ثاني أكسيد السيليكون SiO2غالبًا ما يكون له تأثير حاسم على أداء الأنظمة، سواء كانت مطاط السيليكون أو الأغشية الرقيقة أو مواد التغليف الإلكترونية.
على الرغم من أن الصيغة الكيميائية هي SiO2، إلا أن شكلها وقيمتها تختلفان بشكل كبير بسبب اختلاف عمليات الإنتاج. تشمل العناصر الشائعة في الهندسة ما يلي:
1. مسحوق السيليكا الغازي
كيف حدث ذلك: يتم حرق هاليدات السيليكون (مثل رابع كلوريد السيليكون) عند درجة حرارة تزيد عن 1000 درجة مئوية في لهب الهيدروجين والأكسجين.
التشكل المجهري: كرات رقيقة للغاية، ليست مستديرة، ولكنها مواد ندفية متصلة ببعضها البعض مثل أغصان الأشجار (أغصان متسلسلة ثلاثية الأبعاد)، ذات مساحة سطحية ضخمة محددة.
الميزات: خفيف للغاية، دقيق للغاية (مستوى نانومتر)، سهل الطيران للغاية، سعر مرتفع
السمة الأساسية: هيكل الحشو السائد
2. هطول السيليكا
المصدر: سيليكات الصوديوم (زجاج الماء) والحمض يخضعان لتفاعل كيميائي ويترسبان في محلول مائي
الميزات: منخفضة التكلفة، وقابلية التعديل القوية
الميزة الأساسية: حشو وظيفي مدفوع فعال من حيث التكلفة
3. مسحوق السيليكا الصغير الكروي (يستخدم على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات)
المصدر: صهر مسحوق الكوارتز عالي النقاء من خلال لهب عالي الحرارة، والاستفادة من التوتر السطحي لتحويله إلى كرة مثالية، ومن ثم تبريده
الميزات: سيولة ممتازة، ومعامل تمدد حراري منخفض للغاية (CTE)، وعزل كهربائي مرعب للغاية.
الميزة الأساسية: حشو عالي الجودة يعتمد على التشكل
يكمن الاختلاف بين السيليكا في الطور الغازي والسيليكا المترسبة من حيث التطبيق في آلياتهما المختلفة لتنظيم أداء النظام: تتفوق السيليكا في الطور الغازي في بناء هياكل شبكة ذكية ثلاثية الأبعاد لتحقيق التحكم الريولوجي مثل السماكة والتغير المتغير؛ تركز طريقة ترسيب السيليكا على توفير مواد حشو وظيفية مثل التعزيز والدعم من خلال بنيتها المسامية ونشاط سطحها.
أدناه، قمت بمقارنة بيانات الأداء الرئيسية الخاصة بهم في مجالات التطبيق المختلفة، على أمل إظهار مزايا كل منهم بشكل أكثر بديهية.
| طلب | تأثير مقارن |
المرحلة الغازية السيليكا |
عجلت السيليكا |
| تعزيز مطاط السيليكون |
تأثير التعزيز |
قوي للغاية، يمكن أن يزيد من قوة مطاط السيليكون بمقدار 5-10 مرات |
تأثير التعزيز جيد، ولكنه عادة ما يكون أقل من تأثير منتجات الطور الغازي |
| التحكم الريولوجي للطلاءات |
سماكة ومتغيرة الانسيابية |
ممتاز، مع إضافة 2%، يمكن أن ترتفع لزوجة القص المنخفضة من 460 سنتي بواز إلى 12600 سنتي بواز، ويمكن أن تصل قيمة الانسيابية إلى 4.53 |
له تأثير سماكة، لكن خواصه المتغيرة الانسيابية ومقاومة الترهل عادة ما تكون أدنى من تلك الخاصة بطرق الطور الغازي |
| الإطارات والمطاط |
مقاومة المتداول |
أداء تعزيز ممتاز |
تم تقليل مؤشر مقاومة التدحرج للإطارات باستخدام طريقة الترسيب عالية الأداء بشكل كبير بنسبة 20-30% مقارنة بأسود الكربون العادي |
|
|
مقاومة التآكل |
يمكن أن تحسن بشكل كبير مقاومة التآكل |
تم تحسينه بشكل كبير، ويمكن أن يقلل معدل تآكل الإطارات بنسبة 15-20% |
|
|
قبضة الأراضي الرطبة |
يمكن أن يحسن بشكل كبير قبضة الأراضي الرطبة |
تحسين فعال، يمكن أن يزيد من قبضة الأراضي الرطبة بأكثر من 9% |
| تطبيقات وظيفية خاصة |
حامل السائل إلى المسحوق |
قدرة حمل زيت عالية للغاية، قادرة على امتصاص الأدوية السائلة بما يصل إلى 1.5 مرة من وزنها، مع قدرة أفضل على تدفق المسحوق وخصائص التعبئة |
قدرة تحميل الزيت منخفضة نسبيًا، وقابلية تدفق المسحوق المتصلب ليست جيدة مثل طريقة الطور الغازي |
|
|
عامل احتكاك لمعجون الأسنان |
نادرا جدا ما تستخدم |
الاستخدام الأساسي، مع قيمة احتكاك RDA معتدلة (100-150) وامتصاص الماء (> 50 مل/20 جم)، يمكن أن ينظف الأسنان بفعالية دون الإضرار بالمينا. |
يتم تحديد الاختلافات في هذه البيانات من خلال "الخلفيات" المختلفة لمادتين:
تعتبر السيليكا الغازية "سيدة في علم الريولوجيا": حجم جسيماتها الأولية صغير للغاية (في نطاق النانومتر)، ونقاوتها عالية للغاية، وخصائص سطحها تمكنها من تكوين شبكة روابط هيدروجينية قوية بسرعة في الأنظمة غير القطبية. لذلك، في السيناريوهات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في سلوك السوائل، مثل الطلاء عالي الجودة المضاد للترهل، والمواد اللاصقة المضادة للترسب، وتعزيز مطاط السيليكون، وما إلى ذلك، يعد هذا خيارًا لا يمكن استبداله.
طريقة الترسيب السيليكا هي "ملك الحشوات الوظيفية": لديها نسبة أداء عالية التكلفة (حوالي 1/5 إلى 1/3 من تكلفة طريقة الطور الغازي)، ومن خلال ضبط عملية التخليق، يمكن تغيير مساحة سطحها المحددة وقيمة امتصاص الزيت وحجم المسام وغيرها من المعالم بمرونة لتلبية الاحتياجات المختلفة. لذلك، في المنتجات الصناعية السائبة ذات الطلب الحساس من حيث التكلفة والمتنوعة مثل الإطارات ونعال الأحذية ومعجون الأسنان والأعلاف وما إلى ذلك، فإنها تحتل أكثر من 90٪ من حصة السوق.
