Электрическая прочность слюды

Если диэлектрик поместить между электродами и подвести к ним постепенно повышаемое напряжение, то при достаточно высокой напряженности электрического поля сила тока через диэлектрик начинает расти быстрее, чем напряжение, сопротивление диэлектрика резко уменьшается.

При некотором значении напряжения наступает пробой диэлектрика — потеря им диэлектрических свойств.

Напряжение, при котором происходит пробой, называется пробивным напряжением, а соответствующая напряженность поля, равная в однородном поле отношению пробивного напряжения к толщине диэлектрика, пробивной напряженностью электрического поля.

Существенное значение при пробое имеет характер электрического поля. В однородном поле, получаемом в образце, имеющем полусферические выемки – электроды, пробивное напряжение возрастает пропорционально толщине диэлектрика. Пробой в этом случае характеризует истинную диэлектрическую прочность вещества.

У краев простых плоских электродов всегда появляются большие неоднородные поля. Пробивные напряжения в таком неоднородном поле имеют менее высокие значения в сравнении с однородным, и это снижение растет с толщиной образца.

Степень однородности поля повышается с ростом проводимости и диэлектрической проницаемости среды, окружающей диэлектрик, а также зависит от кривизны кромки электродов.

Электрическая прочность слюд на технической частоте

(по данным лаборатории ИГУ)

Вид слюды

Толщина,

мм

Поле перпендикулярно спайности

Поле параллельно спайности

пробивная напряженность,

кв эф/мм

толщина,

мм

пробивное напряжение,

кв эф/мм

в неоднородном поле

в однородном поле

Мусковит

0,025

110-130

900-1000

10,0

1-2

Флогопит твердый

0,025

115-140

300-500

10,0

1,0-1,5

Как видно из таблицы, электрическая прочность слюд в однородном поле, нормальном к спайности, очень высокая, достигает 1000 кв эф/мм и более. Она несколько меньше для кристаллов флогопита, чем мусковита.

Такая колоссальная электрическая прочность в слюдах связана с особенностями их строения. В кристалле чередуются слои с высокой (пакеты) и низкой (межпакетные зоны) электрической прочностью и повышенной электропроводностью.

Подобное сочетание слоев сглаживает неоднородности поля и приводит к появлению в пакетах более равномерного внутреннего поля, затрудняющего появление электронной лавины.

С ростом толщины кристалла его электрическая прочность существенно снижается. Это уменьшение объясняется тем, что поле в диэлектрике становится все более неоднородным по мере разведения электродов. Кроме того, с ростом толщины повышается количество дефектов в зоне поля.

Повышение температуры практически не сказывается на электрической прочности до 3500С. Дальнейший рост температуры уменьшает электрическую прочность для кристаллов флогопита сильнее, чем для мусковита.

Понижение электрической прочности с температурой может быть объяснено ростом электропроводности, приводящей к локальному разогреву отдельных областей кристалла и их тепловому пробою.

Электрическая прочность на переменном напряжении значительно меньше, чем в постоянном поле. Это может быть объяснено наличием в кристаллах местных проводящих неоднородностей, разогревающихся в переменном поле (расслоения, включения минералов и т.п.).

По этой же причине электрическая прочность понижается приблизительно на 30% при длительном действии поля и зависит от толщины образца.

С повышением температуры электрическая прочность в перпендикулярном направлении понижается у мусковитов выше 300-5000С, у флогопитов с 250-3000С; у негидратированных флогопитов она выше, чем у мусковитов.

Вдоль плоскости спайности электрическая прочность примерно в 100 раз ниже, чем в перпендикулярном к спайности направлении. Это объясняется более рыхлой структурой межпакетных зон, чем самих пакетов, а также наличием в кристаллах продольных расслоений и включений, содержащих пленочную воду. Вследствие высокой электропроводности этих расслоений они быстро разогреваются в электрическом поле, и кристалл теряет электрическую прочность.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О СЛЮДЕ

Вторая половина XVIII ознаменовалась успехами в производстве стекла, снижением его цены. Это привело к падения спроса на слюду, сокращению ее добычи. Однако, иллюминаторы боевых кораблей продолжали делать из слюды, т. к. стеклянные не выдерживали залпов орудий.
Слово «слюда» («слуда») ­ исконно русское. Смысл выражения «слудиться» издревле означал ­«слоиться». Впервые слово «слуда» упоминается в «Остромировом евангелии» (1057 г.)
В годы Великой Отечественной войны потребность в высококачественной слюде, используемой в оборонной промышленности, резко увеличилась. Слюда была в остром дефиците: Карельские месторождения были захвачены врагом, Бирюсинское истощилось. Вся добыча мусковита велась только на Мамско­-Чуйском месторождении.
В древнем индейском городе Теотиуакан в Мексике обнаружено странное сооружение, названное «Слюдяной храм». Подобных сооружений не обнаружено больше нигде в мире. Его уникальность заключается в том, что строение сверху прикрывает двойной слой слюды­ мусковита, назначение которого до сих пор неизвестно.
Мусковит — стратегическое сырье, применяется в 22 направлениях, «от косметики до космоса». 
Во времена Петра I существовал большой спрос на слюду («московское стекло») со стороны Западной Европы и Америки, используемую для иллюминаторов боевых кораблей, который удовлетворялся, в основном, за счет Мамской слюды.
Слюда мусковит прозрачна, имеет стеклянный блеск. Флогопит, как правило, темная слюда, просвечивающая лишь в тонких листах.
В России начала XXI века сложилась парадоксальная ситуация: держава, обладающая огромными ресурсами слюды, вынуждена покупать ее за границей, т. к. собственная добыча практически не ведется. История циклична: абсолютно идентичная ситуация наблюдалась в начале прошлого столетия.
Впервые синтетическая слюда, фторфлогопит, была получена российским ученым К.Д. Хрущевым в 1887 году. Искусственная слюда почти прозрачна и по ряду характеристик превосходит природную.
Если в бетон добавить слюду, это резко повысит его прочность, при этом снизится тепло­- и звукопроводность.
Химический состав состав слюды доходит до 40 элементов. При этом резкие колебания в химическом составе наблюдаются даже в слюдах одного месторождения и, нередко, одного кристалла.
В соответствии со спектральной классификацией астероидов выделяют довольно редкий тип углеродных астероидов класса G. Считается, что эти астероиды в основном сложены из низкотемпературных гидратированных силикатов, таких как слюда и глина с примесью углерода или органических соединений.
Название разновидности слюды «вермикулит» произошло от латинского слова «червячок», т. к. при нагревании он образует длинные червеобразные столбики и жгуты.
За точку отсчета слюдяного промысла в Мамско­-Чуйском районе принято считать август 1689 года, когда Якутский воевода Зиновьев выдал казаку Афанасию Пущину  «Наказную память», которой он обязывался «...сыскать и промыслить по Витиму реке слюды...»
Слюда, обладая высокими диэлектрическими свойствами, значительной термостойкостью, способностью расщепляться на тончайшие листы, является непревзойденным электроизоляционным материалом, широко применяемым в радиотехнике.
В середине XVII века цена листовой слюды варьировалась от 20 до 50 копеек за лист. Для сравнения, иностранные купцы того времени платили за 1000 белок 16 рублей, за пуд черной икры — 1 рубль.
Выход готовых изделий из листовой слюды от добытого сырья составляет в среднем 8,25%. Это обуславливает достаточно высокую цену на изделия и их дефицит.
Слюда относится к электроизоляционным материалам высшего класса нагревостойкости: при нагреве до нескольких сот градусов она сохраняет свои электрические свойства.
В XVIII веке на ежегодных Иркутских ярмарках слюда занимала важное место наравне с традиционными сибирскими товарами — пушниной, кожей, серебром. Здесь она закупалась российскими купцами и вывозилась в Москву.
Слюда мусковит обладает высокой химической стойкостью. Соляная кислота его не разлагает при нагревании до 300 градусов Цельсия. Он также не восприимчив к щелочам.
Слюда является одним из наиболее распространенных минералов земной коры. В обычных горных породах она встречается в виде мельчайших чешуек. Промышленные же месторождения, где кристаллы достигают крупных размеров, чрезвычайно редки.
Пластины слюды широко используются и как материал для дизайна. Так, слюда используется для каминных экранов, создавая декоративный эффект и одновременно защищая от воздействия высоких температур.
Термостойкость мусковита, т. е. температура, при которой он сохраняет свои свойства, достигает 700 градусов Цельсия. Для сравнения, температура плавления алюминия составляет 660 градусов, свинца — 327, серебра — 962.
Ни древние греки, ни римляне не были знакомы со слюдой. В ученых трактатах Западной Европы стали называть слюду «Витрум Московитикум», т. е. стекло Московии. Позднее название упростилось, стало короче ­ «московит» и, наконец, в минералогии укрепилось как «мусковит»
Один из крупнейших в истории кристаллов мусковита был найден в Канаде. Его размер составил 1,95х2,85х0,6 м и весил он около 7 тонн.