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  氟晶云母专题

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        氟晶云母(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(AlSi3O10)F2,不含(OH)ˉ,用Fˉ(氟)取代了(OH)ˉ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KAl2(AlSi3O10)(OH)2KMg3(AlSi3O10)(OH)2,含有(OH)ˉ(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晶云母。

        氟晶云母的主要性能及应用领域如下:

 1、优异的电绝缘性能和耐高温性能:

        由于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 1016 Ω·cm(比天然云母高约1000倍);电击穿强度为:185 238 kV/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。经广州五所赛宝实验室(国家级检测中心)做-40℃— 7010个循环试验,全部合格。

        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。

        氟晶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。
                   
     氟晶云母片厚度与击穿强度的关系曲线     氟晶云母介电损耗与温度、频率的关系


2、高频介质损耗低、介电常数稳定、不老化、不易碎、易调试。

        被中国电子科技集团南京第十四研究所等单位选用于雷达天线馈线系统密封窗。毫米波波段(Ka波段)替代了进口,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、变形;天然云母介电损耗大的问题,提高了整机性能。

        被中国电子科技集团西安第三十九研究所等单位选用于雷达移相器极化片。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。
       
               氟晶云母介电损耗与温度、频率的关系

3、较好的耐高温、抗腐蚀及透光性能。

        可耐1100℃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—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(23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。亦被日本BBK公司、NDK(科林)公司选用。
                     
         氟晶云母的热膨胀曲线          氟晶云母的热失重曲线

4、平整度好、不吸附杂质。

        被中科院环境生物研究中心及清华、北大等上百所研究单位和大学选用于原子力显微镜基片(显微镜载玻片),相对于传统的天然云母,氟晶云母平整度更好、且吸附杂质少;在对DNA结构的分析中观测到的图像,特别是在1纳米到100纳米尺度范围内,观测到天然云母实验没有发现过的表面干涉条纹,比天然云母清晰数十倍。参与研制的专家认为:用氟晶云母代替天然云母作基片材料,有望赶上国际水平。

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,而氟晶云母克服了这个缺点。由此可见,氟晶云母是良好的中子实验材料。

6、光学性能:

        氟晶云母为平行消光、正延长、二级阑干涉色、二级晶负光性,光轴角约10°由于氟晶云母含杂质少,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,氟晶云母可透到近0.2μm。天然云母在2.75μm处有明显的吸收峰,而氟晶云母则没有,这是Fˉ取代了(OH)ˉ的重要标志。由此可见,氟晶云母也是一种从紫外(0.2μm)到红外(5μm)的良好透光材料。
                  
         氟晶云母光透过率曲线             氟晶云母红外光透过率曲线

7、真空密闭性能极好:

        氟晶云母的真空放气量低,用质谱仪测定,放出的微量气体只是O2N2Ar等吸附气体。由于不放出H2O蒸汽,这对用做电真空绝缘材料,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H2O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900℃时,比氟晶云母高2000倍。
                                
                         高温下氟晶云母的真空放气量曲线

8、物理性能:

        氟晶云母为书状结构,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。

 
 

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