يلعب السيليكا (SiO2) دورًا محوريًا وجوهريًا للغاية فيزجاج إلكتروني، مُشكِّلةً الأساس لجميع خصائصها الممتازة. ببساطة، السيليكا هي "الشبكة المُشكِّلة" أو "الهيكل" للزجاج الإلكتروني. يمكن تصنيف وظائفها تحديدًا في المجالات التالية:
1. تكوين بنية الشبكة الزجاجية (الوظيفة الأساسية)
هذه هي الوظيفة الأساسية للسيليكا. فهي أكسيد مُكوِّن للزجاج. تتصل رباعيات السطوح SiO4 ببعضها البعض عبر جسور من ذرات الأكسجين، مُشكِّلةً بذلك بنية شبكية ثلاثية الأبعاد متصلة ومتينة وعشوائية.
- القياس:يشبه هذا الهيكل الفولاذي لمنزل قيد الإنشاء. يُشكّل السيليكا الإطار الرئيسي للهيكل الزجاجي بأكمله، بينما تُشكّل المكونات الأخرى (مثل أكسيد الكالسيوم، وأكسيد الألومنيوم، وأكسيد البورون، وغيرها) موادًا تُكمّل هذا الهيكل أو تُعدّله لتحسين الأداء.
- بدون هيكل السيليكا هذا، لا يمكن تكوين مادة زجاجية مستقرة.
2. توفير أداء عزل كهربائي ممتاز
- المقاومة الكهربائية العالية:تتميز السيليكا بحد ذاتها بحركة أيونية منخفضة للغاية، والرابطة الكيميائية (رابطة Si-O) مستقرة وقوية للغاية، مما يجعل تأينها صعبًا. الشبكة المتصلة التي تُشكلها تُقيد بشدة حركة الشحنات الكهربائية، مما يمنح زجاج E مقاومة حجمية ومقاومة سطحية عالية جدًا.
- ثابت العزل الكهربائي المنخفض وفقدان العزل الكهربائي المنخفض:تتميز الخواص العازلة للزجاج الإلكتروني بثباتها العالي عند الترددات العالية ودرجات الحرارة المرتفعة. ويعود ذلك أساسًا إلى تناسق واستقرار بنية شبكة ثاني أكسيد السيليكون، مما يُنتج استقطابًا منخفضًا وفقدًا ضئيلًا للطاقة (تحويلها إلى حرارة) في مجال كهربائي عالي التردد. وهذا يجعله مثاليًا للاستخدام كمادة تقوية في لوحات الدوائر الإلكترونية (PCBs) والعوازل عالية الجهد.
3. ضمان الاستقرار الكيميائي الجيد
يتميز الزجاج الإلكتروني بمقاومة ممتازة للماء والأحماض (باستثناء حمض الهيدروفلوريك وحمض الفوسفوريك الساخن) والمواد الكيميائية.
- السطح الخامل:تتميز شبكة Si-O-Si الكثيفة بنشاط كيميائي منخفض جدًا، ولا تتفاعل بسهولة مع الماء أو أيونات الهيدروجين. لذلك، تتميز بمقاومتها العالية للتحلل المائي والأحماض. وهذا يضمن حفاظ المواد المركبة المقواة بألياف الزجاج الإلكتروني على أدائها على المدى الطويل، حتى في البيئات القاسية.
4. المساهمة في القوة الميكانيكية العالية
على الرغم من القوة النهائية لألياف زجاجيةكما أنها تتأثر بشكل كبير بعوامل مثل عيوب السطح والشقوق الدقيقة، وتنبع قوتها النظرية إلى حد كبير من الروابط التساهمية القوية بين Si-O والبنية الشبكية ثلاثية الأبعاد.
- طاقة الرابطة العالية:طاقة الرابطة Si-O عالية جدًا، مما يجعل الهيكل الزجاجي نفسه قويًا للغاية، مما يوفر للألياف قوة شد عالية ومعامل مرونة.
5. نقل الخصائص الحرارية المثالية
- معامل التمدد الحراري المنخفض:تتميز السيليكا نفسها بمعامل تمدد حراري منخفض جدًا. ولأنها تُشكل الهيكل الرئيسي، فإن زجاج E يتميز أيضًا بمعامل تمدد حراري منخفض نسبيًا. هذا يعني أنه يتمتع بثبات أبعادي جيد أثناء تغيرات درجات الحرارة، وأقل عرضة للإجهاد المفرط الناتج عن التمدد والانكماش الحراري.
- نقطة التليين العالية:درجة انصهار السيليكا عالية جدًا (حوالي ١٧٢٣ درجة مئوية). على الرغم من أن إضافة أكاسيد صهر أخرى تُخفّض درجة الانصهار النهائية للزجاج الإلكتروني، إلا أن قلبه المصنوع من ثاني أكسيد السيليكون يضمن للزجاج درجة تليين واستقرارًا حراريًا عاليين بما يكفي لتلبية متطلبات معظم التطبيقات.
في نموذجيزجاج إلكترونيفي تركيبه، عادةً ما يتراوح محتوى السيليكا بين 52% و56% (بالوزن)، مما يجعله أكبر مكون أكسيدي. وهو ما يُحدد الخصائص الأساسية للزجاج.
تقسيم العمل بين الأكاسيد في الزجاج الإلكتروني:
- ثاني أكسيد السيليكون(السيليكا): الهيكل الرئيسي؛ يوفر الاستقرار الهيكلي والعزل الكهربائي والمتانة الكيميائية والقوة.
- Al2O3(الألومينا): مُشكِّل ومُثبِّت الشبكة المساعد؛ يزيد من الاستقرار الكيميائي والقوة الميكانيكية ويقلل من ميل التزجيج.
- B2O3(أكسيد البورون): معدل التدفق والخاصية؛ يخفض درجة حرارة الانصهار بشكل كبير (توفير الطاقة) مع تحسين الخصائص الحرارية والكهربائية.
- CaO/MgO(أكسيد الكالسيوم/أكسيد المغنيسيوم): التدفق والمثبت؛ يساعد في الذوبان ويضبط المتانة الكيميائية وخصائص إزالة التزجيج.
وقت النشر: ١٠ أكتوبر ٢٠٢٥
