1. ХАРАКТЕРИСТИКА СЛЮДИ ТА СЛЮДЯНИХ МАТЕРІАЛІВ

Серед відомих електроізоляційних матеріалів різного функціонального призначення найвищі діелектричні властивості проявляють слюда і композиційні матеріали на її основі, так звані слюдиніти і слюдопласти. Проте, функціональні можливості їх недостатньо широкі. Це пов'язано з тим, що кристали слюди мають обмежені розміри, а слюдобумаги - низьку механічну міцність (12 Мпа) і відсутність вологостійкості, а композиційні матеріали містять зв’язкові, до складу яких входять органічні складові, що обмежує температурний рівень експлуатації (до 600 До).

Високі діелектричні властивості слюди і їх термостійкість можуть бути збережені при поєднанні слюдобумаг зв’язковими неорганічного походження, які можуть забезпечити отримання композиційних матеріалів нових класів.

Пошук зв’язкових сумісних із слюдобумагою і таких, що забезпечують зв'язок між частинками при збереженні високого рівня її електроізоляційних властивостей в інтервалі 1000 - 1200 К, виявляє

Поиск связующих, совместимых со слюдобумагой и обеспечивающих связь между частицами при сохранении высокого уровня её электроизоляционных свойств в интервале 1000 - 1200 К, є проблемою, рішення якої відкриває нові можливості розвитку сучасної технології електроізоляційних матеріалів. Кристалохімічна близькість силікатів і фосфатів, ідентичність основних структурних елементів - тетраедрів, аналогічний характер зв'язків Р-О-Р і Si-O-Si, близькість розмірів іонних радіусів (Р - 0,034 нм; Si - 0,039 нм) дозволяє прогнозувати застосування фосфатних зв’язкових і можливість синтезу матеріалів з комплексом нових необхідних властивостей.

До проблем, тісно пов'язаних з питаннями пошуку зв’язкових, вибору слюди і досліджень взаємодії між ними при створенні композиціних електроізоляционних матеріалів відносяться також, вирішувані в дисертаційній роботі, питання створення технології електроізоляційних виробів і електронагрівальних елементів різних конструкційних типів і оснащення ними промислового і побутового устаткування широкого функціонального призначення, а також організація сучасного конкурентоздатного виробництва.

Слюда є групою матеріалів, що відносяться до водних алюмосилікатів з яскраво вираженою шаруватою структурою. Як електрична ізоляція в даний час застосовують два види мінеральної слюди - муськовіт і флогопіт. Окрім природної слюди застосовуються також і синтетичні. Використання слюди як ізоляція крупних турбо- і гідрогенераторів, тягових електродвигунів і як діелектрик в деяких конденсаторах пов'язано з її високою електричною міцністю, нагрівостійкістю, механічною міцністю і гнучкістю. На основі природної і синтетичної слюди може бути виготовлені багато різних цікавих для техніки матеріалів. Численні нові слюдинітові і слюдопластові матеріали забезпечують в даний час підвищення надійності електротехнічного устаткування, поліпшення якості і підвищення питомої потужності електричних машин.

Ізоляційні матеріали на основі слюди

Електроізоляційні матеріали на основі слюди: папір слюдяний, слюдопласто-стрічки, міканіт, слюдопласт колекторний, матеріал конструкційний жаростійкий (робоча температура до +800 С). Вироби з листової слюди: конденсаторна слюда, слюда захисна, для радіоприладів, слюдяні деталі для радіоламп і високочастотного устаткування. Мелена слюда (мусковіт, флогопіт) використовується як наповнювач для обмотки кабелів (зменшує горючість, підвищує термостійкість), приміняється у виготовленні компаундів.

Слюда - вельми поширені в природі і широко використовувані в практиці мінерали класу шаруватих силікатів. Проте вони володіють вищими споживчими якостями при штучному виготовленні. Основним параметром оцінки якості слюди є характеристичне відношення діаметру до її товщини. Чим воно вище, тим кращі властивості матеріалів на основі слюди. Існуючі способи механічної, механохімічної, термохімічної, електрохімічної, гідротермальної дезінтеграції (розщеплювання) кристалів слюди по площинах досконалої спайності дозволяють отримати частинки завтовшки ~ 1 . 5 мкм. Проте для задоволення сучасних вимог до слюдомісткими матеріалами необхідно отримувати слюду у вигляді ультратонких частинок (завтовшки < 1 мкм). У зв'язку з цим зріс інтерес до набухаючих (що розширюється) тріоктаедрічних 2:1 термостабільних філосилікатах, зокрема до фтортетракремністої слюди, що розширюється (ФТКС), до якої відноситься і Na-четырехкремнефтристая слюда. У кристалах цих структурних з'єднань зв'язок між шарами слабкий, і іони лужних металів, координовані між шарами, легко гидратіруются. В результаті гидратациі ці шаруваті силікати легко розщеплюються на ультратонкі частинки завтовшки 50, здатні утворити з водою стабільний і однорідний золь. У цьому стані ФТКС володіють унікальними хімічними і фізико-технічними характеристиками і є дефіцитною і перспективною сировиною для багатьох галузей промисловості і сучасної техніки. Одним з наукових напрямів вдосконалення методів отримання ФТКС, що розширюються, є використання синтетичних силікатів, зокрема, синтетичного дігидрата силікату магнію (ДГСМ).

Для отримання слюди, що розширюється, Na-чотирьохкремнефтористої слюди як модельні були вибрані системи ДГСМ - MgF2 - Na2SiF6 і ДГСМ - Na2SiF6 - NаF. Na-чотирьохкремнефтористу слюду отримують з розплаву (при 1300 – 1500 С) з використанням початкових сумішей, що складаються з чистих реактивів (SiО2, SiF4 у вигляді газу, MgО, MgF2, Na2О, NаF, Na2SiF6 і ін.), з подальшим охолоджуванням отриманого розплаву для кристалізації.

У справжній роботі викладені результати оптимізації физико-хімічних умов процесу синтезу Na-чотирьохкремнефтористої слюди шляхом кристалізації розплаву, отриманого з реакційних сумішей у вищезгаданих системах. Ця робота є продовженням досліджень по синтезу шаруватих і волокнистих фторсилікатів з синтетичних силікатів. Раніше нами повідомлялося про отримання тієї, що розширюється фторслюди Na-теніоліта.

Дані дифрактограми синтезованої слюди Na- чотирьохкремнефтористої слюди

d/n



d/n



12,28

10

2,45

1



9,88

7

2,374

2



6,46

1

1,975

2



5,08

1

1,668

1



3,34

6

1,512

1



3,19

5

1,398

2



Таким чином, встановлена можливість і знайдені оптимальні умови процесу синтезу слюди, що розширюється, Na-чотирьохкремнефтористої слюди з синтетичного дігидрата силікату магнію (ДГСМ – МgОSiО22Н2О) шляхом кристалізації розплаву (при 1080 – 1225 С). Показана порівняно висока реакційна активність сумішей на основі ДГСМ, що обумовлює скорочення тривалості процесів синтезу Na-чотирьохкремнефтористої слюди в 2 і 8 разів відповідно і зниження температури синтезу на 200 – 300 С. Na- чотирьохкремнефториста слюда з найбільшим виходом утворюється з реакційної суміші, у складі якої як галогенвмістних компоненти використано поєднання Na2SiF6 і NаF.

Вся слюда кристалізується в моноклінній сингонії і утворює, як правило, пластинчасті структури, які мають гексагональну структуру. Всі вони мають досконалу спайність по площині. У перпендикулярному напрямі спостерігається менш досконала спайність, яка проходить паралельно площинам, і виявляється у фігурах удару і тиску. По хімічному складу слюди – алюмосилікати лужних і лужноземельних металів. Основними елементами, що входять до складу муськовітов, флогопітов, вермікулітов є кремній (Si), кисень (О), алюміній (Al), магній (Mg), калій (К) і водень (Н). Окрім основних елементів до складу слюди входять ще більше тридцяти хімічних елементів.

Різкі коливання в хімічному складі спостерігаються не тільки для різних мінералогічних різновидів слюди, але і для слюди одного вигляду.

Для кристалів слюди характерна яскраво виражена зміна фізичних властивостей з напрямом. Це обумовлено своєрідністю структури: великою енергією зв'язку атомів в пакеті і значно меншою між пакетами. Наслідком цієї анізотропії сил міжатомних зв'язків є здатність кристалів слюди розщеплюватися на тонкі плоськопараллельниє пластинки з анізотропією механічних властивостей. Остання приводить до залежності від напряму твердості, модулів пружності і міцності при різних видах деформації.

Муськовіти є двошаровими пакетами з параметрами осередку: А = 0,518 нм, В = 0,902 нм, С = 2,00 нм, кутом моноклінності р = 95 30'. Хімічна формула муськовіта з розрахунку на елементарну яче