סיליקה (SiO2) ממלאת תפקיד מרכזי ומהותי לחלוטין בזכוכית אלקטרונית, ויוצר את סלע היסוד לכל תכונותיו המצוינות. במילים פשוטות, סיליקה היא "יוצרת הרשת" או "השלד" של זכוכית אלקטרונית. ניתן לסווג את תפקידה באופן ספציפי לתחומים הבאים:
1. היווצרות מבנה רשת הזכוכית (פונקציית ליבה)
זהו התפקיד הבסיסי ביותר של סיליקה. סיליקה היא בעצמה תחמוצת היוצרת זכוכית. טטרהדרונים של SiO4 שלה מחוברים זה לזה באמצעות גישור על אטומי חמצן, ויוצרים מבנה רשת תלת-ממדי רציף, חזק ואקראי.
- אֲנָלוֹגִיָה:זה כמו שלד פלדה של בית בבנייה. סיליקה מספקת את המסגרת העיקרית לכל מבנה הזכוכית, בעוד שרכיבים אחרים (כגון תחמוצת סידן, תחמוצת אלומיניום, תחמוצת בורון וכו') הם החומרים הממלאים או משנים את השלד הזה כדי להתאים את הביצועים.
- ללא שלד סיליקה זה, לא ניתן ליצור חומר במצב זכוכיתי יציב.
2. מתן ביצועי בידוד חשמלי מעולים
- התנגדות חשמלית גבוהה:לסיליקה עצמה יש ניידות יונים נמוכה ביותר, והקשר הכימי (קשר Si-O) יציב וחזק מאוד, מה שמקשה על יינון. הרשת הרציפה שהיא יוצרת מגבילה מאוד את תנועת המטענים החשמליים, מה שנותן התנגדות נפחית והתנגדות פני שטח גבוהה מאוד.
- קבוע דיאלקטרי נמוך ואובדן דיאלקטרי נמוך:התכונות הדיאלקטריות של זכוכית אלקטרונית יציבות מאוד בתדרים גבוהים ובטמפרטורות גבוהות. זאת בעיקר בשל הסימטריה והיציבות של מבנה רשת ה-SiO2, מה שמביא לרמת קיטוב נמוכה ואובדן אנרגיה מינימלי (המרה לחום) בשדה חשמלי בתדר גבוה. זה הופך אותו לאידיאלי לשימוש כחומר חיזוק במעגלים אלקטרוניים (PCBs) ובמבודדים במתח גבוה.
3. הבטחת יציבות כימית טובה
זכוכית אלקטרונית (E-glass) מפגינה עמידות מצוינת למים, חומצות (למעט חומצה הידרופלואורית וחומצה זרחתית חמה) וכימיקלים.
- משטח אינרטי:לרשת ה-Si-O-Si הצפופה יש פעילות כימית נמוכה מאוד והיא אינה מגיבה בקלות עם מים או יוני H+. לכן, עמידותה להידרוליזה ועמידותה לחומצה טובות מאוד. זה מבטיח שחומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכית אלקטרונית ישמרו על ביצועיהם לאורך זמן, אפילו בסביבות קשות.
4. תרומה לחוזק מכני גבוה
למרות שהעוצמה הסופית שלסיבי זכוכיתמושפע במידה רבה גם מגורמים כמו פגמי שטח ומיקרו-סדקים, חוזקם התיאורטי נובע במידה רבה מהקשרים הקוולנטיים החזקים של Si-O וממבנה הרשת התלת-ממדי.
- אנרגיית קשר גבוהה:אנרגיית הקשר של קשר Si-O גבוהה מאוד, מה שהופך את שלד הזכוכית עצמו לחזק ביותר, ומספק לסיב חוזק מתיחה גבוה ומודולוס אלסטיות.
5. הקניית תכונות תרמיות אידיאליות
- מקדם התפשטות תרמית נמוך:לסיליקה עצמה יש מקדם התפשטות תרמית נמוך מאוד. מכיוון שהיא משמשת כשלד העיקרי, גם לזכוכית E יש מקדם התפשטות תרמית נמוך יחסית. משמעות הדבר היא שיש לה יציבות ממדית טובה במהלך שינויי טמפרטורה והיא פחות נוטה לייצר לחץ מוגזם עקב התפשטות והתכווצות תרמית.
- נקודת ריכוך גבוהה:נקודת ההיתוך של סיליקה גבוהה ביותר (כ-1723 מעלות צלזיוס). למרות שתוספת של תחמוצות זרימה אחרות מורידה את טמפרטורת ההיתוך הסופית של זכוכית אלקטרונית, ליבת ה-SiO2 שלה עדיין מבטיחה שלזכוכית תהיה נקודת ריכוך גבוהה מספיק ויציבות תרמית כדי לעמוד בדרישות של רוב היישומים.
באופן טיפוסיזכוכית אלקטרוניתבהרכבו, תכולת הסיליקה היא בדרך כלל 52%-56% (לפי משקל), מה שהופך אותה למרכיב התחמוצת הגדול ביותר. היא מגדירה את התכונות הבסיסיות של הזכוכית.
חלוקת עבודה בין תחמוצות בזכוכית אלקטרונית:
- SiO2(סיליקה): שלד ראשימספק יציבות מבנית, בידוד חשמלי, עמידות כימית וחוזק.
- Al2O3(אלומינה): יוצר ומייצב רשת עזרמגביר את היציבות הכימית, את החוזק המכני ומפחית את הנטייה לדה-ויטריפיקציה.
- B2O3(תחמוצת בורון): שטף ומגדיר מאפייניםמוריד משמעותית את טמפרטורת ההיתוך (חיסכון באנרגיה) תוך שיפור התכונות התרמיות והחשמליות.
- CaO/MgO(תחמוצת סידן/תחמוצת מגנזיום): שטף ומייצבמסייע בהיתוך ומתאים את העמידות הכימית ואת תכונות הדה-ויטריפיקציה.
זמן פרסום: 10 באוקטובר 2025
