ТВЕРДЫЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ДИЭЛЕКТРИКИ
§ 74. Электроизоляционная слюда
Слюда представляет собой природный минерал с характерным слоистым строением, позволяющим расщеплять кристаллы слюды на тонкие листочки толщиной до 0,005 мм. Расщепление кристаллов слюды происходит по параллельным друг к другу плоскостям спайности.
Тонкие листочки слюды обладают гибкостью, они упруги и имеют высокий предел прочности при растяжении (стр= 15-35 кГ/см2). Склеивая листочки слюды клеящими смолами или лаками (шеллачный, масляно-битумный и др.), получают твердую (миканиты) или гибкую (микаленты) слюдяную изоляцию для обмоток электрических машин.
Природные слюды имеют сложный химический состав, в который входят: кремний (Si), калий (К), магнии (Mg), алюминии (Al), кислород (02) и водород (Н2). Кроме этих основных элементов, в слюде содержатся в небольшом количестве (до 1—3%) окислы железа, кальция, бария, хрома и других элементов (FeO; Fe203; СаО; ВаО; Сг203 и др.). Из довольно большой группы природных слюд в качестве электроизоляционных материалов применяют только два вида слюды — мусковит и флогопит. Эти виды слюды отличаются расщепляемостью и хорошими электрическими характеристиками.
Мусковит * — калиевая слюда. Цвет кристаллов мусковита преимущественно серебристый, иногда с зеленоватым или красноватым оттенком. Тонкие листочки (0,05—0,06 мм) этой слюды прозрачны. Мусковит обладает химической стойкостью; на него не действует ни один из растворителей и щелочей. Серная и соляная кислоты, разлагают мусковит только при нагревании.
Основные характеристики мусковита: плотность 2,7-3,0 г/см3; водопоглощаемость 1,3-4,5% р„=10ич-1016 ом-см\ e=6-i-8: tg б = 0,00034-0,0005; Enp=120-f-190 кВ/мм (при толщине листочков 0,1 мм). С увеличением толщины электрическая прочность слюды уменьшается.
Мусковит не изменяет своих свойств до температуры 500— 600° С. При превышении этой температуры из слюды начинает выделяться химически связанная вода. В результате этого листочки слюды вспучиваются, т. е. увеличивают свою толщину. При этом резко ухудшаются электрические и другие характеристики. Температура плавления слюды мусковит равна 1260—1300° С.
Флогопит — калиевомагнезиальная слюда. Цвет кристаллов флогопита изменяется от черного и коричневого до янтарного. Тонкие (0,01—0,06 мм) листочки слюды флогопита полупрозрачны. Они имеют меньший предел прочности при разрыве и менее упруги по сравнению со слюдой мусковит. Сравнительно низкое сопротивление истиранию слюды флогопит позволило применять ее в производстве клееных листовых материалов — коллекторных миканитов. На них штампуют прокладки для изоляции медных пластин в коллекторах электрических машин (рис. 128). Находясь во время работы под истирающим действием щеток, изоляционные прокладки из флогопита истираются в одинаковой степени с медными пластиками. Это обеспечивает нормальную работу коллектора.
Рис. 128. Электроизоляционные прокладки из коллекторного миканита
Флогопит обладает меньшей химической стойкостью по сравнению с мусковитом. Он реагирует с кислотами, но щелочи на него не действуют.
Основные характеристики флогопита: плотность 2,7ч-2,8 г/см3, водоноглощение 1,5-5,2%; p„=10l34-1015 ом-см\ е = 5ч-7; Eпр = 95-М80 кВ/мм (при толщине листочка 0,01 мм).
Флогонит не изменяет своих характеристик до температуры превышении этой температуры начинается вспучивание флогопита с потерей ими первоначальных электрических свойств.
У некоторых разновидностей слюды флогопит с повышенным содержанием воды (гидратизированный флогопит) резкое ухудшение свойств наступает начиная с температуры 200—250° С.
Температура плавления слюды флогопит равна 1270—1330° С. Следует отметить, что все виды слюды поглощают влагу, главным образом по плоскостям спайности, листочков слюды. Водопоглощаемость у слюды мусковит составляет 1,3—4,5%, а у слюды.
Слюда залегает в земле в виде жил вместе с другими минералами (пегматит, кварц и др.). Добытые кристаллы слюды, отделенные от посторонних минералов, называются забойным сырцом. Ввиду того что забойный сырец содержит 60—70% низкокачественной слюды с включениями различных минералов, его подвергают очистке и получают промышленный слюдяной сырец. Последний раскалывают на пластины, называемые слюдяными подборами.
По величине полезной площади слюдяные подборы делятся на двенадцать размеров, согласно площади прямоугольника (с отношением сторон от 1-М до 1-т-З), который может быть вписан в контур подбора. В табл. 43 приведены размеры слюдяных подборов.
Различают подборы для конденсаторной слюды, подборы слюды для электровакуумных приборов и подборы для щипаной слюды.
Т а б л и ц а 43
Размеры слюдяных подборов
Размер подбора | Площадь прямоугольника, вписываемого в контур подбора, с.и1 | Размер подбора | Площадь прямоугольника. вписываемого в контур подбора, см* |
155 | 155 и более | 20 | 20-30 |
90 | 90—155 | 15 | 15—20 |
65 | 65—90 | 10 | 10-15 |
50 | 50—65 | 6 | 6—10 |
40 | 40—50 | 4 | 4—6 |
30 | 30—40 | 0,5 | -- |
Конденсаторная слюда представляет собой листочки прямоугольной формы толщиной 20—65 мкм, длиной 7—60 мм и шириной 4—50 мм. К конденсаторной слюде, идущей для изготовления слюдяных конденсаторов, предъявляют самые высокие требования. Все марки конденсаторной слюды изготовляют из мусковита методом штамповки листочков, получаемых из подборов. Только защитные (боковые) пластинки конденсаторов изготовляют из твердых сортов флогопита.
Слюда для электровакуумных приборов должна обладать паи большей плотностью, чтобы обеспечивать хорошую дегазацию приборов. Кроме того, слюдяные изоляционные детали для электровакуумных приборов должны быть механически прочными. Этим требованиям удовлетворяет слюда мусковит, из листочков которой получают (штамповкой) различные плоские детали для внутренней изоляции в электронных лампах.
Щипаная слюда — это листочки толщиной 10—45 мкм, имеющие форму контура, соответсвующую контуру подбора. Щипаную слюду получают методом расщепления соответствующих подборов слюды — мусковит и флогопит.
Этим методом можно получать листочки, однородные по толщине. В зависимости от площади прямоугольника, который можно
Таблица 44
Сортамент щипаной слюды
| Размеры листочков щипаной слюды | ||||||||
| 51) | 4 0 | 30 | 20 | 15 | 10 | 6 | 4 | 0.5 |
Площадь вписываемого прямоугольника, см2 | 50—60 | 40-50 | 30—40 | 20-30 | 15—20 | 10—15 | 6—10 | 4—6 | 0,5—4,0 |
вписать в контур листочка, различают девять размеров щипаной слюды (табл. 44) .
Щипаную слюду применяют для изготовления ответственных видов изоляции (пазовая и др.) в турбогенераторах, гидрогенераторах, тяговых электродвигателях и в других электрических машинах. Из-за малой площади листочков щипаной слюды ее применяют в виде клееных слюдяных материалов — миканитов и микалент.
К настоящему времени создана синтетическая слюда — фторологопит, обладающая хорошей расщепляемостью на листочки, которые совершенно прозрачны. По сравнению с природными слюдами фторофлогопит обладает более высокой нагревостойкостью (до 1000° С), меньшим водопоглощением (0,5—2,0%) и более высоким уровнем электрических характеристик. Так, у синтетической слюды удельное объемное сопротивление в 15—20 раз, электрическая прочность в 1,5 раза выше, а тангенс угла диэлектрических потерь в 2 раза меньше, чем у природной слюды. Главные области применения фторофлогопита — это внутренняя изоляция в электронных лампах и нагревостойкая изоляция специальных электрических машин.
