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            氟晶云母專題

             氟晶云母技術研究
             
             氟晶云母性能數據表
             
             氟晶云母性能曲線圖
             
             氟晶云母與其他材料
              性能對比
             
             氟晶云母與天然云母
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                  氟晶云母(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℃高溫狀態下,經嚴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。其化學式為KMg3(AlSi3O10)F2,不含(OH)ˉ,用Fˉ(氟)取代了(OH)ˉ羥基。與氟晶云母性狀相近,普通工業經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,但在工業生產中所應用的大多是金云母(茶色)和白云母,其理想化學式為KAl2(AlSi3O10)(OH)2KMg3(AlSi3O10)(OH)2,含有(OH)ˉ(羥基),正是由于羥基(水分子)的存在,其各方面性能遠遠低于氟晶云母。

                  氟晶云母的主要性能及應用領域如下:

           1、優異的電絕緣性能和耐高溫性能:

                  由于氟晶云母是經嚴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),其質地十分純凈,電性能非常好。體電阻率為:1015 1016 Ω·cm(比天然云母高約1000倍);電擊穿強度為:185 238 kV/mm,是聚四氟乙烯的10倍;可長期在1100℃環境下工作。其溶化及析晶溫度為1375℃。冷熱急變穩定性也非常好。經廣州五所賽寶實驗室(國家級檢測中心)做-40℃— 7010個循環試驗,全部合格。

                  天然云母含雜質多,電性能不穩定,而在高溫高頻下的電性能就更差,溫度在500℃以上時,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,只能用于低溫環境,而且其制作時容易存在金屬雜質,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。

                  氟晶云母是高端科技領域理想的電絕緣材料。已被中電集團石家莊第十三所研究所選用于神州八號宇宙飛船和環境監測衛星等航天設備做絕緣片。
                             
               氟晶云母片厚度與擊穿強度的關系曲線     氟晶云母介電損耗與溫度、頻率的關系


          2、高頻介質損耗低、介電常數穩定、不老化、不易碎、易調試。

                  被中國電子科技集團南京第十四研究所等單位選用于雷達天線饋線系統密封窗。毫米波波段(Ka波段)替代了進口,成本降低10倍之多。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,提高了整機性能。

                  被中國電子科技集團西安第三十九研究所等單位選用于雷達移相器極化片。替代了石英玻璃、金屬等低性能材料,克服了石英玻璃易碎、金屬不易調試等問題。
                 
                         氟晶云母介電損耗與溫度、頻率的關系

          3、較好的耐高溫、抗腐蝕及透光性能。

                  可耐1100℃高溫;與強酸、強堿不發生任何反應;完全光透率(純透明)。

                  高壓鍋爐水位計觀測窗傳統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,天然云母與堿反應后,再經熱氣熱水沖刷,易起毛、掛垢、被沖破。使水位計短時間內(約1—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,與水不發生水化反應,因而不起層、不掛垢、不破裂。在高溫高壓水的長期(23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。在國內已普遍應用于火電廠高壓鍋爐汽包水位計觀測窗口。亦被日本BBK公司、NDK(科林)公司選用。
                               
                   氟晶云母的熱膨脹曲線          氟晶云母的熱失重曲線

          4、平整度好、不吸附雜質。

                  被中科院環境生物研究中心及清華、北大等上百所研究單位和大學選用于原子力顯微鏡基片(顯微鏡載玻片),相對于傳統的天然云母,氟晶云母平整度更好、且吸附雜質少;在對DNA結構的分析中觀測到的圖像,特別是在1納米到100納米尺度范圍內,觀測到天然云母實驗沒有發現過的表面干涉條紋,比天然云母清晰數十倍。參與研制的專家認為:用氟晶云母代替天然云母作基片材料,有望趕上國際水平。

          5、馬賽克性(Mosaicity)低于0.25度,能夠吸收多波段光束。

                  被美國某單位選用于中子反射試驗。專家稱實驗中產生的中子焰不高,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,當能量打過去會產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,而氟晶云母克服了這個缺點。由此可見,氟晶云母是良好的中子實驗材料。

          6、光學性能:

                  氟晶云母為平行消光、正延長、二級闌干涉色、二級晶負光性,光軸角約10°。由于氟晶云母含雜質少,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,氟晶云母可透到近0.2μm。天然云母在2.75μm處有明顯的吸收峰,而氟晶云母則沒有,這是Fˉ取代了(OH)ˉ的重要標志。由此可見,氟晶云母也是一種從紫外(0.2μm)到紅外(5μm)的良好透光材料。
                            
                   氟晶云母光透過率曲線             氟晶云母紅外光透過率曲線

          7、真空密閉性能極好:

                  氟晶云母的真空放氣量低,用質譜儀測定,放出的微量氣體只是O2、N2Ar等吸附氣體。由于不放出H2O蒸汽,這對用做電真空絕緣材料,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H2O和其他揮發組分,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900℃時,比氟晶云母高2000倍。
                                          
                                   高溫下氟晶云母的真空放氣量曲線

          8、物理性能:

                  氟晶云母為書狀結構,可分剝,完全解理,最薄可分剝到0.02毫米;平整度非常好,可達到原子級;不易產生變形,能夠承受較大的壓力,并且具有較高的抗拉伸強度和抗壓縮強度;不老化、不易碎、不易吸附雜質。

           
           

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