O papel fundamental da sílica (SiO2) no vidro E

A sílica (SiO2) desempenha um papel absolutamente crucial e fundamental emVidro E, formando a base para todas as suas excelentes propriedades. Simplificando, a sílica é o "formador de rede" ou "esqueleto" do vidro tipo E. Sua função pode ser especificamente categorizada nas seguintes áreas:

1. Formação da estrutura da rede vítrea (função principal)

Essa é a função mais fundamental da sílica. A sílica é um óxido formador de vidro. Seus tetraedros SiO4 estão conectados entre si por meio de átomos de oxigênio que fazem a ponte entre eles, formando uma estrutura de rede tridimensional contínua, robusta e aleatória.

Analogia:É como a estrutura de aço de uma casa em construção. A sílica fornece a estrutura principal para toda a estrutura de vidro, enquanto outros componentes (como óxido de cálcio, óxido de alumínio, óxido de boro, etc.) são os materiais que preenchem ou modificam essa estrutura para ajustar o desempenho.
Sem esse esqueleto de sílica, não é possível formar uma substância estável em estado vítreo.

2. Proporcionar um excelente desempenho de isolamento elétrico.

Alta resistividade elétrica:A sílica em si possui mobilidade iônica extremamente baixa, e a ligação química (ligação Si-O) é muito estável e forte, dificultando sua ionização. A rede contínua que ela forma restringe consideravelmente o movimento de cargas elétricas, conferindo ao vidro tipo E resistividade volumétrica e superficial muito elevadas.
Baixa constante dielétrica e baixa perda dielétrica:As propriedades dielétricas do vidro tipo E são muito estáveis em altas frequências e altas temperaturas. Isso se deve principalmente à simetria e estabilidade da estrutura da rede de SiO₂, que resulta em um baixo grau de polarização e mínima perda de energia (conversão em calor) em um campo elétrico de alta frequência. Isso o torna ideal para uso como material de reforço em placas de circuito impresso (PCBs) e isoladores de alta tensão.

3. Garantir uma boa estabilidade química

O vidro tipo E apresenta excelente resistência à água, ácidos (exceto ácido fluorídrico e ácido fosfórico quente) e produtos químicos.

Superfície inerte:A densa rede Si-O-Si apresenta baixíssima reatividade química e não reage facilmente com água ou íons H+. Portanto, sua resistência à hidrólise e a ácidos é excelente. Isso garante que os materiais compósitos reforçados com fibra de vidro tipo E mantenham seu desempenho a longo prazo, mesmo em ambientes agressivos.

4. Contribuição para alta resistência mecânica

Embora a força final defibras de vidroEmbora também seja fortemente influenciada por fatores como defeitos superficiais e microfissuras, sua resistência teórica deriva em grande parte das fortes ligações covalentes Si-O e da estrutura de rede tridimensional.

Alta energia de ligação:A energia de ligação da ligação Si-O é muito alta, o que torna a própria estrutura do vidro extremamente robusta, conferindo à fibra alta resistência à tração e módulo de elasticidade.

5. Conferir propriedades térmicas ideais

Baixo coeficiente de expansão térmica:A sílica em si possui um coeficiente de expansão térmica muito baixo. Por servir como estrutura principal, o vidro tipo E também apresenta um coeficiente de expansão térmica relativamente baixo. Isso significa que ele possui boa estabilidade dimensional durante variações de temperatura e é menos propenso a gerar tensões excessivas devido à expansão e contração térmica.
Ponto de amolecimento elevado:O ponto de fusão da sílica é extremamente alto (aproximadamente 1723 °C). Embora a adição de outros óxidos fundentes reduza a temperatura de fusão final do vidro tipo E, seu núcleo de SiO₂ ainda garante que o vidro tenha um ponto de amolecimento e estabilidade térmica suficientemente altos para atender aos requisitos da maioria das aplicações.

Em um típicoVidro ENa composição do vidro, o teor de sílica geralmente varia entre 52% e 56% (em peso), sendo o óxido predominante. Ele define as propriedades fundamentais do vidro.

Divisão do trabalho entre os óxidos no vidro tipo E:

SiO2(Sílica): Esqueleto principalProporciona estabilidade estrutural, isolamento elétrico, durabilidade química e resistência.
Al2O3(Alumina): formador e estabilizador de rede auxiliar; aumenta a estabilidade química, a resistência mecânica e reduz a tendência à desvitrificação.
B2O3(Óxido de boro): Modificador de fluxo e propriedade; reduz significativamente a temperatura de fusão (economia de energia), ao mesmo tempo que melhora as propriedades térmicas e elétricas.
CaO/MgO(Óxido de cálcio/Óxido de magnésio): Fluxo e estabilizador; auxilia no derretimento e ajusta a durabilidade química e as propriedades de desvitrificação.