Автомобильные присадки и добавки | страница 47
Рис. 10. Слоистая структура строения серпентина (слева) и волокна хризотила под электронным микроскопом (справа)
Формула серпентина — Mg6[Si4010](OH)8, или 3MgO2SiO22H20 или (МgОН)6Si4011Н2О.
Серпентин включает несколько минеральных видов:
— антигорит (Mg, Fe)2+3[Si2O5](OH)4;
— хризотил (клинохризотил, ортохризотил, парахризотил) Mg3[Si205](OH)4;
— лизардит Mg5[(OH)8|Si4O10].
Компонентный состав серпентина: МgО — 43 %, SiO2 — 44 %, Н2О —12,1…12,9 % (серпентин содержит около 13 % конституционной воды (в виде ионов гидроксила ОН— и в единичных случаях ионов Н+, располагающихся в узлах кристаллической решетки минерала). Эта вода прочно удерживается внутри минерала при комнатной температуре, но выделяется при нагревании в температурном интервале 300…1300 °C. Выделение воды сопровождается разрушением кристаллической решетки минерала.
Рентгенофазовый анализ геомодификаторов показывает, что эти составы бывают двух видов: один содержит в основном 75…80 % лизардита и 10…15 % хризотила, другой, наоборот, — 10…15 % лизардита и 75…80 % хризотила.
Все слоистые силикаты состоят из двух сеток [Si205]2—, соединенных вместе катионами в компактные пакеты состава [Si4O10]4—. Особенностью каждой сетки [Si2O5]2— является наличие нескомпенсированного электростатического заряда, обусловленного тем, что сетки из кремнекислородных тетраэдров с одной стороны имеют одну свободную валентность, и это определяет появление тетраэдров отрицательного заряда только на одной стороне сетки. В сдвоенных пакетах [Si4O10]4— отрицательные заряды обеих сеток направлены внутрь пакета и скомпенсированы катионами Мg+. Фактически в слоистых пакетах [Si4O10]4— между двумя сетками состава [Si2O5]2— располагается бруситовый слой Мg(ОН)2.
Специфическое строение слоистых силикатов — наличие пакетов, состоящих из гексагональных сеток — слоев, связанных друг с другом очень слабыми связями, определяет и свойства этих минералов: низкую твердость, весьма совершенную спайность и расщепляемость на тонкие пластинки.
Изучение данного явления проводилось в конце 80–х годов прошлого столетия в институте «МеханОбр» (г. Ленинград) под руководством академика В. И. Ревнивцева и при участии к. т. н. Т. Л. Маринича. Ими было установлено, что данный эффект — следствие разложения серпентина в зоне бурения с дополнительным выделением большого количества тепловой энергии. Вследствие этого наблюдается разогрев материала шарошки бурового долота, диффузия в него разложившихся элементов минерала и образование композиционной металлокерамической структуры, обладающей высокой твердостью и износостойкостью.
