1. Вопрос № 35.................................................................................................................3 2. Вопрос № 38 ................................................................................................................7 3. Вопрос № 44...............................................................................................................15 4. Вопрос № 53...............................................................................................................16 5. Вопрос № 62 ..............................................................................................................18 6. Задача № 3..................................................................................................................21 7. Задача № 17................................................................................................................22 Литература......................................................................................................................28
Слюды
Скальный обломок со слюдой
Слюды — группа минералов-алюмосиликатов, обладающих слоистой структурой и имеющих общую формулу R1(R2)3 [AlSi3O10](OH, F)2, где R1 = К, Na; R2 = Al, Mg, Fe, Li. Слюда — один из наиболее распространённых породообразующих минералов интрузивных, метаморфических и осадочных горных пород, а также важное полезное ископаемое.
Структура Основной элемент структуры слюды представляет собой трёхслойный пакет из двух тетраэдрических слоёв [AlSi3O10]4− или [Si4O10]4−, между которыми находится октаэдрический слой из катионов R2. Два из шести атомов кислорода октаэдров замещены гидроксильными группами (ОН) или фтором. Пакеты связаны в непрерывную структуру через ионы К+ (или Na+) с координационным числом 12. По числу октаэдрических катионов в химической формуле различают диоктаэдрические и триоктаэдрические слюды. В первых катионы Al3+ занимают два из трёх октаэдров, оставляя один пустым; во вторых катионы Mg2+, Fe2+ и Li+ с Al3+ занимают все октаэдры. Слюды кристаллизуются в моноклинной (псевдотригональной) системе и образуют столбчатые или пластинчатые кристаллы. Относительное расположение шестиугольных ячеек поверхностей трёхслойных пакетов обусловлено их поворотами вокруг оси c на различные углы, кратные 60°, в сочетании со сдвигом вдоль осей a и b элементарной ячейки. Это предопределяет существование нескольких полиморфных модификаций (политипов) слюды, обладающих, как правило, моноклинной симметрии.
Свойства Слоистая структура слюды и слабая связь между пакетами сказывается на её свойствах: пластинчатость, совершенная (базальная) спайность, способность расщепляться на чрезвычайно тонкие листочки, сохраняющие гибкость, упругость и прочность. Кристаллы слюды могут двойниковаться по «слюдяному закону» с плоскостью срастания (001) и часто имеют псевдогексагональные очертания. Твёрдость по минералогической шкале 2,5-3; плотность 2770 кг/м³ (мусковит), 2200 кг/м³ (флогопит), 3300 кг/м³ (биотит). Мусковит и флогопит бесцветны и в тонких пластинках прозрачны; оттенки бурого, розового, зелёного цветов обусловлены примесями Fe2+, Mn2+, Cr2+ и др. Железистые слюды — бурые, коричневые, тёмно-зелёные и чёрные в зависимости от содержания и соотношения Fe2+ и Fe3+. Обладает хорошими электроизоляционными свойствами.
Разновидности Встречаются ванадиевая слюда — роскоэлит KV2AISi3O10](OH)2, хромовая слюда — хромовый мусковит, или фуксит, и др. В слюде широко проявляются изоморфные замещения: К+ замещается Na+, Ca2+, Ba2+, Rb+, Cs+ и др.; Mg2+ и Fe2+ октаэдрического слоя — Li+, Sc2+, Jn2+ и др.; Al3+ замещается V3+, Cr3+, Ti4+, Ga3+ и др.
Изоморфизм В слюдах наблюдаются совершенный изоморфизм между Mg2+ и Fe2+ (непрерывные твёрдые растворы флогопит — биотит) и ограниченный изоморфизм между Mg2+- Li+ и Al3+-Li+, а также переменное соотношение окисного и закисного железа. В тетраэдрических слоях Si4+ может замещаться Al3+, а ионы Fe3+ могут замещать тетраэдрический Al3+; гидроксильная группа (OH) замещается фтором. Слюды часто содержат различные редкие элементы (Be, В, Sn, Nb, Ta, Ti, Mo, W, U, Th, Y, TR, Bi), содержащиеся в виде субмикроскопических минералов-примесей: колумбита, вольфрамита, касситерита, турмалина и др. При замене К+ на Ca2+ образуются минералы группы хрупких слюд — маргарит CaAl2[Si2Al2O10](OH)2 и др., более твёрдые и менее упругие, чем собственно слюды. При замещении межслоевых катионов К+ на H2O наблюдается переход к гидрослюдам, являющимся главными компонентами глинистых пород.
История Благодаря широкой распространённости и способности слюды расщепляться на очень тонкие, почти прозрачные листы, она использовалась с древних времён. Слюда была известна в Древнем Египте, Древней Индии в Греческой и Римской цивилизации, Китае, у ацтеков. Первое использование слюды в пещерной живописи относится к верхнему палеолиту. Слюда была обнаружена в Пирамиде Солнца в Теотиуакане. Позднее слюда являлась весьма распространенным материалом для изготовления окон. Примерами могут служить оконницы ХII века, хранящиеся в Эрмитаже, отверстия в которых были закрыты слюдой; возок Петра Первого; светильники для парадного выхода царей в Историческом музее. В старинных светильниках пластины слюды служили в качестве окошек, закрывающих огонь. Слюда широко применялась для украшения внутреннего пространства и отделки храмов, а также при создании икон. Интереснейшим и красивейшим способом применения слюды является её использование в просечном железе в старинном северном русском промысле, широко развитом в XVII—XVIII веках в Великом Устюге. Тончайшие ажурные узоры покрывали «теремки» — ларцы для хранения тканей, одежды, различных ценностей и деловых бумаг. Деревянную основу обтягивали тканью или кожей, покрывали слюдой, а поверх набивали ажурные листы железа. Цветные фигуры и мерцание слюды оживляли строгую графику прорезных узоров. В кораблестроении слюда применялась на боевых кораблях в иллюминаторах.
В современной технике
Лист обработанной слюды
Существует три вида промышленных слюд: • листовая слюда; • мелкая слюда и скрап (отходы от производства листовой слюды); • вспучивающаяся слюда (например, вермикулит). Промышленные месторождения листовой слюды (мусковит и флогопит) высокого качества с совершенными кристаллами больших размеров редки. Крупные кристаллы мусковита встречаются в гранитных пегматитах (Мамско-Чуйский район Иркутской области, Чупа, Лоухский район Карелии, Енско-Кольский район Мурманской обл, а также месторождения Индии, Бразилии, США). Месторождения флогопита приурочены к массивам ультраосновных и щелочных пород (Ковдорское на Кольском полуострове) или к глубоко метаморфизованным докембрийским породам первично карбонатного (доломитового) состава (Алданский слюдоносный район Якутии, Слюдянский район на Байкале), а также к гнейсам (Канада и Малагасийская Республика). Мусковит и флогопит используют как высококачественный электроизоляционный материал, в электро-, радио- и авиатехнике. Ещё один промышленный минерал литиевых руд — лепидолит — используется в стекольной промышленности для изготовления специальных оптических стёкол. Используется для создания входных окон некоторых счетчиков Гейгера, так как очень тонкая пластинка слюды (0,01 — 0,001 мм) является достаточно тонкой, чтобы не задерживать ионизирующие излучения с низкой энергией, и при этом достаточно прочной. Мелкая слюда и скрап используются как электротехнический изоляционный материал (например, слюдобумага). Обожжённый вспученный вермикулит применяется как огнестойкий изоляционный материал, наполнитель бетона для получения тепло- и звукозащитных материалов и утеплителей, для теплоизоляции печей. Фасонные штампованные детали из слюды применяются для высокопрочной электрической изоляции источников тока, для электрической изоляции и крепления внутренней арматуры в электронных приборах, для крепления и изоляции внутренней арматуры сверхминиатюрных электронных ламп. Наиболее распространённой неисправностью микроволновой (СВЧ) печи является прогорание, повреждение защитной прокладки. В большинстве микроволновых печей прокладка, защищающая волновод, устанавливается в специальный «карман» и фиксируется винтом.
Добыча слюды Слюда разрабатывается подземным или открытым способами с применением буровзрывных работ. Кристаллы слюды выбирают из горной массы вручную. Разработаны методы промышленного синтеза слюды. Большие листы, получаемые путём склеивания пластин слюды (миканиты), используются как высококачественный электро- и теплоизоляционный материал. Из скрапа и мелкой слюды получают молотую слюду, потребляемую в строительной, цементной, резиновой промышленности, при производстве красок, пластмасс и т. д. Особенно широко используется мелкая слюда в США.
Микалекс Микалекс — материал, получаемый из прессованной и термически обработанной смеси мусковита и легкоплавкого стекла. • Свойства Микалекс — твёрдый, плотный материал. Негигроскопичен. Обладает высокой стойкостью как к высокой температуре (до 800 °C), так и к её резким колебаниям. Является хорошим изолятором. Допускает механическую обработку, в частности, резку и шлифовку.
Применение в промышленности Микалекс используется в качестве вставок в дугогасительных камерах электровозов и переходных клемников в напольных электрических печах. В электровакуумной технике (держатели мощных ламп, гребенки катушек индуктивности, платы и т.п.), в радиотехнической и электротехнической промышленности для изготовления плат и различных деталей. При изготовлении микалекса от 10 до 40 процентов материала теряется в процессе шлифовки. Производятся исследовательские работы с целью минимизировать отходы производства и повысить выход готовой продукции.
Лаки, клеи.
Лак — раствор органических полимеров искусственно синтезированных или природного происхождения (смолы), в различных органических растворителях или воде. При отверждении образует прозрачную, блестящую или матовую плёнку. В настоящее время существуют лаки, не содержащие в составе растворителей. Их низкую вязкость обеспечивают олигомеры, которые способны отверждаться в присутствии специальных веществ - отвердителей или катализаторов. Лаки условно делят на термопластичные и термореактивные. Отверждение пленки лака происходит либо за счет испарения растворителя, либо за счет химической реакции полимеризации. Лаки представляют собой растворы твёрдых веществ в жидкостях, способных или испаряться, или высыхать; твёрдые вещества — различные смолы, а жидкостями-растворителями служат этиловый (винный) и метиловый (древесный) спирты, эфирные и растительные высыхающие масла. Смоляной раствор, наложенный на лакируемую поверхность, высыхает, оставляя тонкую, прозрачную и блестящую плёнку (в практике называемую лакировкой), свойства и качества которой определяют достоинства взятого лака. На иностранных языках слова фр. laque, нем. lack означают краску, получаемую осаждением органических красочных пигментов металлическими солями. Такие краски по-русски называются баканами, а русское слово «лак», как обозначение жидкости с указанными выше свойствами, в западной Европе переводится словами англ. varnish, Firniss, фр. vernis. Существует множество различных смол, идущих для производства лаков; они отличаются друг от друга по своим свойствам, в зависимости от которых находятся и достоинства получаемых лаков. Почти все смолы растворяются в растительных маслах и лишь немногие в эфирных маслах и спиртах. Смолы, отличающиеся особенной твёрдостью и тугоплавкостью, называются копалами. Из жидкостей в качестве растворителей в лаковом производстве наиболее употребительны: обыкновенный спирт, различные сорта скипидара и льняное масло. По этим растворителям лаки подразделяются на три главные группы: лаки спиртовые, скипидарные и масляные. Каждая из названных групп имеет свой подбор смол, отличается своими характерными свойствами и предназначением; производство лаков каждой группы требует особых приёмов и приспособлений. Изобретение лака в Европе приписывают немецкому монаху Феофилу, жившему в XII столетии; в первое время приготовление их было обставлено тайнами и велось келейным образом. Надо думать, что первые лаки европейского производства были спиртовыми, а первым лаковым заводом на континенте Европы следует считать завод французского химика Шене, построенный в 1803 г. Производство масляных лаков долгое время представляло привилегию Англии, и только когда Америка, Португалия и Голландия стали снабжать европейские рынки такими же смолами и копалами, какими Англия у себя пользовалась монопольно из своих колоний, лаковое производство сделалось общедоступным; однако, возникновение масляно-лаковых заводов началось лишь с начала 60-х г. XIX века, то есть совпадает с обнародованием исследований французского химика Виолета о лаках в 1862 г. В России начало производства масляных экипажных лаков совпало с развитием сети железных дорог. Первым русским заводом высоких сортов масляных лаков явился завод фирмы И. С. Оссовецкого и Ко, основанный в 1874 г. в Москве. • Спиртовые лаки Спиртовой лак — это простой раствор смолы в винном или древесном спирте. Последний самостоятельно употребляется весьма редко, но часто служит примесью винного спирта с целью удешевления лака. Из смол применяются шерлак (или шеллак), сандарак и мастика. Смола измельчается в тонкий порошок и заливается спиртом в 92—95°, в стеклянных бутылях или баллонах; растворение ведётся при комнатной температуре и ускоряется постоянным взбалтыванием. Смола берётся всегда в избытке, с целью получения насыщенного раствора. Так приготовленный лак процеживается. Эта операция в производстве спиртовых лаков считается самой трудной, она на различных заводах ведётся различно и тщательно охраняется от посторонних, считаясь секретом заводов. Обыкновенное процеживание совершается c помощью стеклянных воронок, выложенных войлоком или суконными цедилками; воронки прикрываются стёклами с мелкими отдушинами для доступа воздуха. Процеживание идёт весьма медленно и всегда сопряжено с потерей спирта. Спиртовые лаки получают название от смол, на которых они приготовлены. Так, различают лаки шеллачные, сандарачные и сандарачно-шеллачные. Мастика самостоятельно не употребляется и служит подмесью к названным смолам. Подмесь мастики мягчит лаковую плёнку, но увеличивает её блеск. Лак спиртовой, разжижённый спиртом, называется политурой. Кроме упомянутых подразделений, спиртовые лаки и политуры ещё получают свои названия от цвета, в который окрашены; так известны красные, жёлтые, белые и различные цветные лакокрасочные материалы. Спиртовые лаки идут для лакировки и полировки деревянных изделий. Лаковый слой не выносит влияний наружной атмосферы и особенно боится сырости и резких перемен температуры; в закрытых же помещениях, при обыкновенных условиях комнатного воздуха, сохраняется долго. По твёрдости слоя первое место принадлежит лакам шеллачным; сандарачные лаки дают более мягкую лакировку, но они всегда получаются светлее. Цветные лаки подкрашиваются анилиновыми красками, готовятся обыкновенно на сандараке с примесью мастики, служат для лакировки металлических изделий, игрушек, оловянных капсулей и пр. Цвет их, по неустойчивости анилиновых пигментов, весьма непрочен.
Скипидарные лаки Подобно спиртовым, приготовляются простым растворением смол в скипидаре. Скипидарные лаки подразделяются на белые и чёрные; для приготовления первых служит смола даммаровая, для чёрных — асфальт. Даммаровые лаки обыкновенно ценятся по своему оттенку; самые светлые, почти белые, называются эмалевыми. Лаки даммаровые, желтоватые, готовятся трёх сортов, обозначаемых № 1, 2 и 3, всё отличие которых заключается в густоте оттенка; чем лак светлее, тем он ценится дороже и идёт под № 1. Подразделение на сорта асфальтовых лаков делается в зависимости от подмеси канифоли (гарпиуса), служащей для удешевления этих лаков в ущерб их качества. Асфальтовых лаков также имеется три сорта, означаемых в торговле № 1, 2 и 3. Производство скипидарных лаков обыкновенно связано с производством лаков масляных, тогда как производство спиртовых лаков с производством масляных и скипидарных ничего общего не имеет. Лаки скипидарные приготовляются следующим образом: смолы даммара или асфальт дробятся на куски величиной в орех и в таком виде всыпаются в медный котелок, подогреваемый на очаге. При темп. около 200 °C даммара и асфальт размягчаются (смолы, назначаемые для скипидарных лаков, до жидкой плавки доводить не следует; размягчённая смола снимается с очага и обливается в котелке скипидаром, который быстро смешивается со смолой, для чего следует только тщательно перемешивать их железной лопаткой, мешалкой, и скипидар прибавлять малыми порциями. Обыкновенно приливается на 10 частей смолы к 30 ч. скипидара по весу. Лак, таким образом приготовленный, в теплом состоянии сливается в отстойные резервуары, где отстаивается от 2 до 3 недель, и затем уже поступает в торговлю. Применение скипидарных лаков довольно ограничено; их лаковая плёнка мягка, гигроскопична и влияния внешней атмосферы не выдерживает. Все сорта даммаровых лаков употребляются для лакировки поверхностей, окрашенных в белый или в самые светлые колеры. Чёрный, асфальтовый лак идёт для лакировки дешёвых железных изделий или самых простых малярных того же цвета окрасок. Масляные лаки Пользуются самым обширным и разнообразным применением, поэтому и ассортимент их весьма многочислен. Материалами для производства масляных лаков служат льняное масло, скипидар и различные сорта копалов. Льняное масло идёт в виде олифы, которую заготовляют ранее. Скипидар употребляется только высокой очистки, обыкновенно для лакового дела берут скипидары франц. и американский, получаемые при производстве канифоли. Из копалов — самого важного материала — пользуются особым предпочтением все сорта копала-каури, копала-манилла, занзибар, ангола, сиерра-леона и копал вестиндский (хрустальный). От выбора всех поименованных материалов зависят качества и достоинства масляных Л. Производство масляных Л. более сложно, чем спиртовых и скипидарных; кроме того, здесь требуется особенный навык, опыт и тщательное наблюдение. Всё производство состоит из следующих операций: 1. приготовление олифы 2. сортировка 3. дробление 4. плавление копалов 5. варка лака 6. отстаивание Лаковая олифа приготовляется из сухого, отстойного льняного масла; масло подогревается до температуры 260 °C в особом медном открытом котле на голом огне и во время варки олифы в него прибавляют немного свинцового сахара и борно-кислого марганца. Сваренная олифа должна на пробном стекле высыхать в течение 18 часов, не давать отлипи и представлять собой прозрачную бесцветную, блестящую и эластичную плёнку. Такая олифа является не только растворителем копалов, но сама служит главным составным элементом лаковой оболочки. Линоксеин олифы, соединяясь с копалами, уничтожает их хрупкость, даёт эластичность лаковой плёнке и служит важным условием прочности и устойчивости масляной лакировки. Лаковая олифа заготовляется в запас, сохраняется в отстойных резервуарах и только в чистом, отстоянном виде идёт для приготовления лака. Сортировка копалов играет также важную роль в производстве. Торговые их сорта получаются в кусках различной величины, различной степени прозрачности и цвета и даже различной твёрдости. При сортировке отбираются куски, однородные по цвету, чистоте, величине и твёрдости, и каждый сорт в отдельности служит для приготовления особого сорта или № Л. Дробление копалов производится помощью ручной машинки, употребляемой для колки сахара; при известном навыке один человек в день может надробить около 6 пудов копала. Отсортированный, дроблёный копал поступает в плавку и затем в варку Л. Большинство масляных Л. производится из смешения нескольких сортов копала. Подбор и относительная пропорция их для приготовления известн. сорта или, как говорят, специальности Л. и составляет обыкновенно секрет заводов. Комбинации смешений, ввиду огромного выбора копалов и др. смол, бесчисленны, и всякий завод имеет свои приёмы и рецепты. Различные копалы имеют различную твёрдость, а следовательно, и различную температуру плавления. Есть копалы, как занзибар, сиерра-леона и др., плавящиеся выше 400 °C, поэтому при плавлении следует соблюдать такой порядок, чтобы в плавильные котлы засыпалась раньше порция тугоплавкого копала и после её расплавления прибавлялись требуемые по рецептам более легкоплавкие копалы и др. смолы. Эта предосторожность уменьшает пригорание смол и даёт болеесветлые оттенки Л., но на практике почтивсегда мастера смешивают сразу дробленыекопалы и смесь подвергают одновременнойплавке. Плавка и варка представляют собой самые сложные и трудные операции в производстве Л. При плавлении копалов происходит обильное выделение летучих продуктов, легко воспламеняемых, поэтому устройство лаковарных очагов требует специальных приспособлений. Плавка копалов и варка Л. на крупных заводах производятся в больших медных котлах ёмкостью в 30—40 вёдер (370-490 литров), помещаемых на очагах, устроенных в полу лаковарни. Над котлом находится воронкообразный железный колпак, с тягой, для отвода летучих продуктов. Котёл снабжён цепью, посредствомкоторой, с помощью установленного вблизи крана, он во всякое время может быть снятс очага. Во всё время плавки, начало которой определяется появлением тяжёлых паров и газов в виде дыма, копал перемешивается железной мешалкой. По окончании плавки, что узнаётся по прекращению выделения дыма, котёл снимают с очага, и в расплавленный копал, при постоянном перемешивании, вливают по частям определённую порцию олифы, предварительно подогретой до 250 °C; затем котёл опять устанавливают на очаг и начинают варку. Эта операция требует особенного знания и опыта. Всё достоинство Л. зависит от определения конца его варки. Л. недоваренный или переваренный бракуется. Конец варки определяется постоянными пробами варимого Л. Пробы эти производятся помощью стекляннойпалочки, которой варимый Л. берут каплями на плоское стекло, и по цвету, густоте и липкости этих капель узнают окончание варки. Сваренный Л. снимают с очага и дают остыть до 200 °C По достижения этой температуры начинают, при постоянном перемешивании, приливать по частям заранее отвешенную порцию скипидара, причём котёл помещают под колпаком с тягой, так как разбавка Л. скипидаром сопровождается сильным выделением паров и газов. Затем Л. дают остыть и остывший, готовый лак сливают в отстойные резервуары. На малых заводах, а некоторые Л. и на заводах крупных варят в медных котелках меньшего размера, ёмкость которых не превосходит 4—5 вёдер (50-60 литров). Для таких котелков (ручных) устраиваются особые очаги и самые котелки имеют специальную конструкцию со шлемом, отводящим газы в вытяжную трубу, и отверстием, через которое помощью мешалки производится постоянное перемешивание содержимого котелка. Плавка и варка производятся точно так же, как и в больших котлах. Классическим рецептом масляного Л. считается следующий: 14 ч. копала, 43 ч. олифы и 25 ч. скипидара. При этом, однако, следует заметить, что всю суть лакового производства составляют выбор и пропорция копалов, особенности приготовления олифы и способ плавления копалов и варки Л. Отстаивание масляных Л. производится в особых отстойных отделениях, где помещаются соответствующие резервуары. Отстойное отделение должно иметь температуру не ниже 20° Р (25 °C) и быть свободно от сырости. Резервуары делаются из котельного железа вместимостью от 50 до 100 пд. (820-1640 Кг.) Л. Для каждого сорта Л. должно иметь, по крайней мере, два резервуара, так как отстаивание продолжается не менее 6-ти месяцев. Отстоявшийся Л. переливается и запаивается в жестяные галлоны, вмещающие от 5 фн.(2 Кг.) до 1 пд. (16 Кг.) Л., в которых Л. и поступают в продажу. Масляные Л. подразделяются на экипажные, малярные и специальные. Между экипажными Л. отличают: Л. подготовительный — для подготовки поверхности под окраску, Л. под № 2 и 3 — для первых слоевлакировки по окраске под шлифовку и Л. № 1 и № 0 — для последних слоёв лакировки экипажей. Из Л. малярных отметим Л. половые, которых бывает несколько номеров, по цвету и качеству. Они отличаются особенной твёрдостью плёнки и идут для лакировки крашеных полов. Л. малярные копаловые, копало-янтарные — тоже по несколько номеров — предназначаются вообще для лакировки по дереву и по всякой окраске, если требуется блеск и если поверхность подвержена влияниям наружной атмосферы. Из лаков специальных имеют большое значение различные сорта Л.: кожевенных, клеёночных, обойных, жестяных, чёрных японских и пр.
Автомобильные лаки В сущности, автомобильный лак представляет собой очень прозрачную алкидную смолу высочайшей степени очистки со специальными добавками. Прозрачный лак HS (аш эс) высочайшего качества используется при вторичном ремонте автомобилей, и при работах, связанных с дизайном автомобилей. Это лак высокой прозрачности, который обеспечивает высочайшее качество поверхности, превосходную яркость и блеск. Он устойчив к атмосферным воздействиям, ультрафиолету, обладает отличной эластичностью и превосходно полируется. В зависимости от страны-производителя и марки автомобиля, могут использоваться лаки различных фирм. Не секрет, что при производстве автомобилей в разных странах используют разные технологии, к примеру, при производстве своих авто немецкие производители обращаются к режиму сушки в высокотемпературных камерах, что существенно экономит время. Но при этом не экономит ресурсы и электроэнергию. А вот японский автопром, вследствие ограниченности ресурсов по географическому положению, пошёл другим путём, там сушка производится с использованием минимального количества электроэнергии и тепла, при этом ускорение процесса достигается за счёт химического катализа и специальных химических ускорителей сушки. Данный лак обладает достаточной прочностью, но соблюдать при этом некоторые меры предосторожности все таки необходимо. Крайне не рекомендуется протирать грязный автомобиль тряпками, щетками или иными жесткими приспособлениями, особенно в сухом состоянии. Также, достаточно серьёзные проблемы могут вызвать сумки, коробки и прочие предметы, поставленные на грязный кузов, и впоследствии с него снятые или передвинутые (частички пыли и песка, всегда незримо присутствующие на кузове автомобиля, сыграют роль абразива, и оставят на Вашем авто глубокие царапины, которые впоследствии устранить будет довольно сложно).
Строительные лаки. Общие сведения Лаки — большая группа материалов, представляющих собой растворы плёнкообразующих веществ (смол или полимеров) в органических растворителях или воде. После высыхания они образуют твёрдую прозрачную (бесцветную или цветную) плёнку. Лаки используют для получения прозрачных покрытий, когда нужно защитить и одновременно сохранить или особо подчеркнуть структуру окрашиваемой поверхности, главным образом ценных пород древесины. В этом случае лак наносят на подготовленную поверхность изделия. Лак в качестве последнего слоя в системе многослойного покрытия придаст ему хороший внешний вид и повысит эксплуатационные свойства. Битумные лаки получают из битумов специальных марок с добавлением различных смол, масел. При высыхании битумные лаки образуют чёрную плёнку, обладающую стойкостью к воде и некоторым химическим реагентам. Однако антикоррозионные свойства битумной плёнки в атмосферных условиях недостаточно высоки. Чаще всего битумные материалы (лак БТ-577, краски БТ-177 и БТ-184) применяют для временной защиты металла, так как они значительно дешевле других материалов. Масляные лаки получают растворением природных или искусственных смол в высыхающих растительных маслах с добавлением сиккативов и растворителей. Из природных смол чаще применяют канифоль, шеллак и янтарь. Копалы, диммару, сандарак, мастике, акароид, ввозимые из Индии и других стран, используют в основном для художественной и декоративной росписи. Природные смолы, кроме канифоли и янтаря, являются дефицитными материалами и применяются ограниченно . Их заменяют синтетическими смолами (полимерами) — перхлорвинилом, алкидными, инден-кумароновыми, фенолформальдегидными и др. Как правило, масляные лаки образуют твёрдые прозрачные плёнки желтоватого цвета. Вследствие низкой атмосферостойкости покрытий масляные лаки используются для отделки изделий внутри помещений, например для придания блеска изношенным покрытиям деревянных полов. Алкидные лаки — наиболее распространённые в быту из применяемых лаков. Представляют собой растворы в органических растворителях синтетических алкидных (пентафталевых или глифталевых) смол. Плёнки алкидных лаков твёрдые, прозрачные, слабо окрашенные; обладают хорошей адгезией к различным поверхностям, водостойки. Применяются как для внутренних, так и для наружных работ. (Хотя традиционно лаки редко используются при выполнении наружных работ.) В обиходе алкидные лаки ошибочно называют масляными. Это неверно потому, что хотя при изготовлении алкидных смол и применяются растительные масла, по химическому составу и строению алкидные лаки отличаются от масляных, а по свойствам существенно превосходят их. Приведём основные сведения о наиболее пригодных для применения в домашних условиях алкидных лаках. Лак ГФ-166 (ПФ-283) представляет собой раствор модифицированной растительными маслами алкиднои глифталевой (пентафталевой) смолы в органическом растворителе с добавлением сиккатива НФ-1. Даёт однородную глянцевую прозрачную плёнку. Предназначен для покрытия по масляным краскам, деревянным и металлическим поверхностям снаружи и внутри помещений. Наносится кистью, валиком или краскораспылителем. Разбавляется при необходимости уайт-спиритом или растворителем РС-2. Расход лака на однослойное покрытие — 70-75 г/м2. Продолжительность высыхания однослойного покрытия — 48 часов. Лак ГФ-177 представляет собой раствор глифталевой смолы, модифицированной хлопковым маслом, в органических растворителях с добавлением сиккатива. Предназначен для покрытия деревянных, загрунтованных или окрашенных металлических поверхностей, эксплуатируемых в атмосферных условиях. Рекомендуется также для окраски кухонной мебели. Перед работой лак разбавляют растворителями 649, 650, РС-2, сольвентом или скипидаром и фильтруют через 2 слоя марли. Деревянные поверхности для сохранности рекомендуется дополнительно обработать противогнилостными составами, провести порозаполнение и окрасить (например, обработать морилкой). Загрунтованную или ранее окрашенную металлическую поверхность следует прошлифовать и протереть уайт-спиритом. Продолжительность сушки однослойного покрытия — 24 часа, кистью второй слой лака наносят через 36 часов. Расход лака на однослойное покрытие — 60 — 90 г/м2. Нитролак (нитроцеллюлозные лаки) получают путём растворения нитрата целлюлозы в смеси активных органических растворителей. Свойства лаков регулируют введением в композицию различных смол (алкидных, аминоформальдегидных и др.). Нитролаки образуют твёрдые прозрачные, практически бесцветные быстросохнущие плёнки. Чаще всего нитролаки (НЦ-221, НЦ-222, НЦ-218, НЦ-228 и др.) применяют для лакирования изделий из дерева. Эпоксидные лаки представляют собой растворы эпоксидных смол в органических растворителях. Перед лакированием к ним добавляют отвердитель, количество которого зависит от типа смолы и отвердителя, условий отверждения и указывается в инструкциях по применению. Лаковые плёнки обладают высокими водо- и щелочестойкостью, механической плотностью, адгезией к различным материалам, однако недостаточно атмосферостойки. В быту эпоксидные лаки часто используются для приготовления шпатлёвок, склеивания, изготовления сувениров и других целей. Спиртовые лаки и политуры получают растворением в спирте некоторых природных смол-шеллака, сандарака (концентрация лака 30-45 %, политуры 15-25 %). Эти материалы дают покрытие с хорошей механической прочностью и адгезией к различным поверхностям, высоким блеском. Покрытия хорошо полируются, но отличаются низкой водостойкостью. Масляные и спиртовые лаки выпускаются в незначительных количествах из-за дефицитного и дорогостоящего природного сырья. Применяются они преимущественно для специальных целей, например при изготовлении музыкальных инструментов. Нефтеполимерные лаки — новая группа лаков, которые существенно дешевле масляно-смоляных, но способны заменить последние, превосходя их по стойкости к действию моющих средств и различных реагентов. Эти лаки (НП-2129, НП-2130) получают в виде композиций, растворов нефтеполимерных смол в органических растворителях с различными модифицирующими добавками. Алкидно-карбамидные лаки (МЧ-52) представляют собой раствор в органических растворителях композиции алкидной смолы с аминоформальдегидной (карбамидо- меламиноформальдегидной) или взятых вместе в определённом соотношении. Высыхают на воздухе при нормальной температуре только при введении в них перед использованием заданного количества кислотных отвердителей. С отвердителем срок годности лака ограничивается от нескольких часов до нескольких суток. Такие материалы могут высыхать и без отвердителя, но при горячей сушке (80-120 °C). Алкидно-карбамидные лаки с отвердителями образуют достаточно быстро высыхающие на воздухе плёнки, отличающиеся повышенной твёрдостью, хорошими водо- и износостойкостью. Применяются эти лаки для покрытия паркетных полов, мебели и различных изделий из дерева, эксплуатируемых внутри помещения. Полиуретановые и алкидноуретановые лаки дают плёнки, обладающие исключительновысокими механической прочностью и износостойкостью. Ими лакируют паркетные полы, мебель, музыкальные инструменты. Полиакрилатный лак АК-156 представляет собой раствор акрилового сополимера в смеси органических растворителей с добавками органических красителей. Предназначен для создания декоративного покрытия по металлу, стеклу и дереву различных пород. Лак придаёт древесине требуемый оттенок и подчёркивает её текстуру, защищает материалы от атмосферных воздействии. Выпускается различных цветов: бесцветный, жёлтый, оранжевый, красный, голубой, зелёный, коричневый. Перед нанесением лак следует тщательно перемешать; при необходимости можно разбавить ацетоном или разбавителем 646. Продолжительность сушки каждого слоя — 24 часа, для однослойного покрытия потребуется 60 г/м2 лака. Особо следует остановиться на специальных лаковых составах, используемых для защиты древесины. Эти лаки придают поверхности декоративный вид, одновременно защищает древесину от плесени, гниения, повреждения насекомыми и атмосферных воздействий. Выпускается различных цветов. Применяются для наружных и внутренних работ. Им можно обрабатывать деревянные наружные стены, карнизы, двери, окна и т. д. Они надёжно защищают древесину от образования плесени и загнивания в течение нескольких лет.
Клей
Клей — вещество или смесь, а также многокомпонентные композиции на основе органических или неорганических веществ, способные соединять (склеивать) различные материалы — в частности, древесину, кожу, бумагу, ткани, стекло, керамику, металлы, пластмассы, резину. Склеивание обусловлено образованием прочной адгезионной связи между прослойкой клея и материалами соединяемых поверхностей. На прочность клеевого шва влияет и когезия клея к поверхности.
По типу склеивания • высыхающие клеи (силикатный клей, казеин, столярный клей, клей ПВА, крахмальный клейстер, наирит, 88-НТ …) • невысыхающие адгезивы (например, на основе канифоли), клеи-расплавы, • связки на основе полимеризующихся композиций — неорганические, например алюмофосфатные связки (АФС) и органические, полимеризующиеся композиции (циакрин, эпоксидная смола) Некоторые клеи, например клей БФ, относятся одновременно и к категории высыхающих, и полимеризующихся композиций.
По составу • неорганические (растворы, расплавы, а также припои, в частности — полимерные композиции типа «клей-припой») • органические (растворы, расплавы, полимеризующиеся)
Основой органического клея служат главным образом синтетическое олигомеры и полимеры (например, феноло-формальдегидные, эпоксидные, полиэфирные смолы, полиамиды, полиимиды, полиуретаны, кремнийорганические полимеры, каучуки и др.) образующие клеевую пленку в результате затвердевания при охлаждении (термопластичные клеи), отверждения (термореактивные клеи) или вулканизации (резиновые клеи); этим процессам иногда предшествует улетучивание растворителя.
К неорганическим клеям относят алюмофосфатные, керамические (основа — оксиды магния, алюминия, кремния, щелочных металлов), силикатные (основа — калиевое или натриевое жидкое стекло), металлические (основа — жидкий металл, например ртуть). По физическому состоянию клеи могут быть жидкими (растворы, эмульсии, суспензии) или твёрдыми (пленки, прутки, гранулы, порошки); последние используются в виде расплава или наносят на нагретые поверхности.
По назначению • токопроводящие высокоомные с порошком графита • для бытовых нужд • для кожи • для древесины • канцелярские • универсальные
Какие вещества называют проводниками? Какие материалы называют проводниковыми? Определение дать в соответствии с ГОСТ. Дать определение проводников по зонной теории.
Определение в соответствии с ГОСТ. Проводник – вещество, основным электрическим свойством которого является электропроводность. Проводниковый материал – материал, обладающий свойствами проводника и предназначеный для изготовления кабелейных изделий и токоведущих деталей.
ЗОННАЯ ТЕОРИЯ Проводники — зона проводимости и валентная зона перекрываются, образуя одну зону, называемую зоной проводимости, таким образом, электрон может свободно перемещаться между ними, получив любую допустимо малую энергию. Таким образом, при приложении к твердому телу разности потенциалов, электроны смогут свободно двигаться из точки с меньшим потенциалом в точку с большим, образуя электрический ток. К проводникам относят все металлы.
Какие вещества называются полупроводниками? Какие мате¬риалы называются полупроводниковыми? Дать определение в соответствии с ГОСТ . Дать определение полупроводников по зонной теории. в соответствии с ГОСТ
Полупроводник – вещество, основным свойством которого является сильная зависимость его электропроводности от воздействия внешних факторов. Прим. к внешним факторам в данном случае следует отнести температуру, электрическое поле, свет и т.д. Полупроводниковый материал – материал, предназначенный для использования его полупроводниковых свойств.
Зонная теория объясняет полупроводниковые свойства твердых тел на основе одноэлектронного приближения и распределения электронных энергетических уровней в виде разрешенных и запрещенных зон. Энергетические уровни электронов, участвующих в ковалентной связи, образуют верхнюю из заполненных разрешенных зон (валентную зону). Следующая по энергии разрешенная зона, уровни которой не заполнены электронами, - зона проводимости. Энергетический интервал между "дном" Ес (минимумом энергии) зоны проводимости и "потолком" Еу (максимумом) валентной зоны наз. шириной запрещенной зоны DE (см. рис.). Для разных полупроводников ширина запрещенной зоны меняется в широких пределах. Так, при T: 0 К DE = 0,165 эВ в PbSe и 5,6 эВ в алмазе.
Валентная зона (кружки с плюсом - дырки) и зона проводимости (кружки с минусом -электроны проводимости): Eс - дно зоны проводимости, EV-потолок валентной зоны, DE - ширина запрещенной зоны, D и A-донорные и акцепторные уровни соответственно. Тепловое движение переносит часть электронов в зону проводимости; в валентной зоне при этом появляются дырки - квантовые состояния, не занятые электронами. Обычно электроны занимают уровни, расположенные вблизи дна Ес зоны проводимости, а дырки-уровни, расположенные вблизи потолка EV валентной зоны. Расстояния от этих уровней соответственно до Ес и ЕV порядка энергии теплового движения kТ, т. е. гораздо меньше ширины разрешенных зон (k-постоянная Больцмана). Локальные нарушения идеальности кристалла (примесные атомы, вакансии и др. дефекты) могут вызвать образование разрешенных локальных уровней энергии внутри запрещенной зоны. При температурах вблизи 0 К все собственные электроны полупроводника находятся в валентной зоне, целиком заполняя ее, а примесные электроны локализованы вблизи примесей или дефектов, так что свободные носители заряда отсутствуют. С повышением температуры тепловое движение "выбрасывает" в зону проводимости преимущественно электроны примесных атомов-доноров, поскольку энергия ионизации донора меньше ширины запрещенной зоны. Концентрация электронов в зоне проводимости при этом во много раз больше концентрации дырок в валентной зоне. В таких условиях электроны называются основными носителями в полупроводнике n-типа, аналогично дырки - основными носителями в полупроводнике р-типа. После полной ионизации всех доноров доминирующим процессом оказывается выброс из валентной зоны в зону проводимости собственных электронов. При некоторой температуре их концентрация в зоне проводимости становится сравнимой с концентрацией примесных электронов, а потом и во много раз большей. Это - температурная область собственной проводимости полупроводника, когда концентрации электронов п и дырок р практически равны. Возникновение пары электрон проводимости - дырка называется генерацией носителей заряда. Возможен и обратный процесс - рекомбинация носителей заряда, приводящая к возвращению электрона проводимости в валентную зону и исчезновению дырки. Рекомбинация носителей может сопровождаться выделением избыточной энергии в виде излучения, что лежит в основе полупроводниковых источников света и лазеров. Электроны проводимости и дырки, возникновение которых явилось следствием тепловых флуктуации в условиях термодинамического равновесия, называются равновесными носителями заряда. При наличии внешнего воздействия на полупроводники (освещение, облучение быстрыми частицами, наложение сильного электрического поля) может происходить генерация носителей заряда, приводящая к появлению избыточной (относительно термодинамически равновесной) их концентрации. При появлении в полупроводнике неравновесных носителей возрастает число актов рекомбинации и захвата электрона из зоны проводимости на примесный уровень в запрещенной зоне ("захват" носителей). После прекращения внешнего воздействия концентрация носителей приближается к равновесному значению.
Что такое магнитные потери? Каковы причины возникновения магнитных потерь? Как вычисляется мощность магнитных потерь? Как она зави¬сит от частоты приложенного поля? Каким показателем оцениваются магнитные потери в высоко-частотных материалах (ферритах, магнитодиэлектриках)? Какие способы уменьшения магнитных потерь применяются на практике (в материалах и в конструкциях магнитопроводов)?
МАГНИТНЫЕ ПОТЕРИ, потери на перемагничивание ферромагнетиков. Складываются из потерь на гистерезис, на вихревые токи и на магнитное последействие. Потери на гистерезис. Обусловлены необратимыми процессами перемагничивания. Потери на гистерезис за один цикл перемагничивания (т.е. за один период изменения поля), отнесенные к единице объема вещества, определяются площадью статической петли гистерезиса. Для вычисления этих потерь можно использовать эмпирическую формулу Эг=mn, где — коэффициент, зависящий от свойств материала, m — максимальная индукция, достигаемая в данном цикле, n — показатель степени, принимающий значения от 1,6 до 2 в зависимости от m. Потери на вихревые токи. В проводящей среде за счет ЭДС самоиндукции, пропорциональной скорости изменения магнитного потока, возникают вихревые токи. Вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли. Это приводит к потерям энергии в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин). Для уменьшения потерь на вихревые токи необходимо использовать материал с повышенным удельным сопротивлением, либо собирать сердечник из тонких слоев, изолированных друг от друга. Потери на магнитное последействие. Обусловлены магнитной вязкостью — отставанием магнитной индукции от изменения напряженности магнитного поля. Спад намагниченности ферромагнетиков происходит не мгновенно, а течение некоторого промежутка времени. Время установления стабильного магнитного состояния существенно возрастает с понижением температуры. Одна из основных причин магнитного последействия — тепловая энергия, которая помогает слабо закрепленным доменным границам преодолевать энергетические барьеры, мешающие их свободному смещению при изменении поля. Физическая природа потерь на магнитное последействие во многом аналогична релаксационной поляризации диэлектриков.
В переменных полях площадь петли гистерезиса увеличивается за счет потерь на гистерезис Рг, потерь на вихревые токи Рв и дополнительных потерь Рд. Такая петля называется динамической, а суммарные потери полными или суммарными. Потери на гистерезис, отнесенные к единице объема материала (удельные потери) (Вт/м3)
Эти же потери можно отнести к единице массы (Вт/кг)
где – плотность материала, кг/м3 Чтобы уменьшить потери на гистерезис, используют магнитные материалы с возможно малой коэрцитивной силой. Для этого путем отжига снимают внутренние напряжения в материале, уменьшают число дислокаций и других дефектов и укрупняют зерна. Потери на вихревые токи для листового образца
где Bmax амплитуда магнитной индукции, Тл; f частота переменного тока, Гц; d толщина листа, м; плотность, кг/м3; удельное электросопротивление, Ом.м. Дополнительные потери или потери на магнитную вязкость (магнитное последействие) обычно находят как разность между полными потерями и суммой потерь на гистерезис и вихревые токи Рд=Р-(Рг+Рв) Магнитная вязкость Jn=Jn(t) зависит от времени действия магнитного поля. J при включении магнитного поля H быстро достигает значения J1, а затем со временем возрастает в соответствии с формулой Jn(t)=Jno(1-exp(-t/)) где Jno – намагниченность при t ; – время релаксации. На рисунке 8.14 показана зависимость напряженности магнитного поля и намагниченности от времени действия магнитного поля. В магнитотвердых магнитных материалах время магнитной релаксации может достигать нескольких минут. Такое явление называют сверхвязкостью.
Рис.8.14. Зависимость намагниченности J и напряженности Н магнитного материала от времени действия магнитного поля t Эти потери обусловлены в первую очередь инерционностью процессов перемагничивания доменов (затрата тепловой энергии на передвижения границ слабозакрепленных доменов при изменении поля). При перемагничивании в переменном поле происходит отставание по фазе В от Н магнитного поля. Происходит это в результате действия вихревых токов, препятствующих, в соответствии с законом Ленца, изменению магнитной индукции, а также из-за гистерезисных явлений и магнитного последействия. δм –угол отставания — угол магнитных потерь. tgδм – характеристика динамических свойств магнитных материалов. Тангенс угла магнитных потерь используют в переменных полях. Его можно выразить через параметры эквивалентной схемы, показанной на рисунке 8.15. Индуктивную катушку с сердечником из магнитного материала представляют в виде последовательной схемы из индуктивности L и активного сопротивления r.
Эквивалентная схема (а) и векторная диаграмма (б) индуктивной катушки с магнитным сердечником Пренебрегая собственной емкостью и сопротивлением обмотки катушки, получаем tgм=r/(L) Активная мощность Ра: Ра=J2 .L.tgм. Величина, обратная tgм называется добротностью.
Задача 3. Две противоположные грани куба с ребром а = 10 мм из диэлек-трического материала с удельным объемным сопротивлением ρv = 1010 Ом•м и удельным поверхностным сопротивлением ρs = 1010 Ом покрыты метали-ческими электродами. Определить ток, протекающий через эти грани куба при постоянном напряжении U = 2,5 кВ. Решение: 1. Находим объемное сопротивление диэлектрика (Rv) и удельное сопротивление (Rs):
Rv = ρv • V( l / S ) – где l – толщина диэлектрика; S – площадь его сечения.
Rs = ρs • S ( a / b ) – где a – длина поверхности диэлектрика; b – его ширина.
3. По закону Ома найдем ток протекающий через эти грани куба:
I = U/ RD
I = 2.5 • 103/ 0.09 • 1010 = 27.8 • 10-7 А
Задача 17.1 Вычислить величину индуктивности и магнит¬ный поток в кольцевом образце магнитного материала, изображен¬ного на рисунке.
Кольцевой магнитопровод Размеры образца следующие: площадь сечения S = 1,5 • 10-4 м2, длина средней силовой линии lср = 0,2 м, число витков w = 100; величина тока намагничивания I = 1А. Относительная магнитная проницаемость для образцов из различных материалов. Решите задачу для двух образцов. Объясните, как влияет величина магнитной проницаемости материала сердечника на индуктивность и магнитный поток.
Решение:
Из таблицы выбираем два образца согласно задинию 1 и 7. Для образца 1: μ = 50, мате¬риал - магнито-диэлектрик. Для образца 7: μ = 2000, мате¬риал - магнито-мягкий феррит.
1. Расчет индуктивности произведем по формуле: , Гн где = 1,256 • 10-6 Гн/м - магнитная постоянная Магнито-диэлектрик: Гн. Магнито-мягкий феррит: Гн. 2. Расчет магнитного потока по формуле , Вб Магнито-диэлектрик: , Вб Магнито-мягкий феррит: , Вб Чем больше магнитная проницаемость материала, тем больше, соответсвенно: индуктивность и магнитный поток образца.
Литература
1. Пасынков, В.В., Сорокин, В.С. Материалы электронной техники. - М.: Высш. школа, 1986. 2. Богородицкий, Н.П., Пасынков, В.В, Тареев, Б.М. Электротехнические материалы: Учебник для вузов.- Л.: Энергоатомиздат, 1985. 3. Справочник по электротехническим материалам/Под ред. Ю.В. Корицкого и др. - М.: 1974, т.1 и 2; 1976, т.З. 4. Дубовик М. М., Либман Э. П. Две жизни чудесного камня: Из истории слюдяного промысла в России. — М.: Недра, 1966. — 188 с. — 6 000 экз.
