15.4. Слюда и слюдяные материалы

Слюда – это минералы со слоистой структурой и высокой анизотропией свойств, представляющие собой силикатные материалы, в кристаллической структуре которых имеются протяженные плоские сетки (пластины), построенные из кремнийкислородных тетраэдров. В плоскостях каждый атом кремния связан тремя общими атомами кислорода с соседними атомами кремния. Такой структуре отвечают повторяющиеся фрагменты, которые и образуют кремнийкислородный слой.

Между слоями кремнийкислородных тетраэдров расположен октаэдрический слой, образованный атомами алюминия или магния, кислорода и гидроксильными группами. Таким образом, кремнийкислородные тетраэдрические слои связаны попарно через гидроаргилитовый (алюминиевые октаэдры) или бруцитовый (магниевые октаэдры) слои. В образующемся «сэндвиче» заряды анионов компенсированы присутствием связывающих катионов (калия, лития, кальция или натрия), расположенных между слоями. Кремнийкислородные слои расположены друг над другом, подобно пачке листов. Поскольку связи между указанными слоями слабее, чем внутри слоев, характерным свойством слюды является легкое расщепление кристаллов вдоль плоскостей спайки.

Особенности внутреннего строения слюды определяют ее химическую инертность и стойкость к действию кислот и щелочей.

Существует несколько типов слюды: мусковит, флогопит, биотит, лепидолит и др. Из них только первые два наиболее распространены в природе и используются в промышленных масштабах: мусковит – KAl₂ (AlSi₃O₁₀) (OH)₂ и флогопит – KMg₂ (AlSi₃O₁₀) (OH)₂.

Слюды обладают уникальным комплексом свойств. Они химически инертны, выдерживают сильное нагревание (до 500°С – мусковит и до 1000°С – флогопит), обладают отличными диэлектрическими и теплоизоляционными свойствами, водостойкостью, устойчивостью к действию масел и бензина, способностью расщепляться на чрезвычайно тонкие листочки. Все это обусловило широкое применение слюды в современной технике преимущественно в виде различных композиционных материалов при изготовлении пластмасс, лакокрасочных покрытий и клеевых композиций.

Кроме природных слюд используется также синтетическая слюда – фторфлогопит, отличающийся от флогопита тем, что в его кристаллической решетке гидроксильные группы замещены ионами фтора. Он имеет повышенную нагревостойкость (до1000°С), характеризуется высокими электроизоляционными свойствами и химически более устойчив.

Микалексы представляют собой прессованную массу, в которой связующим являются легкоплавкие стекла (борно-свинцовые или борно-бариевые), а наполнителем – порошкообразный мусковит. Прессование проводится при температуре размягчения стекла около 600°С и давлении 50 – 70 МПа, при этом стекло химически взаимодействует с поверхностью слюды. Выпускают микалексы в виде листов или стержней разного сечения, из которых методом механической обработки изготавливают различные детали.

Миканиты представляют собой композиционные материалы листового или рулонного строения, полученные склеиванием отдельных пластинок слюды с помощью клеящего лака или сухой смолы, иногда с применением волокнистой подложки из бумаги или ткани. Подложка наклеивается с одной или обеих сторон, увеличивая прочность материала при растяжении и затрудняя отслаивание пластинок слюды при изгибе. Миканиты являются твердыми материалами, из которых изготавливают изоляционные прокладки, шайбы и др. детали.