Слюда: как выдерживает высокие температуры

Слюда: как выдерживает высокие температуры

Миканит в основном добывается из палеозойских пород и встречается во многих регионах мира, включая Индию, юг Африки и Россию, а также на американских континентах. Слюда используется в таких приборах, как тостеры и микроволновые печи, а также в кольцевых и пллоских нагревателях . Слюда относится к категории силикатов алюминия, что означает, что химически они содержат кремнезем (SiO4). Изоляционный материал, используемый в нагревателях слюды, обладает превосходными физическими характеристиками, такими как термические, механические, электрические и химические свойства. Существует два основных типа слюды: (1) мусковит, который содержит большое количество калия, способствующий сильным механическим свойствам, и (2) флогопит, содержащий различные уровни магния, что позволяет ему выдерживать более высокие температуры, чем мусковит.

Слюда имеет уникальную особенность: можно получать очень тонкие чешуйки постоянной толщины. Он проводит небольшое количество тепла, особенно перпендикулярно его слоям. Кроме того, он негорючий и не выделяет паров. С точки зрения нагрева слюда является отличным вариантом из-за ее устойчивости к эрозии и искрению, а также ее диэлектрической прочности. Кроме того, слюда устойчива к воздействию химикатов и воды, а также обладает отличной прочностью на сжатие. Миканит также выдерживает напряжения изгиба благодаря своей высокой эластичности.

Хотя некоторые типы слюды могут выдерживать температуры, превышающие 1000 ° C, температура слюды не должна превышать 400 ° C при использовании в сборке нагревателя. Когда температура превышает этот уровень, в связующем начинается разрушение и происходит ослабление электрической прочности изоляции.

Эти особенности важны, поскольку кольцевой миканитовый нагреватель из слюды изгибается под перпендикулярным давлением, образуя определенный диаметр. Типичный слюдяной хомутовый нагреватель имеет толщину примерно 3 мм и может иметь различную геометрию и определенные особенности, такие как отверстия и вырезы. Универсальность его конструкции хорошо подходит для многих сфер применения и различного оборудования.

Самым большим недостатком миканитовых нагревателей является максимальная температура оболочки 350 ° C. Растет число процессов, требующих более высоких температур, чем могут предложить миканитовые нагреватели.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое слюда и какие ее свойства

Слюда — природный минерал характерного слоистого строения, что позволяет расщеплять ее кристаллы на листочки толщиной до 0,006 мм. Тонкие листочки слюды обладают гибкостью, упруги и имеют большое разрушающее напряжение при растяжении. Склеивая листочки слюды клеящими смолами или лаками (щелочным, масляно-битумным и др.), получают твердую (миканиты) или гибкую (микаленты) слюдяную изоляцию для обмоток электрических машин.

Среди довольно большой группы природных слюд в качестве электроизоляционных материалов находят применение только мусковит и флогопит, так как они легко расщепляются и обладают высокими электрическими характеристиками.

Мусковит — калиевая слюда, имеющая преимущественно серебристый, иногда с зеленоватым или красноватым оттенком, цвет кристаллов. 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 кислота разлагают мусковит только при нагревании. Мусковит не изменяет своих свойств до температуры 500 °С. При превышении этой температуры из слюды начинает выделяться химически связанная вода. В результате листочки слюды вспучиваются, т. е. увеличивают свою толщину. При этом резко ухудшаются электрические и другие характеристики. Температура плавления мусковита 1260—1300 °С.

Флогопит — калиево-магнезиальная слюда, имеющая цвет кристаллов от черного до янтарного. Тонкие (0,006—0,01 мм) листочки этой слюды полупрозрачны. Они имеют меньшее разрушающее напряжение при растяжении и менее упруги по сравнению со слюдой мусковит. Сравнительно низкое сопротивление истиранию позволило применять флогопит в производстве клееных листовых материалов — коллекторных миканитов, из которых штампуют прокладки для изоляции медных пластин в коллекторах электрических машин. Находясь во время работы под истирающим действием щеток, изоляционные прокладки из флогопита истираются в одинаковой степени с медными пластинами. Это обеспечивает нормальную работу коллектора. Флогопит по сравнению с мусковитом обладает меньшей химической стойкостью: реагирует с кислотами, но щелочи на него не действуют. Флогопит не изменяет своих характеристик до температуры 800 °С. При превышении этой температуры начинается вспучивание листочков флогопита с потерей ими первоначальных электрических и механических свойств. В некоторых разновидностях слюды флогопит с повышенным содержанием воды (гидратизированный флогопит) резкое ухудшение свойств наступает начиная с температуры 200—250 °С. Температура плавления слюды флогопит 1270—1330 °С.

Какая температура выдерживает слюда

Нагревательные элементы из слюды широко используются в различных промышленных и коммерческих целях благодаря их исключительной термической стабильности, высокой термостойкости и низкой теплопроводности. Они широко считаются одними из самых надежных и экономичных решений для отопления во многих отраслях. Однако на производительность нагревательных элементов из слюды могут влиять такие факторы, как толщина и размер.

Толщина слюдяного нагревательного элемента играет решающую роль в его работе. Более толстые элементы часто более прочны и долговечны, способны выдерживать более высокие температуры и давления, не разрушаясь при этом. Они также имеют более длительный срок службы и требуют меньшего обслуживания по сравнению с более тонкими элементами. Однако более толстые элементы могут потреблять больше энергии, поскольку они имеют более высокую тепловую массу и, следовательно, требуют больше времени для нагрева и охлаждения.

С другой стороны, размер нагревательного элемента из слюды также может повлиять на его производительность. Элементы большего размера могут обеспечить более высокую мощность нагрева, что является преимуществом в приложениях, требующих более значительного количества тепла. Кроме того, более крупные элементы могут распределять тепло более равномерно, что может привести к лучшему контролю температуры и более равномерному нагреву. Однако более крупные элементы также могут быть более сложными в изготовлении и установке, и для их работы может потребоваться больше энергии.

В целом, хотя толщина и размер являются важными факторами, влияющими на производительность нагревательных элементов из слюды, это лишь некоторые из многих факторов, которые следует учитывать при выборе решения для обогрева. Другие факторы включают совместимость материалов, рабочую температуру и общую эффективность. Тщательно учитывая все эти факторы и выбирая правильный нагревательный элемент из слюды, можно добиться оптимальной производительности и эффективности в своих системах отопления.

Как температура влияет на слюду

В зависимости от требований могут использоваться разные сорта стекол, от легкоплавких натриевых до тугоплавких кварцевых. Основной плюс стекла, помимо его термостойкости — прозрачность для видимого света (а кварцевое прозрачно еще и для ультрафиолета). Также немаловажный плюс — возможность визуально оценить целостность, трещины обычно видны.

Примеры применения

Корпуса радиоламп, осветительных ламп, предохранителей. Кварцевые трубки — корпуса нагревателей, электрогрилей. Стеклянный и фарфоровый изолятор линий электропередач проработавший на улице более 30 лет.

Недостатки.

Хрупкое, не выносит ударов. Некоторые сорта стекла растрескиваются при резком неравномерном нагреве.Типичный признак (но не обязательный!) кварцевого стекла — большое количество свилей в направлении экструзии стекла.

Интересные факты о стекле

Здесь стоит дополнительно сказать про сапфировое стекло, закаленное стекло и химически закаленное стекло. В рекламных описаниях множества электронных устройств для массового потребления можно встретить упоминания этих видов стекол.

• Сапфировое стекло формально стеклом не является (оно не аморфное, как стекла, а кристаллическое), но, в силу внешнего сходства, так именуется. Сапфировое стекло — это тонкие пластинки лейкосапфира (чистый Al₂O₃— оксид алюминия). Лейкосапфир тверже обычных стекол, поэтому используется для защиты оптики от пыли, абразивного истирания песчинками в военной технике, и в дорогих устройствах бытового назначения. Стекло наручных часов из сапфира дольше останется нецарапанным. При этом, получение сапфировых стекол большого размера по вменяемой цене затруднительно, поэтому планшеты с сапфировым стеклом мы увидим нескоро.
• Закаленное стекло. Стекло хорошо сопротивляется сжатию и плохо — растяжению. Повысить механическую прочность стекла можно его закалкой — стекло разогревают до высоких температур и резко и равномерно охлаждают. В результате в стекле образуются механические напряжения, которые увеличивают механическую прочность. Чаще всего закалку стекла делают для безопасности. Обычное стекло, если в него кинуть камнем, разбивается на несколько довольно крупных осколков, которые могут нанести серьезную травму. Закаленное стекло при разрушении дает много мелких осколков, которые значительно безопаснее. Поэтому все стекла в автомобиле, в торговых центрах, стеклянные полки мебели — закалены. Изделие из закаленного стекла обработке не подлежит, если попытаетесь стеклянную полочку для ванной подрезать, она с хлопком рассыпется в крошку, поэтому закалка производится после обработки. Демонстрацией свойств закаленного стекла являются батавские слезки.
• Химически закаленное стекло. Например, часто упоминаемое Gorilla glass. Для тонких пластинок стекла термический способ закалки не подходит, поэтому пластинки стекла обрабатывают в растворе, который, к примеру, замещает ион натрия на ион калия. Так как ион калия крупнее, то поверхностные слои стекла как бы «распирает» более крупными атомами в решетке, создавая как раз требуемые механические напряжения. Как итог — такое стекло прочнее, лучше сопротивляется царапинам.

Какие факторы влияют на термостойкость слюды

Мусковит используется в электроизоляционной промышленности: он выдерживает нагрев до 600 С.

Флогопит - гигроскопичная слюда: она более мягкая и труднее расщепляется на тонкие слои, но более термостойкая и выдерживают нагрев до 800 ° C.

Анализ разных типов слюды

Термическое сопротивление кристаллов флогопита на 200–300 выше, чем у мусковита. Это связано с тем, что при 400 ° C и флогопит, и мусковит выделяют одинаковое количество газов. Когда температура повышается на 100 ° C, в мусковите резко увеличивается газовыделение, в основном за счет выделения воды. Для флогопита газ оценивается при 400 ° С. Дигидроксилирование флогопита происходит за счет удаления структурной воды. Для флогопита площадь дигидроксилирования колеблется от 800 до 1000 ° С.

Принимая во внимание структурные свойства кристаллов слюды, предполагается, что образующаяся вода будет концентрироваться в межслоевом зазоре, вызывая диффузионное сопротивление удаленной воды из межпакетной области. Для арьябиловских флогопитов, нагретых до 700-900 ° С, происходит два процесса водоотведения (удаление воды осуществляется двумя способами). В интервале от 700 до 800 ° C вода удаляется в диффузионном режиме. В 800 ° C, процесс удаления межслойной воды завершается, а при температуре выше 800 ° C дигидроксилирование, т.е. начинается удаление химически связанной воды.

Для флогопитов Каталаха и Ковдора дигидроксилирование начинается, когда разделение межслоевой воды еще не завершено, тогда как для арьябиловских флогопитов процесс удаления межслоевой воды четко разграничен . Исследования на природном флогопите показали, что водная масса теряется во время три стадии: адсорбированная вода выделяется при 40–220 °, межслоевая вода - при 220–900 °, конституционная вода - при 960 ° и выше.

Слюда, характеризующаяся повышенным содержанием фтора, более термостойкая. Резкое увеличение газовыделения при высоких температурах в кристаллах мусковита связано с дегидратацией октаэдров структурного мотива. В результате кристалл трескается, создавая благоприятные условия для газовыделения.

Результаты терморентгеноструктурных исследований флогопитов не показали существенных изменений дифракционной картины при 527 ° C. При более высоких температурах они легко фиксируются. При 727 ° C во флогопите образуется новая кристаллическая фаза, которая сохраняется после охлаждения и последующих циклов нагрев-охлаждение во всем диапазоне температур.

Таким образом, флогопиты имеют высокотемпературный одиночный переход . В результате образуется кристаллическая фаза, характеризующаяся меньшим базальным параметром и меньшим объемом элементарной ячейки, которая устойчива в широком диапазоне температур. Уменьшение параметров является основным отличием фазового перехода во флогопитах от перестройки структуры мусковита при нагревании. В результате дигидроксилирования в мусковите образуется фаза с более крупной структурой.

Как выдерживает слюда высокие температуры

20.05.2022 Для приоритетного равномерного нагрева применение слюдяных нагревателей является экономичным и эффективным решением, ведь для специально разработанных нагревателей, работающих в определённом пределе температур, они будут представлять собой отличный вариант, не причиняя ущерба качеству и сроку их службы. Следующая информация поможет вам рассмотреть плюсы и минуты такого метода нагрева, а также варианты для идеального использования этих нагревателей.
Почему используется слюда?
Этот силикатный материал используется в различных устройствах и электронике достаточно широко. Она используется в разных химических составах, тем самым заменяя какой-то один отдельный минерал. Зависит это от атомов других атомных структур: алюминия, кальция, железа, магния и т.д. Благодаря её минеральной структуре, слюда имеет сопротивление электричеству в высокой степени, является свето-и влагоустойчивой, поэтому она хороший изолятор для промышленного применения.
С её помощью ускоренно нагреваются нагревательные элементы, делают они это равномерно, и также охлаждаются. Именно поэтому слюду используют для электроники, применяемой в быту, как материал, обладающий термостойкостью, и поддерживающий нагревательные элементы. В слюдяных промышленных нагревателях между слоями из этого материала зажат протравленный фольговый элемент. Из-за их нагрева до температур, которые имеют превышения для клея, нагреватели с помощью зажимов, позволяющих распределить тепло равномерно, устанавливаются на сам радиатор.
Minco может адаптировать профили нагрева обогревателя так, что обе его части будут разной температуры благодаря дизайну и их производству. Делается это с изменением ширины вытравленного элемента. Точно также могут быть настроены нагреватели Minco Mica Thermofoil™.