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氟金云母(氟晶云母)的介绍与应用【一文看懂'耐火、耐温1100℃以上'的材料---氟金云母(氟晶云母):性能与应用】
来源: | 作者:shjinfu | 发布时间: 2024-06-25 | 376 次浏览 | 分享到:


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     沿PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDFPEEK  

 



一、云母、氟金云母、氟晶云母的介绍

1
云母的认识 
  云母是云母族矿物的统称,是钾、镁、铁、锂等金属的铝硅酸盐,结构均为层状结构,从形成角度分为天然云母人造云母两大。天然云母矿主要包括有黑云母、金云母、白云母、锂云母、绢云母、绿云母、铁锂云母等,工业上应用最多的是白云母、绢云母、金云母和锂云母合成云母是人们模仿云母的组分,按照一定比例将金属氧化物进行混合后高温熔融,在冷却的过程中从新结晶,形成纯净的云母晶体。

2
氟金云母,氟晶云母
 氟金云母CAS:12003-38-2;分子式:3 AgKAIF2O1oSi3;分子量:421.24

     广义上定义:氟金云母也叫氟晶云母! 在实际运用及工业生产上:氟金云母即氟晶云母。

      氟金云母(又称人造云母、合成云母大晶体),属于硅酸盐类人工云母晶体,是在1500℃高温状态下,经严格的工艺条件及材料配比,在铂金坩埚中熔炼而成的云母晶体。其化学式为KMg3(AISi3O1O)F2,不含(OH)ˉ,用F(氟)取代了(OH)羟基。与氟晶云母性状相近,普通工业经常使用的材料是天然云母。

      天然云母是天然形成的一种地下矿石,属于硅酸盐类,其种类很多,但在工业生产中所应用的大多是金云母(茶色)和白云母,其理想化学式为KAI2(AISi3O10)(OH)2和KMg3(AISi3O10)(OH)2,含有(OH)·(羟基),正是由于羟基(水分子)的存在,其各方面性能远远低于氟金云母(晶云母!)。

      狭义上定义氟晶云母与氟金云母是有区别,也就是说实验研究上或者学术上我们定义:氟金云母(Fluorophlogopite)和氟晶云母(Fluorite Mica)是两种不同类型的矿物,它们在化学成分、晶体结构和物理特性上有所不同。 学术狭义上的异同点如下:

     1.化学成分:氟金云母是一种含氟的硅酸盐矿物,其化学式为KMg3(ASi3010)F2;而氟晶云母是含氟的氟化物矿物,其化学式为CaF2。

     2.晶体结构:氟金云母属于云母矿物的一种,具有层状结构,其中氧、硅、铝、镁和氟等元素按一定比例排列。而氟晶云母属于六方晶系的氟化物矿物,由钙、氟等元素组成。

    3.物理特性:氟金云母具有较高的硬度和折射率,常呈金黄色或银白色,可分成薄片。氟晶云母是透明到半透明的矿物,呈现出多种颜色,硬度较小。两者在颜色、透明度和硬度等方面有所区别。

       在本文接下来的表述中,我们默认氟金云母(又称氟晶云母)




二、氟金云母(氟晶云母)的主要性能及应用领域

   

1
优异的电绝缘性能和耐高温性能

      由于氟金云母(/氟晶云母)是经严格的工艺条件及材料配比生长而成(否则无法生成云母晶体),其质地十分纯净,电性能非常好。体电阻率为:1015~1016Ω.cm(比天然云母高约1000倍);电击穿强度为:185~238kV/mm,是聚四氟乙烯的10倍;可长期在1100℃环境下工作。其溶化及析晶温度为1375℃。冷热急变稳定性也非常好。


     天然云母含杂质多,电性能不稳定,而在高温高频下的电性能就更差,温度在500°℃以上时,因脱水而逐渐失去云母的特性。常用的绝缘材料聚四氟乙烯,由于其耐温性能差,只能用于低温环境,而且其制作时容易存在金属杂质,电晕性不好。由此可见,天然云母和聚四氟乙烯的电绝缘性能与氟晶云母是无法比拟的。


      氟金云母是高端科技领域理想的电绝缘材料。已被中电集团石家庄第十三所研究所选用于神州八号宇宙飞船和环境监测卫星等航天设备做绝缘片。

2
高频介质损耗低、介电常数稳定、不老化、不易碎、易调试

      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、变形;天然云母介电损耗大的问题,提高了整机性能。替代了石英玻璃、金属等低性能材料,克服了石英玻璃易碎、金属不易调试等问题。


3
较好的耐高温、抗腐蚀及透光性能。

      可耐1100C高温;与强酸、强碱不发生任何反应;完全光透率(纯透明)。高压锅炉水位计观测窗传统使用的天然云母片均为茶色,光透率不好,耐温在200-700℃不等,特别是抗腐蚀性不好。锅炉汽包水都含碱,天然云母与碱反应后,再经热气热水冲刷,易起毛、挂垢、被冲破。使水位计短时间内(约1一2个月)即看不清楚水位。被冲破后极易造成泄漏。氟晶云母与酸碱溶液不起反应,与水不发生水化反应,因而不起层、不挂垢、不破裂。在高温高压水的长期(2~3年)冲刷下(含酸、含碱都可),仍能基本保持原来的清晰和透明度。在国内已普遍应用于火电厂高压锅炉汽包水位计观测窗口。


4
平整度好、不吸附杂质


5
马赛克性(Mosaicity)低于0.25度,能够吸收多波段光束。

      被美国某单位选用于中子反射试验。专家称实验中产生的中子焰不高,能够吸收多波段光束,是理想的中子单色仪测试材料。天然云母由于羟基(水分子)的存在,当能量打过去会产生一个比较大的黑色背景。天然云母不能够吸收多波段光束,而氟金云母克服了这个缺点。由此可见,氟金云母是良好的中子实验材料。


6
光学性能:

    氟金云母为平行消光、正延长、二级阑干涉色、二级晶负光性,光轴角约10°。由于氟金云母含杂质少,从紫外到红外,其光透过率都比较高。对紫外光,天然云母基本不透过,氟金云母可透到近0.2μ。天然云母在

2.75μm处有明显的吸收峰,而氟金云母则没有,这是F-取代了(OH)的重要标志。由此可见,氟金云母也是一种从紫外(0.2μm)到红外(5μm)的良好透光材料。


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真空密闭性能极好:

     氟金云母的真空放气量低,用质谱仪测定,放出的微量气体只是O2、N2和A等吸附气体。由于不放出H2O蒸汽,这对用作电真空绝缘材料,是极为可贵的,可大大提高真空器件的使用寿命。天然云母在高温下要分解出2O和其他挥发组分,因此不宜用作电真空绝缘材料。天然云母真空放气量高,在约900C时,比氟金云母高2000倍。


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物理性能:

     氟金云母为书状结构,可分剥,完全解理,最薄可分剥到0.02毫米;平整度非常好,可达到原子级;不易产生变形,能够承受较大的压力,并且具有较高的抗拉伸强度和抗压缩强度;不老化、不易碎、不易吸附杂质。




三、电线电缆中的耐火云母带


耐火云母带简称云母带,是一种耐火绝缘材料,
按用途可分为:电机用耐火云母带、耐火电缆用耐火云母带。
按结构分为:双面带、单面带、三合一带、双膜带、单膜带等。
按云母又可分为:合成云母带(氟金云母)、金云母带、白云母带。

1
常温性能

     合成云母带最好、白云母带次之、金云母带较差. 高温下绝缘性能:合成云母带最好、金云母带次之、白云母带较差。


2
耐高温性能

    合成云母带氟金云母带,不含结晶水,熔点1375℃,安全裕度大,耐高温性能最好;金云母在800℃以上释放出结晶水,耐高温性能次之;白云母600℃释出结晶水,耐高温性能较差。

3
耐火电缆用耐火云母带

      耐火电缆用耐火云母带是一种高性能的云母绝缘制品,具有优良的耐高温性能和耐燃烧性能。粉云母带常态时具有良好的柔软性,适用于各种耐火电缆中主要耐火绝缘层。在遇明火燃烧时基本不存在有害烟雾的挥发,所以该产品用于电缆不但有效,而且很安全。

4
合成云母耐火云母带

     合成云母是以氟离子代替羟基,在常压条件下合成出的尺寸大、晶型完整的人工云母。合成云母带是将合成云母抄制成的云母纸为主要材料,再用粘合剂将玻璃布粘贴在一面或两面而制成的。将玻璃布粘贴在云母纸一面的叫做“单面带”,两面都粘贴的叫“双面带”。

      在制造过程中,将几个结构层次粘合在一起后,再经过炉子烘干,然后收卷,再分切成不同规格的带子。

      合成云母带除具有天然云母带的特性(膨胀系数小、介电强度大、电阻率高和介电常数均匀)以外,其主要特点是耐热等级高,可达到A级耐火水平(950一1000℃).合成耐火云母带耐温大于1000℃,厚度范围在0.08~0.15mm,最大供应宽度920mm 。




四、氟金云母(氟晶云母)的发展前景


      在世界大力发展科技以及提倡环保的大背景下,各个国家对云母需求量都大幅度增加,但云母属于不可再生资源且前期的过度开采,使得云母数量骤减。因此,各国都应重视对合成云母的探究,精进合成云母技术。

1
稳定控制氟含量技术

     云母在高温下分子结构会产生裂解,其中产生的氟金云母会释放将近10%的氟离子,而氟离子的毒性较强,过量氟离子会对人的肾脏等器官产生慢性损伤。因此必须研究氟含量工业化稳定控制技术,以降低氟含量,减少产品危害。

2
加大技术研究,挖掘合成云母更多价值

      积极开展人工合成云母原料选取及配方设计、自动混料配方系统设计、熔融、结晶关键技术、基于PLC 的熔制自动化系统、分级、表面活化处理、包覆工艺技术、整理分类包装自动化装置设计等关键技术研发,解决合成云母粉深加工困难的问题,是制备高品质云母的主要研究内容。不断加大科研投入,拓宽合成云母的应用领域,积极探索人工合成云母在常规工业级、化妆品级、汽车专用级和特殊效应材料级等珠光材料方面的应用,挖掘出合成云母的更多价值。

3
拓宽现有产业链

      现阶段,合成云母粉、合成云母纸、云母陶瓷、合成云母熔铸制品等技术已成熟。在现有的产业链上,充分利用合成云母的耐高温性能,抗酸、碱侵蚀,抗热冲击性能,热膨系数小等特征来完善开发更多的产品。

4
加大生产技术革新

      目前,云母行业规模较小,发展不完善,且主要以生产工人操作为主,为提高产品质量和生产效率,智能化全自动生产是人工合成云母的发展趋势之一,通过提高生产效率加大产出,扩大合成云母应用面。



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