22 Слюда и асбест

Слюды представляют собой группу материалов, относящихся к водным алюмосиликатам с ярко выраженной слоистой структурой, которая обусловливает высокую анизотропию свойств, т. е. неодинаковость физико-механических и электрических характеристик в на­правлении вдоль и поперек слоев. В качестве электрической изоля­ции в настоящее время применяют два вида минеральных слюд: мусковит и флогопит.

Кроме природных слюд применяются также и синтетические Слюда является весьма ценным природным минеральным электро­изоляционным материалом. Использование ее в качестве изоляции крупных турбо- и гидрогенераторов, тяговых электродвигателей и в качестве диэлектрика в некоторых конденсаторах связано с ее вы­сокой электрической прочностью, нагревостойкостью, мехакической прочностью и гибкостью. В природе слюда встречается в виде кристаллов. которые способны легко расщепляться на пластинки параллельным друг другу плоскостям (плоскостям спайности)

Слюды достаточно широко распространенные минералы и со­ставляют 3,8 % массы земной коры, однако промышленные место­рождения мусковита и флогопита, содержащие кристаллы достаточно крупных размеров, немногочисленны. Крупноразмерный мусковит добывается в Карелии, Иркутской и Мурманской областях, а флогопит – Мурманской области и Якутии. За рубежом крупными слюдяными месторождения­ми располагает Индия.

Химический состав природных слюд может быть приближенно выражен следующими формулами:

s w:val="30"/><w:lang w:val="EN-US" w:fareast="RU"/></w:rPr><m:t>O</m:t></m:r></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> 

Кроме того, в слюды могут входить другие химические элементы, оказывающие влияние на их свойства.

В месторождениях слюду обычно находят вместе с кварцем, по­левым шпатом и другими минералами. Примесь трехвалентного же­леза придает мусковиту коричневую или красноватую окраску, при­чем мусковит с такой окраской считается наилучшим. Мусковит зе­леноватого цвета с примесью двухвалентного железа имеет ухудшенные диэлектрические свойства, в частности пониженное удельное объемное сопротивление.

Мусковит, флогопит в практических условиях применения слю­дяной изоляции имеют высокую химическую стойкость, причем мус­ковит более стоек, чем флогопит. Сильные кислоты и щелочи дейст­вуют на мусковит и флогопит только при значительной концентра­ции, при нагревании и длительном контакте.

По электрическим свойствам мусковит является одним из луч­ших электроизоляционных материалов и превосходит в этом отноше­нии флогопит. Кроме того, он более прочен механически, более тверд, гибок и упруг, чем флогопит. При нагревании слюды до не­которой температуры из нее начинает выделяться входящая в ее состав вода. При этом в результате вспучивания слюда теряет прозрачность, толщина ее увеличивается, механические свойства и электрические характеристики ухудшаются. Для различных слюд температура обезвоживания колеблется в весьма широких преде­лах: у мусковитов она обычно не менее 200°С, у флогопитов – не менее 800°С Некоторые разновидности флогопита имеют более низкие температуры обезвоживания (150-250°С), что связано с по­вышенным содержанием воды. Такие слюды находят применение только для малоответственных целей.

Температура плавления слюд зависит от их химического состава и находится в пределах 1145-1400°С, Расплавленная слюда при застывании не образует кристаллов прежнего состава. Получае­мый после остывания расплава стекловидный материал не являет­ся слюдой.

Синтетическая слюда получается путем расплавления в высоко­температурной печи шихты специально подобранного состава с по­следующим весьма медленным охлаждением расплава, в результате чего кристаллизуется синтетическая слюда. Синтетическая слюда, называемая фторфлогопитом, обладает более высокой химической стойкостью, нагревостойкостью, радиационной стойкостью, чем природный флогопит. Это связано с тем, что во фторфлогопите от­сутствует кристаллизационная вода, гидроксильные группы ОН в нем замещены на ионы фтора Синтетическая слюда значительно дороже, чем природная. Она получается в виде сравнительно не­больших кристаллов и труднее, чем природная слюда, расщепля­ется. По этим причинам синтетическая слюда не может рассматри­ваться как заменитель природной, однако она представляет боль­шой интерес из-за высоких электрических свойств. Фторфлогопит находит применение в качестве изоляционных материалов в элект­ронных лампах, дли окон волноводов, в качестве диэлектрика кон­денсаторов, работающих до температуры 600 – 700 ^оС, и дли других изделий, применяемых в радиоэлектронике. Кроме того, на основе синтетической слюды может быть изготовлено, как и на основе при­родной слюды, много различных интересных для техники материа­лов. Сравнение свойств мусковита, флогопита и фторфлогопита при­ведено в табл. 8.4.

Слюдяные материалы изготовляют на основе так называемой щепаной слюды. После очистки слюды от посторонних минералов при её извлечении из горных пород она носит название забойного сырца. Забойный сырец разбирается вручную, раскалывается ножом на пластинки и разбирается. Полученная щепаная слюда применяется для производства миканитов.

Асбест

Асбест представляет собой группу тонковолокнистых природных гидросиликатов, способных разделяться на отдельные волокна при механическом воздействии. По химическому составу, строению и физическим свойствам различают два типа асбеста: хризотиловый и амфиболитовый, но только один из них – хризотиловый (или волокнистая модификация серпентина) используется в промышленности.

Хризотиловый асбест (хризотил) представляет собой сильно гидратированный силикат магния. Кристаллическая структура асбеста состоит из ряда нейтральных плоскостей, образованных комбинацией последовательно чередующихся слоев тетраэдрических кремнийкислородных анионов и октаэдрических магнийкислородных катионов. Микроструктура хризотиловых волокон представляет собой ряд концентрических трубок, образованных сворачиванием плоскостей вокруг оси. Структурные особенности строения волокон хризотилового асбеста проявляются в том, что магнийкислородные структурные слои, входящие в кристаллическую решетку, доступны действию кислот и легко вымываются ими. По этой причине хризотиловый асбест при действии кислот быстро разрушается с образованием аморфного гидратированного геля.

Асбест обладает высокой огнестойкостью, термостойкостью, устойчивостью к действию озона и солнечной радиации, нерастворимостью в воде, высокой гибкостью волокон, а также хорошими тепло-, звуко- и электроизоляционными свойствами.

Из асбеста изготавливают ткани, бумаги, картоны, фильтры, брезенты и др. материалы, которые находят широкое применение в современной технике, в том числе в автомобилестроении.

Материалы на основе асбеста

Материалы на основе асбеста применяют для теплоизоляции поверхностей с высокой температурой. В зависимости от состава материалы из асбеста делятся на две группы: асбестовые, состоящие только из асбестового волокна (асбестовая бумага и картон), и асбестосодержащие, куда вхо­дят другие вещества, обладающие вяжущими свойствами (асбесто-кремнеземистые, асбесто- магнезиальные, асбесто-известково-кремнеземистые). Асбестовая бумага состоит из асбеста и небольшого количества крахмала - для склеивания. Объемный вес бумаги 450-950 кг/м3, коэффициент теплопроводности при 100° - 0,12-0,17 ккал/м∙ч∙град. Разрушение волокон происходит при тем­пературе 500°. Асбестовый картон изготавливают из асбестовой бу­маги или асбестового волокна, смешанных с наполнителем (каолин) и связующим веществом (крахмал). Асбестовый картон имеет объемный вес 900-1000 кг/м3, коэффициент теплопровод­ности при температуре 100° - 0,15 ккал/м∙ч∙град. Существует также материал, состоящий из нескольких слоев бумаги с ячеи­стым или волокнистым строением и воздушными прослойками; его называют асбестовым войлоком. Асбесто-кремнеземистые материалы состоят из 15-30% асбеста и кремнеземистых горных пород - трепела, диатомита. Асбесто-трепельную (диатомитовую) смесь затво­ряют водой и полученную мастику наносят на изолируемую по­верхность. Теплоизоляционные материалы, получаемые на ос­нове   асбесто-кремнеземистых   смесей,   называют   асбозуритом и асбестотермитом. Объемный вес этих материа­лов 400-850 кг/м3, коэффициент теплопроводности при 100° - 9,08-0,20ккал/м∙ч∙град. Асбозурит и асбестотермит при нагревании до 800-900° не изменяют своих свойств. Асбесто-магнезиальные материалы состоят из смеси асбеста с солями магния и кальция. К ним относится совелит, который содержит до 15% асбеста и доломит. Его выпускают в виде порошка, из которого делают мастику для обмазки теплоизолируемых поверхностей или различные изделия - плиты, скорлупы. Применим при температуре до +450°. Асбесто-известково-кремнеземистые мате­риалы состоят из 20% асбеста, 20% извести и 60% трепела или диатомита (вулканит). Из вулканита изготавливают плиты и пр., причем отформо­ванные изделия подвергают автоклавной обработке. Предельная температура применения вулканита +600°.