Kjarnahlutverk kísils (SiO2) í rafeindagleri

Kísil (SiO2) gegnir algerlega lykilhlutverki íE-gler, sem myndar grunninn að öllum sínum framúrskarandi eiginleikum. Einfaldlega sagt er kísil „netmyndandi“ eða „beinagrind“ rafsegult gler. Hlutverk þess má flokka sérstaklega í eftirfarandi svið:

1. Myndun glernetkerfisins (kjarnahlutverk)

Þetta er grundvallarhlutverk kísils. Kísil er sjálft glermyndandi oxíð. SiO4 fjórflötungarnir eru tengdir saman með brúm súrefnisatóma og mynda þannig samfellda, öfluga og handahófskennda þrívíddarnetbyggingu.

• Samlíking:Þetta er eins og stálgrind húss í byggingu. Kísil er aðalgrindin fyrir alla glerbygginguna, en aðrir þættir (eins og kalsíumoxíð, áloxíð, bóroxíð o.s.frv.) eru efnin sem fylla í eða breyta þessari grind til að aðlaga virkni.
• Án þessa kísilgrindar er ekki hægt að mynda stöðugt glerkennt efni.

2. Veiting framúrskarandi rafmagns einangrunargetu

• Há rafmagnsviðnám:Kísil sjálft hefur afar litla jónahreyfanleika og efnatengið (Si-O tengið) er mjög stöðugt og sterkt, sem gerir það erfitt að jóna það. Samfellda netið sem það myndar takmarkar mjög hreyfingu rafhleðslna, sem gefur E-gleri mjög hátt rúmmálsviðnám og yfirborðsviðnám.
• Lágt rafsvörunarstuðull og lágt rafsvörunartap:Rafseguleiginleikar rafglers eru mjög stöðugir við háar tíðnir og hátt hitastig. Þetta er aðallega vegna samhverfu og stöðugleika SiO2 netbyggingarinnar, sem leiðir til lítillar skautunar og lágmarks orkutaps (umbreytingar í hita) í hátíðni rafsviði. Þetta gerir það tilvalið til notkunar sem styrkingarefni í rafrásarplötum og háspennueinangrurum.

3. Að tryggja góðan efnafræðilegan stöðugleika

E-gler sýnir framúrskarandi mótstöðu gegn vatni, sýrum (nema flúorsýru og heitri fosfórsýru) og efnum.

• Óvirkt yfirborð:Þétt Si-O-Si netið hefur mjög litla efnavirkni og hvarfast ekki auðveldlega við vatn eða H+ jónir. Þess vegna er vatnsrofsþol þess og sýruþol mjög gott. Þetta tryggir að samsett efni styrkt með E-glerþráðum viðhalda virkni sinni til langs tíma litið, jafnvel í erfiðu umhverfi.

4. Framlag til mikils vélræns styrks

Þó að lokastyrkurglerþræðirer einnig mjög undir áhrifum frá þáttum eins og yfirborðsgöllum og örsprungum, en fræðilegur styrkur þeirra stafar að miklu leyti af sterkum Si-O samgildum tengjum og þrívíddarnetbyggingu.

• Há tengiorka:Tengiorkan í Si-O tenginu er mjög há, sem gerir glergrindina sjálfa afar sterka og veitir trefjunum mikinn togstyrk og teygjanleika.

5. Að veita kjörhitaeiginleika

• Lágur hitauppstreymisstuðull:Kísil sjálft hefur mjög lágan varmaþenslustuðul. Þar sem það þjónar sem aðalgrind hefur rafgler einnig tiltölulega lágan varmaþenslustuðul. Þetta þýðir að það hefur góðan víddarstöðugleika við hitastigsbreytingar og er ólíklegt að það myndi of mikið álag vegna varmaþenslu og samdráttar.
• Hátt mýkingarmark:Bræðslumark kísils er afar hátt (um það bil 1723°C). Þó að viðbót annarra flæðiefna lækki lokabræðslumark E-glers, þá tryggir SiO2 kjarninn samt að glerið hafi nægilega hátt mýkingarmark og hitastöðugleika til að uppfylla kröfur flestra nota.

Í dæmigerðuE-glerSamsetningin er, kísilinnihaldið er venjulega 52%−56% (miðað við þyngd), sem gerir það að stærsta einstaka oxíðþáttinum. Það skilgreinir grundvallareiginleika glersins.

Verkaskipting milli oxíða í rafeindagleri:

• SiO2(Kísil): Aðalgrindveitir byggingarstöðugleika, rafmagnseinangrun, efnaþol og styrk.
• Al2O3(Áloxíð): Hjálparnetmyndari og stöðugleikieykur efnafræðilegan stöðugleika, vélrænan styrk og dregur úr tilhneigingu til glermyndunar.
• B2O3(Bóroxíð): Flæði og eiginleikabreytirlækkar bræðslumarkið verulega (orkusparnaður) en bætir jafnframt varma- og rafmagnseiginleika.
• CaO/MgO(Kalsíumoxíð/Magnesíumoxíð): Flux og stöðugleiki; hjálpar til við bræðslu og aðlagar efnafræðilega endingu og afglerjunareiginleika.