Введение к работе
Актуальность исследования. Установление связи между структурой слоистых силикатов и их физическими свойствами является одной из важных задач современной физики дисперсных систем. С одной стороны это необходимо для создания новых материалов с заданными физическими свойствами, с другой для более эффективного использования природного минерального сырья. Природные слюды, являющиеся представителями слоистых силикатов, характеризуются физическими свойствами, позволяющими эксплуатировать их в качестве электрической и тепловой изоляции, работающей в условиях высоких температур, а также использовать их в качестве основных компонентов при производстве электроизоляционных и нагревостойких композиционных материалов. Проблема обеспечения электромашиностроения слюдяной электро- и теплоизоляцией стала находить своё разрешение в использовании и совершенствовании слюдопластовых материалов и слюдяных бумаг, применяемых в электротермии. Физические свойства природных слюд зависят от разнообразных условий их роста, физико-химического состава и от степени их дефектности. Влияние этих факторов на условия их нагревостойкости и электрической прочности полностью не исследованы. В этой связи выбор в качестве объекта исследований теплообменных, структурных и электрофизических свойств природных листовых и мелкодисперсных слюд определяет актуальность представляемой работы.
Разрабатываемые в диссертационной работе научно-технические проблемы улучшения термической, электрической и механической прочности отвечают требованиям приоритетных направлений науки и техники, и являются частью темы «Изучение неоднородных диэлектрических материалов и сплавов», регистрационный номер 01860120502.
Цель работы. Теоретические и экспериментальные исследования теплообменных, структурных и поверхностных процессов в механооактивированных промышленных слюдах Российских месторождений для разработки новых технологий производства слюдоматериалов с более качественными характеристиками, позволяющими продлить срок их эксплуатации.
Для достижения цели в работе были поставлены и решались следующие задачи:
Разработать методику исследования электретных свойств в механоактивированных мелкодисперсных слюдах для изучения их структуры, энергетического состояния, механизма теплообмена, переноса массы и заряда.
Выяснить природу формирования разности потенциалов внутреннего собственного электрического поля в механоактивированных слюдах для выявления причины межфазного взаимодействия связанного с процессами теплообмена, переноса массы, заряда и энергии.
Разработать методику исследования процессов тепловых потерь и диэлектрической релаксации в природных листовых и
механоактивированных слюдах при изменении теплообмена, временных и температурновлажностных условий в широком интервале частот внешнего электрического ПОЛЯ.
4. Провести экспериментальные исследования физических свойств мелкодисперсных механоактивированных слюд, позволяющие выяснить взаимосвязь крупности частиц слюды с эффективностью межфазного взаимодействия, теплообменом и дисперсией диэлектрической поляризации водной фазы.
Объектом исследования являются природные листовые и диспергированные слюды Российских месторождений.
Предмет исследования. Теплоизоляционные и электрофизические свойства листовых и мелкоразмерных промышленных слюд Российских месторождений при их термической обработке, изменении температурновлажностных условий и варьировании дисперсности частиц слюды.
Научная новизна.
Впервые исследована структура, механизм переноса массы, тепловой энергии и заряда в диспергированных механоактивированных слюдах под воздействием термической активации.
Выяснено, что на межфазных границах электрически активной поверхности частиц слюды и полярной водной фазы возникают кулоновские силы и формируется разность потенциалов собственного внутреннего электрического поля, обеспечивающая процессы переноса массы, тепловой энергии, электретных зарядов, а также изменение структуры водной полярной жидкости в исследуемых объектах.
Впервые изучен комплекс диэлектрических характеристик и тепловых потерь в природных механоактивированных слюдах Российских месторождений в широком интервале частот, температур и влажности окружающей среды.
Выявлена зависимость величины удельной поверхности механоактивированных частиц слюды от эффективности межфазного взаимодействия, электрической активности частиц и теплообменных свойств, что позволяет варьировать процессами кулоновского взаимодействия активных центров поверхности частиц с электретными свободными зарядами и полярными молекулами воды.
Методы исследований. Для исследования теплообменных, диэлектрических, структурных и термических свойств мелкодисперсных слюд, а также процессов переноса массы, тепловой энергии и заряда использовались методы:
метод термостимулированной поляризации, позволяющий исследовать структуру, процессы переноса массы, тепловой энергии и заряда;
диэлектрический метод для исследования диэлектрической проницаемости є' и тепловых потерь tgS в широком интервале температур и частот.
Практическая и научная значимость. Совокупность полученных экспериментальных результатов и выявленных закономерностей позволяют дополнить представление о природе физических процессов, происходящих в
листовых и диспергированных природных слюдах, а также оценить перспективы их использования в технологии изготовления новых видов слюдопластовых изделий с более качественными электро- и теплоизоляционными дежурными характеристиками для увеличения срока их эксплуатации.
Основные положения, представленные к защите.
Метод термостимулированной спектроскопии (ТСТ), позволяющий исследовать механизмы переноса массы, тепловой энергии, заряда и структуру исследуемой механоактивированной слюды.
Механизм межфазного взаимодействия в гидратированных механоактивированных мелкоразмерных слюдах и формирование устойчивого внутреннего электрического поля, способного изменять свойства водной фазы.
Метод исследования изменения тепловых параметров и макроструктурных характеристик в мелкодисперсных слюдах при варьировании влажности, нагрева и гранулометрического состава частиц слюды в широком интервале температур и частот внешнего электрического поля.
Экспериментальные исследования влияния крупности механоактивированных частиц слюды на их электрическую активность, теплообменные свойства и эффективность межфазного взаимодействия.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на: 13 Международном симпозиуме «Порядок,
беспорядок и свойства оксидов» (Ростов-на-Дону, 2010); Международной
конференции аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2010» (Москва,
МГУ, 2010); Всероссийской конференции с международным участием (Улан-
Удэ, 2010); IX и XI Всероссийских молодежных конференциях по физике
полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и
наноэлектронике (С.-Петербург, 2007, 2009); Научно-технической конференции с международным участием (Красноярск, 2009); Первом международном междисциплинарном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей»(Ростов-на-Дону, п.Лоо, 2008); Всесоюзной научной конференции ВНКСФ-14 (Уфа, 2008); Всесоюзной научной конференции ВНКСФ-13 (Ростов-на-Дону,.. Таганрог, 2007); XV и XVI Республиканской научной конференции аспирантов, магистрантов и студентов по физике конденсированного состояния (Гродно, республика Беларусь, 2007, 2008); Международном конгрессе студентов, магистрантов и молодых ученых «Мир науки» (Алматы, 2007); Региональной конференции по физике студентов, аспирантов и молодых ученых (Владивосток, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 научных работы, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах из перечня ВАК, 2 статьи в рецензируемых журналах, 10 материалов конференций, 15 тезисов конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 153
