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一、云母、氟金云母、氟晶云母的介紹
廣義上定義:氟金云母也叫氟晶云母! 在實(shí)際運(yùn)用及工業(yè)生產(chǎn)上:氟金云母即氟晶云母。
氟金云母(又稱人造云母、合成云母大晶體),屬于硅酸鹽類人工云母晶體,是在1500℃高溫狀態(tài)下,經(jīng)嚴(yán)格的工藝條件及材料配比,在鉑金坩堝中熔煉而成的云母晶體。其化學(xué)式為KMg3(AISi3O1O)F2,不含(OH)ˉ,用F(氟)取代了(OH)羥基。與氟晶云母性狀相近,普通工業(yè)經(jīng)常使用的材料是天然云母。
天然云母是天然形成的一種地下礦石,屬于硅酸鹽類,其種類很多,但在工業(yè)生產(chǎn)中所應(yīng)用的大多是金云母(茶色)和白云母,其理想化學(xué)式為KAI2(AISi3O10)(OH)2和KMg3(AISi3O10)(OH)2,含有(OH)·(羥基),正是由于羥基(水分子)的存在,其各方面性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氟金云母(氟晶云母!)。
1.化學(xué)成分:氟金云母是一種含氟的硅酸鹽礦物,其化學(xué)式為KMg3(ASi3010)F2;而氟晶云母是含氟的氟化物礦物,其化學(xué)式為CaF2。
2.晶體結(jié)構(gòu):氟金云母屬于云母礦物的一種,具有層狀結(jié)構(gòu),其中氧、硅、鋁、鎂和氟等元素按一定比例排列。而氟晶云母屬于六方晶系的氟化物礦物,由鈣、氟等元素組成。
3.物理特性:氟金云母具有較高的硬度和折射率,常呈金黃色或銀白色,可分成薄片。氟晶云母是透明到半透明的礦物,呈現(xiàn)出多種顏色,硬度較小。兩者在顏色、透明度和硬度等方面有所區(qū)別。
在本文接下來的表述中,我們默認(rèn)氟金云母(又稱氟晶云母)
二、氟金云母(氟晶云母)的主要性能及應(yīng)用領(lǐng)域 由于氟金云母(/氟晶云母)是經(jīng)嚴(yán)格的工藝條件及材料配比生長而成(否則無法生成云母晶體),其質(zhì)地十分純凈,電性能非常好。體電阻率為:1015~1016Ω.cm(比天然云母高約1000倍);電擊穿強(qiáng)度為:185~238kV/mm,是聚四氟乙烯的10倍;可長期在1100℃環(huán)境下工作。其溶化及析晶溫度為1375℃。冷熱急變穩(wěn)定性也非常好。 天然云母含雜質(zhì)多,電性能不穩(wěn)定,而在高溫高頻下的電性能就更差,溫度在500°℃以上時(shí),因脫水而逐漸失去云母的特性。常用的絕緣材料聚四氟乙烯,由于其耐溫性能差,只能用于低溫環(huán)境,而且其制作時(shí)容易存在金屬雜質(zhì),電暈性不好。由此可見,天然云母和聚四氟乙烯的電絕緣性能與氟晶云母是無法比擬的。 氟金云母是高端科技領(lǐng)域理想的電絕緣材料。已被中電集團(tuán)石家莊第十三所研究所選用于神州八號宇宙飛船和環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)星等航天設(shè)備做絕緣片。 微波波段(C波段、L波段)替代了天然云母、聚四氟乙烯等低性能材料,克服了聚四氟乙烯易老化、變形;天然云母介電損耗大的問題,提高了整機(jī)性能。替代了石英玻璃、金屬等低性能材料,克服了石英玻璃易碎、金屬不易調(diào)試等問題。 可耐1100C高溫;與強(qiáng)酸、強(qiáng)堿不發(fā)生任何反應(yīng);完全光透率(純透明)。高壓鍋爐水位計(jì)觀測窗傳統(tǒng)使用的天然云母片均為茶色,光透率不好,耐溫在200-700℃不等,特別是抗腐蝕性不好。鍋爐汽包水都含堿,天然云母與堿反應(yīng)后,再經(jīng)熱氣熱水沖刷,易起毛、掛垢、被沖破。使水位計(jì)短時(shí)間內(nèi)(約1一2個月)即看不清楚水位。被沖破后極易造成泄漏。氟晶云母與酸堿溶液不起反應(yīng),與水不發(fā)生水化反應(yīng),因而不起層、不掛垢、不破裂。在高溫高壓水的長期(2~3年)沖刷下(含酸、含堿都可),仍能基本保持原來的清晰和透明度。在國內(nèi)已普遍應(yīng)用于火電廠高壓鍋爐汽包水位計(jì)觀測窗口。 被美國某單位選用于中子反射試驗(yàn)。專家稱實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的中子焰不高,能夠吸收多波段光束,是理想的中子單色儀測試材料。天然云母由于羥基(水分子)的存在,當(dāng)能量打過去會產(chǎn)生一個比較大的黑色背景。天然云母不能夠吸收多波段光束,而氟金云母克服了這個缺點(diǎn)。由此可見,氟金云母是良好的中子實(shí)驗(yàn)材料。 氟金云母為平行消光、正延長、二級闌干涉色、二級晶負(fù)光性,光軸角約10°。由于氟金云母含雜質(zhì)少,從紫外到紅外,其光透過率都比較高。對紫外光,天然云母基本不透過,氟金云母可透到近0.2μ。天然云母在 2.75μm處有明顯的吸收峰,而氟金云母則沒有,這是F-取代了(OH)的重要標(biāo)志。由此可見,氟金云母也是一種從紫外(0.2μm)到紅外(5μm)的良好透光材料。 氟金云母的真空放氣量低,用質(zhì)譜儀測定,放出的微量氣體只是O2、N2和A等吸附氣體。由于不放出H2O蒸汽,這對用作電真空絕緣材料,是極為可貴的,可大大提高真空器件的使用壽命。天然云母在高溫下要分解出2O和其他揮發(fā)組分,因此不宜用作電真空絕緣材料。天然云母真空放氣量高,在約900C時(shí),比氟金云母高2000倍。 氟金云母為書狀結(jié)構(gòu),可分剝,完全解理,最薄可分剝到0.02毫米;平整度非常好,可達(dá)到原子級;不易產(chǎn)生變形,能夠承受較大的壓力,并且具有較高的抗拉伸強(qiáng)度和抗壓縮強(qiáng)度;不老化、不易碎、不易吸附雜質(zhì)。
三、電線電纜中的耐火云母帶
合成云母帶最好、白云母帶次之、金云母帶較差. 高溫下絕緣性能:合成云母帶最好、金云母帶次之、白云母帶較差。
合成云母帶氟金云母帶,不含結(jié)晶水,熔點(diǎn)1375℃,安全裕度大,耐高溫性能最好;金云母在800℃以上釋放出結(jié)晶水,耐高溫性能次之;白云母600℃釋出結(jié)晶水,耐高溫性能較差。
耐火電纜用耐火云母帶是一種高性能的云母絕緣制品,具有優(yōu)良的耐高溫性能和耐燃燒性能。粉云母帶常態(tài)時(shí)具有良好的柔軟性,適用于各種耐火電纜中主要耐火絕緣層。在遇明火燃燒時(shí)基本不存在有害煙霧的揮發(fā),所以該產(chǎn)品用于電纜不但有效,而且很安全。
合成云母是以氟離子代替羥基,在常壓條件下合成出的尺寸大、晶型完整的人工云母。合成云母帶是將合成云母抄制成的云母紙為主要材料,再用粘合劑將玻璃布粘貼在一面或兩面而制成的。將玻璃布粘貼在云母紙一面的叫做“單面帶”,兩面都粘貼的叫“雙面帶”。
在制造過程中,將幾個結(jié)構(gòu)層次粘合在一起后,再經(jīng)過爐子烘干,然后收卷,再分切成不同規(guī)格的帶子。
合成云母帶除具有天然云母帶的特性(膨脹系數(shù)小、介電強(qiáng)度大、電阻率高和介電常數(shù)均勻)以外,其主要特點(diǎn)是耐熱等級高,可達(dá)到A級耐火水平(950一1000℃).合成耐火云母帶耐溫大于1000℃,厚度范圍在0.08~0.15mm,最大供應(yīng)寬度920mm 。
四、氟金云母(氟晶云母)的發(fā)展前景
在世界大力發(fā)展科技以及提倡環(huán)保的大背景下,各個國家對云母需求量都大幅度增加,但云母屬于不可再生資源且前期的過度開采,使得云母數(shù)量驟減。因此,各國都應(yīng)重視對合成云母的探究,精進(jìn)合成云母技術(shù)。
云母在高溫下分子結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生裂解,其中產(chǎn)生的氟金云母會釋放將近10%的氟離子,而氟離子的毒性較強(qiáng),過量氟離子會對人的腎臟等器官產(chǎn)生慢性損傷。因此必須研究氟含量工業(yè)化穩(wěn)定控制技術(shù),以降低氟含量,減少產(chǎn)品危害。
積極開展人工合成云母原料選取及配方設(shè)計(jì)、自動混料配方系統(tǒng)設(shè)計(jì)、熔融、結(jié)晶關(guān)鍵技術(shù)、基于PLC 的熔制自動化系統(tǒng)、分級、表面活化處理、包覆工藝技術(shù)、整理分類包裝自動化裝置設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),解決合成云母粉深加工困難的問題,是制備高品質(zhì)云母的主要研究內(nèi)容。不斷加大科研投入,拓寬合成云母的應(yīng)用領(lǐng)域,積極探索人工合成云母在常規(guī)工業(yè)級、化妝品級、汽車專用級和特殊效應(yīng)材料級等珠光材料方面的應(yīng)用,挖掘出合成云母的更多價(jià)值。
現(xiàn)階段,合成云母粉、合成云母紙、云母陶瓷、合成云母熔鑄制品等技術(shù)已成熟。在現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)鏈上,充分利用合成云母的耐高溫性能,抗酸、堿侵蝕,抗熱沖擊性能,熱膨系數(shù)小等特征來完善開發(fā)更多的產(chǎn)品。
目前,云母行業(yè)規(guī)模較小,發(fā)展不完善,且主要以生產(chǎn)工人操作為主,為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率,智能化全自動生產(chǎn)是人工合成云母的發(fā)展趨勢之一,通過提高生產(chǎn)效率加大產(chǎn)出,擴(kuò)大合成云母應(yīng)用面。