耐高温绝缘晶体——合成云母

云母是层状硅酸盐矿物的总称,具有绝缘、透明、耐热、耐腐蚀、易分剥并富有弹性等特性,广泛用于电机、电器、电子、无线电和家用电器等领域,在国民经济和国防建设中起重要作用。xx云母的种类虽然很多,但在工业上大量应用的主要是白云母,其次是金云母。它们的化学式分别为KAl2(AlSi3O10)(OH)2和KMg3(AlSi3O10)(OH)2,由于都含(OH)-,故亦称羟基云母。
           
      按结晶学理论,若离子的电价相等和体积相近就可能相互取代。氟离子F-和羟基离子(OH)-电价相同,F-的离子半径约0.13nm, (OH)-的离子半径约0.14nm,体积相近,有可能“等容取代”,实践证明,在云母中可以实现。用F-取代(OH)-形成的云母称为氟云母,以氟化物的形式引入F,经高温熔融或固相反应而制得的云母,称为合成氟云母,其中氟金云母KMg3(AlSi3O10)F2较容易生长成大晶体,实用价值{zd0}。因此,通常所说的合成云母就是指氟金云母。
           
      由于合成云母不含羟基(OH),它的高温热稳定性比xx云母高的多,如图1所示[1]。xx白云母从450℃就开始分解,厚度膨胀,6000℃以上急剧失重,到900℃时几乎xx分解(水分跑完),云母结构全被破坏,只剩下一些金属氧化物和杂质。金云母从750℃开始分解,900℃以上失重显著。所以它们的{zg}使用温度为:白云母550℃、金云母800℃。而合成云母一直可用到1100℃,达到1200℃以上才缓慢分解(氟化物)。氟金云母的熔化温度约为1375±5℃,利用高温加热或差热分析,可很易区别云母类别。
           
      另外,由于合成云母纯净、杂质少、透明性好,除硬度略大于xx云母外,其他机械性能、电绝缘性能和真空放气等性能均优于xx云母。由此可见,合成云母不仅能xx代替xx云母,而且还是具有特殊性能的新型耐高温绝缘材料。
            
发展现状

由于我国xx云母储量少,特别是优质、大片云母更少,不能满足电子工业发展需求,国内自从20世纪50年代就开始研究合成云母。1963年建材部非金属矿研究所一成立就用内热法研制合成云母,该所就是中材高新旗下的“中材人工晶体研究院”的前身。40多年来,中材人工晶体研究院在研究、开发、推广应用合成云母领域共取得了25项科研成果,曾获国防工办二等奖,国家经委和国家科委部级科技进步奖共12项。在生长大尺寸合成云母晶体技术方面,我国处于{sjlx}水平。
           
      合成云母的生长是用常压下高温熔融结晶法,其主要工序为:选用氟硅酸钾、石英粉、电熔镁砂、氧化铝粉和碳酸钾为原料,参考理论组成KMg3(AlSi3O10)F2,优选{zj0}配方→称料→混匀→加入用耐火砖砌制的内热法熔制炉中→通电熔融→澄清→降温析晶→冷却→合成云母晶块→破碎分剥→成品,从晶块中可剥出少量单晶片,大部分为碎晶片,通过综合利用,可制得多种合成云母制品。2005年中材高新材料股份有限公司(简称中材高新)在山东淄博{gjj}高新技术开发区建成目前世界上规模{zd0}的合成云母生产基地,年生产能力达3000t。2006年,中材高新与世界两大xx化工公司德国默克公司和美国安格公司商谈了合作开发合成云母系列产品等事宜。

    

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