シリカ（SiO2）は、Eガラスシリカは、Eガラスの優れた特性の基盤を形成しています。簡単に言えば、シリカはEガラスの「ネットワーク形成体」または「骨格」です。その機能は具体的には以下の領域に分類できます。
1. ガラスネットワーク構造の形成（コア機能）
これはシリカの最も基本的な機能です。シリカ自体がガラス形成酸化物であり、SiO4四面体は酸素原子を介して互いに結合し、連続的で強固かつランダムな三次元ネットワーク構造を形成しています。
- 類推：これは建設中の家の鉄骨構造のようなものです。シリカがガラス構造全体の主要な骨組みとなり、その他の成分（酸化カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ホウ素など）は、この骨組みを補ったり、性能を調整したりする材料となります。
- このシリカ骨格がなければ、安定したガラス状態の物質は形成されません。
2. 優れた電気絶縁性能の提供
- 高い電気抵抗率：シリカ自体のイオン移動度は極めて低く、化学結合（Si-O結合）は非常に安定かつ強固であるため、イオン化しにくい。シリカが形成する連続ネットワークは電荷の移動を大きく制限するため、Eガラスは非常に高い体積抵抗率と表面抵抗率を有する。
- 低誘電率および低誘電損失：Eガラスの誘電特性は、高周波および高温下でも非常に安定しています。これは主にSiO2ネットワーク構造の対称性と安定性によるもので、高周波電界における分極度が低く、エネルギー損失（熱への変換）が最小限に抑えられます。そのため、Eガラスは電子回路基板（PCB）や高電圧絶縁体の補強材として最適です。
3. 良好な化学的安定性の確保
E ガラスは、水、酸 (フッ化水素酸と高温リン酸を除く)、および化学物質に対して優れた耐性を示します。
- 不活性表面:緻密なSi-O-Siネットワークは化学活性が非常に低く、水やH+イオンと反応しにくいため、耐加水分解性と耐酸性が非常に優れています。これにより、Eガラス繊維で強化された複合材料は、過酷な環境下でも長期にわたって性能を維持できます。
4. 高い機械的強度への貢献
最終的な強さはガラス繊維表面欠陥や微小亀裂などの要因にも大きく影響されますが、理論的な強度は主に強力な Si-O 共有結合と 3 次元ネットワーク構造に由来します。
- 高い結合エネルギー:Si-O 結合の結合エネルギーは非常に高いため、ガラス骨格自体が非常に強固になり、繊維に高い引張強度と弾性係数が与えられます。
5. 理想的な熱特性の付与
- 低熱膨張係数:シリカ自体の熱膨張係数は非常に低く、Eガラスもシリカが主骨格となるため、比較的低い熱膨張係数を有しています。そのため、温度変化に対する寸法安定性に優れ、熱膨張・収縮による過度の応力が発生しにくいという特徴があります。
- 高軟化点:シリカの融点は非常に高く（約1723℃）、他の融剤酸化物を添加することでEガラスの最終的な融点は低下しますが、SiO2コアによって、ほとんどの用途の要件を満たすのに十分な高い軟化点と熱安定性が確保されます。
典型的なEガラスガラスの組成において、シリカ含有量は通常52～56%（重量比）で、酸化物成分の中で最も多く含まれています。シリカはガラスの基本的な特性を決定づけるものです。
Eガラスにおける酸化物の役割分担：
- SiO2（シリカ）： メインスケルトン構造的安定性、電気絶縁性、化学的耐久性、強度を提供します。
- Al2O3（アルミナ）： 補助ネットワーク形成および安定化装置化学的安定性、機械的強度を高め、失透傾向を軽減します。
- B2O3（酸化ホウ素）： フラックスとプロパティ修飾子; 熱的および電気的特性を改善しながら、融点を大幅に下げます（省エネ）。
- CaO/MgO（酸化カルシウム/酸化マグネシウム）： フラックスと安定剤; 溶解を助け、化学的耐久性および失透特性を調整します。
投稿日時: 2025年10月10日
