Le rôle central de la silice (SiO2) dans le verre E

La silice (SiO2) joue un rôle absolument central et fondamental dansVerre électroniqueElle constitue la base de toutes ses excellentes propriétés. En termes simples, la silice est le « structure » ​​ou le « squelette » du verre E. Son rôle peut être plus précisément catégorisé comme suit :

1. Formation de la structure du réseau vitreux (fonction principale)

Il s'agit de la fonction la plus fondamentale de la silice. La silice est elle-même un oxyde vitrifiable. Ses tétraèdres SiO4 sont reliés entre eux par des atomes d'oxygène pontants, formant une structure de réseau tridimensionnelle continue, robuste et aléatoire.

• Analogie:C'est comme la charpente métallique d'une maison en construction. La silice constitue l'ossature principale de toute la structure en verre, tandis que d'autres composants (comme l'oxyde de calcium, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de bore, etc.) sont les matériaux qui remplissent ou modifient cette charpente pour ajuster les performances.
• Sans ce squelette de silice, une substance stable à l'état vitreux ne peut se former.

2. Fourniture d'excellentes performances d'isolation électrique

• Résistivité électrique élevée :La silice possède une mobilité ionique extrêmement faible et sa liaison chimique (liaison Si-O) est très stable et forte, ce qui la rend difficile à ioniser. Le réseau continu qu'elle forme restreint considérablement le mouvement des charges électriques, conférant ainsi au verre E une résistivité volumique et une résistivité de surface très élevées.
• Faible constante diélectrique et faibles pertes diélectriques :Les propriétés diélectriques du verre E sont très stables à hautes fréquences et hautes températures. Ceci est principalement dû à la symétrie et à la stabilité de la structure du réseau SiO₂, qui induit un faible degré de polarisation et des pertes d'énergie minimales (conversion en chaleur) dans un champ électrique haute fréquence. De ce fait, il est idéal comme matériau de renforcement pour les circuits imprimés et les isolateurs haute tension.

3. Garantir une bonne stabilité chimique

Le verre E présente une excellente résistance à l'eau, aux acides (à l'exception de l'acide fluorhydrique et de l'acide phosphorique chaud) et aux produits chimiques.

• Surface inerte :Le réseau dense Si-O-Si présente une très faible réactivité chimique et réagit difficilement avec l'eau ou les ions H+. De ce fait, sa résistance à l'hydrolyse et aux acides est excellente. Ceci garantit aux matériaux composites renforcés par des fibres de verre E le maintien de leurs performances à long terme, même en environnements agressifs.

4. Contribution à une résistance mécanique élevée

Bien que la force finale defibres de verreest également fortement influencée par des facteurs tels que les défauts de surface et les microfissures, sa résistance théorique provient en grande partie des fortes liaisons covalentes Si-O et de la structure de réseau tridimensionnelle.

• Énergie de liaison élevée :L'énergie de liaison de la liaison Si-O est très élevée, ce qui rend le squelette de verre lui-même extrêmement robuste, conférant à la fibre une résistance à la traction et un module d'élasticité élevés.

5. Conférer des propriétés thermiques idéales

• Faible coefficient de dilatation thermique :La silice possède un très faible coefficient de dilatation thermique. Comme elle constitue la structure principale, le verre E présente également un coefficient de dilatation thermique relativement faible. Il en résulte une bonne stabilité dimensionnelle lors des variations de température et une moindre propension à générer des contraintes excessives dues à la dilatation et à la contraction thermiques.
• Point de ramollissement élevé :Le point de fusion de la silice est extrêmement élevé (environ 1723 °C). Bien que l'ajout d'autres oxydes fondants abaisse la température de fusion finale du verre E, son noyau de SiO₂ lui confère un point de ramollissement et une stabilité thermique suffisamment élevés pour répondre aux exigences de la plupart des applications.

Dans un cas typiqueVerre électroniqueDans sa composition, la silice représente généralement 52 à 56 % (en poids), ce qui en fait le principal composant oxyde. Elle détermine les propriétés fondamentales du verre.

Division du travail entre les oxydes dans le verre E :

• SiO2(Silice): squelette principal; assure la stabilité structurelle, l'isolation électrique, la durabilité chimique et la résistance.
• Al2O3(Alumine) : formateur et stabilisateur de réseau auxiliaire; augmente la stabilité chimique, la résistance mécanique et réduit la tendance à la dévitrification.
• B2O3(Oxyde de bore) : modificateur de flux et de propriété; abaisse considérablement la température de fusion (économie d'énergie) tout en améliorant les propriétés thermiques et électriques.
• CaO/MgO(Oxyde de calcium/Oxyde de magnésium) : Flux et stabilisateur; facilite la fusion et ajuste la durabilité chimique et les propriétés de dévitrification.