتميز شبكة السيليكون-أكسجين-سيليكون الكثيفة بنشاط كيميائي منخفض للغاية، ولا تتفاعل بسهولة مع الماء أو أيونات الهيدروجين. ولذلك، تتمتع بمقاومة عالية للتحلل المائي والأحماض. وهذا يضمن احتفاظ المواد المركبة المدعمة بألياف زجاجية من النوع E بأدائها على المدى الطويل، حتى في البيئات القاسية.
4. المساهمة في القوة الميكانيكية العالية
على الرغم من القوة النهائية لـالألياف الزجاجيةكما تتأثر بشكل كبير بعوامل مثل عيوب السطح والتشققات الدقيقة، وتستمد قوتها النظرية إلى حد كبير من الروابط التساهمية القوية Si-O وبنية الشبكة ثلاثية الأبعاد.
- طاقة رابطة عالية:إن طاقة الرابطة Si-O عالية جدًا، مما يجعل الهيكل الزجاجي نفسه قويًا للغاية، مما يوفر للألياف قوة شد عالية ومعامل مرونة.
5. إضفاء خصائص حرارية مثالية
- معامل تمدد حراري منخفض:تتميز السيليكا بمعامل تمدد حراري منخفض للغاية. ولأنها تُشكل الهيكل الأساسي، فإن زجاج E يتميز أيضاً بمعامل تمدد حراري منخفض نسبياً. وهذا يعني أنه يتمتع بثبات أبعاد جيد أثناء تغيرات درجة الحرارة، ويقل احتمال تعرضه لإجهاد مفرط نتيجة التمدد والانكماش الحراري.
- نقطة تليين عالية:تتميز السيليكا بنقطة انصهار عالية للغاية (حوالي 1723 درجة مئوية). ورغم أن إضافة أكاسيد أخرى صهرية تخفض درجة انصهار زجاج E، إلا أن لبه المصنوع من ثاني أكسيد السيليكون (SiO2) يضمن للزجاج نقطة تليين عالية وثباتًا حراريًا كافيين لتلبية متطلبات معظم التطبيقات.
في نموذج نموذجيزجاج إلكترونيفي تركيب الزجاج، تتراوح نسبة السيليكا عادةً بين 52% و56% (وزناً)، مما يجعلها المكون الأكسيدي الأكبر. وهي تحدد الخصائص الأساسية للزجاج.
تقسيم العمل بين الأكاسيد في الزجاج الإلكتروني:
- SiO2(السيليكا): الهيكل الرئيسييوفر الاستقرار الهيكلي والعزل الكهربائي والمتانة الكيميائية والقوة.
- Al2O3(الألومينا): مُشكِّل ومُثبِّت الشبكة المساعدةيزيد من الاستقرار الكيميائي والقوة الميكانيكية ويقلل من ميل التبلور.
- B2O3(أكسيد البورون): التدفق ومعدل الخصائص؛ يخفض درجة حرارة الانصهار بشكل كبير (توفير الطاقة) مع تحسين الخصائص الحرارية والكهربائية.
- CaO/MgO(أكسيد الكالسيوم/أكسيد المغنيسيوم): مادة الصهر والمثبتيساعد في عملية الذوبان ويضبط المتانة الكيميائية وخصائص التبلور.
تاريخ النشر: 10 أكتوبر 2025
