云母片(英文名:mica sheets)是一种天然矿物,厚片云母经过分剥、切制、冲制、车制而成的具有一定形状、尺寸和厚度的云母产品。云母是一种造岩矿物,呈现六方形的片状晶形,是主要造岩矿物之一,云母片是制造电气设备的重要原材料,同时因为其还具有
双折射能力,所以也是制造偏振光片的光学仪器材料。云母片按照其用途一般分为云母薄片,
电容器用云母片和
电子管用云母片三类。云母片由多硅白云母、
石英、
石榴石和
金红石等组成,可出现
钠长石、
黝帘石及
硬绿泥石等,石榴石富Fe和Mg,多硅白云母中的Si可达3.369,也是高压组合。
云母片的历史最早可以追溯到距今约300万年的
旧石器时代,在蒙古北部的考古发掘中,就曾发现了一小块人为穿孔的
白云母薄片。古代主要将云母片作为饰件,通过简单的穿孔,划纹等加工后使用,现代工业对于某些特定用途的云母片,如电热机械装备用硬质耐高温云母片,还需进行成型和压制处理,涉及将云母片与粘胶剂混合后压制成型,再经过烘培固化得到硬质板状绝缘介质后应用。
云母片具有很高的抗电性能、极高的耐热性、很高的电绝缘强度、耐电晕、耐热以及良好的力学性能,还有低损失的热阻功能,同时还是很好的黑体。因云母片具有良好的物理性能,广泛用于国防、航空、航天、通讯及电机,电气设备和电工器材的绝缘材料。
历史沿革
云母片的历史可以追溯到距今约300万年的
旧石器时代,在蒙古北部旧石器时代层的考古发掘中,发现了一小块人为穿孔的
白云母薄片。
新石器时代遗址中发现了部分
夹砂陶含少量的
滑石和云母片等。春秋战国时期帕尔米高原古墓陪葬的陶器均为夹
粗砂陶,并夹有云母片。
距今4300年左右就有把云母片作为饰件的例子,包头阿善遗址出土的云母片,一片为穿孔饰件,另一片坠形云母片与骨簪一起出土。山东邹城
西晋刘宝墓中发现了3枚云母钱,体薄、半透明,直径为3.1厘米,是比较奇特的;鄂西的
东晋墓中也发现了一例。
公元前150年到公元100年,
墨西哥城东北几十公里
特奥蒂瓦坎古城的
太阳金字塔附近,也发现有大量云母存在。
晋代,
道教飞仙思想渐浓,为追求精神与灵魂的不灭,云母被作为丹药食用。信众认为长期服用能让人长生不老,容颜不朽,作为食用品的云母片在考古中往往发现于容器里,如在四川大邑马王坟汉墓墓门处的罐中发现云母片、四川汉源市容遗址发现破碎的陶罐与云母片在一处、南京仙鹤观
晋朝高崧家族墓 6 号墓银鼎中残留有云母、敦煌祁家湾 M336 出土的朱书斗瓶内云母与粟一同发现,以及大理海东罗荃塔地宫中部绿釉罐中有云母片,另一个罐子中装有海贝。可能同样用来食用,但并未装在容器中的有江苏宜兴西晋墓中的云母片,经检测云母片上有
朱砂石。
现代社会
在十九世纪后期,大片云母开始在新发展的电气工业中作为电
绝缘材料得到应用。之后,现代
电子工业开始发展,云母成了电子设备不可缺少的绝缘材料。除天然云母外,先进的工艺开始大量发展人造云母和云母的代用品。
主要结构
化学结构
云母片的云母族矿物的成分通式为X{Y2-3[Z4O10](OH)2},此通式中,Z组
阳离子主要是位于
硅土四面体层的Si和Al,
配位数为4,一般来说,n(Al):n(Si)=1:3,有时Si和Al会被Fe、Cr代替;Y组阳离子主要是Al、Fe和Mg,其次有Li、V、Cr、Zn,Ti、Mn等,为六次
配位,位于配位
八面体层中;X组阳离子主要是大阳离子K+,有时有Na+、Ca2+、Ba2+、Rb+、Cs+等,配位数为12,位于云母结构层之间;附加
阴离子(OH-)可被F-等替代。云母族矿物中,
白云母的
化学式为KAl2(AlSi3)O10(OH,F)2,
金云母化学组成:KMg3[Si3AlO10 ](OH,F) 2,
黑云母为K(Mg,Fe)AlSi3O10(F,OH)2。
物理结构
云母片的云母
晶体常呈假六方板状、片状、鳞片状,
薄片透明。云母族矿物的
晶体结构特征为[(Si,Al)O4],四面体共3个角顶相连形成六方网层,四面体活性氧朝向一边;附加阴离子OH-位于六方网格中央,与活性氧位于同一平面上;两层六方网层的活性氧相对指向,并沿[100]方向位移a/3(约0.17nm),使两层的活性氧和OH-呈最紧密堆积,其间所形成的八面体空隙为Y组
阳离子(Al、Fe和Mg)充填,从而构成两层六方网层夹一层八面体层的3层结构层,称为云母结构层。云母与
滑石或
叶蜡石结构层相似,所不同的是
白云母六方网层中的Si有1/4为Al所代替,使结构层内有剩余电荷,因而要求较大的阳离子(如K+)存在于结构层之间,以维持
电荷平衡。
晶体结构中,a0=0.53nm,b0=0.92nm; b0值随
八面体层中阳离子种类及数量而变。[(Si,Al)O4]四面体六方网层的相对位移,不仅提供了Y组
阳离子的位置,同时破坏了六方对称,使云母结构层的对称降低。
按云母片结构层内八面体层阳离子的种类和填充数量,云母族矿物可分为
二八面体型和三八面体型两类,二八面体型:八面体空隙为三价阳离子填充,占据2/3空隙,称为二八面体型云母(如
白云母、
钒云母、
钠云母);三
八面体型:八面体空隙中为二价阳离子,全部空隙均被填满,称为三八面体型云母(
黑云母、
金云母)。两种类型云母的区分用X射线分析的d(060)值来区分。d(060)值处于0.1480-0.1510nm,是二八面体型云母;d(060)值处于0.1530-0.1557nm,是三八面体型云母。
云母片结构中的[(Si,A1)O4]四面体网层接近于六方对称,因而云母
晶体常呈假六方板片状或
柱状,有时呈六方三连晶,多呈叠板状或书册状晶形,发育完整的为具有六个
晶体面的
菱形或
六边形,有时形成假六方柱状晶体。
基本特性
绝缘性
云母片具有很高的绝缘强度和
电阻,
绝缘介质损耗低,抗
电弧和耐电晕等性能优良。云母片的体积
电阻率和表面电阻率都非常高,如绝缘大鳞片云母的击穿强度为18~25kv/mm,电阻率为2.9~5.9uΩ/cm,这些数值都远高于一般电
绝缘材料的要求。
耐热性
云母片具有良好的耐热性能,可在高温环境下保持稳定的物理和化学性质。不同类型的云母片具有不同的耐热温度范围。例如,白云母片的耐热温度范围一般为350~450℃,最大可达550℃;而
金云母片的耐热温度范围则为600~650℃,最大可达1130℃,在这些温度范围内,云母片能够保持其原有的物理性能和机械强度。
化学稳定性
云母片在常温下对酸、碱等
物质具有较强的抵抗能力。例如,
白云母在浓度的冷
盐酸中不起化学作用,直到300℃时,在盐酸中才逐渐失去其坚固性。而在
硫酸中,虽然长时间作用会使云母重量有所减少,但相较于其他许多材料,其耐腐蚀性仍属上乘。碱对云母几乎不起作用。云母片在长时间暴露在空气中时,其内部的某些成分如
氧化钾(K₂O)可能会受到侵蚀,但这并不会导致云母片完全丧失其性能。此外,云母中的
氧化亚铁(FeO)在长时间与水和空气的作用下可能会转变为
氧化铁(Fe₂O₃)或
氢氧化铁胶体(Fe(OH)₃),但这一过程相对缓慢,且对云母片整体性能的影响有限。
主要分类
按照用途
云母薄片
云母薄片是由层状硅酸盐矿物形成的薄片或
晶体,具有良好的层状结构和透明性。它主要由
硅酸钾、铝、镁等元素组成,是云母族矿物的总称。
电容器用云母片
云母电容器是指以云母作为电容器中间
绝缘介质的电容器。它的形状多为方块状,耐压高性能相当好,其工作原理是基于电荷的储存和释放。当电容器处于充电状态时,
电解质中的离子会在
电场的作用下被
吸附到
电极上,形成正负电荷。当电容器处于放电状态时,储存的电荷会被释放,流回电解质中。
电子管用云母片
电子管用云母片是指专门用于电子管中的云母
薄片,它利用云母的自然层状结构和高绝缘性能,为电子管提供必要的
电气隔离和保护。
按照化学成分
白云母片
白云母在未经改性前主要应用在日用化工原料、陶瓷原料、油漆添料、塑料和橡胶添料、
建筑材料以及用于
焊条药皮的保护层等,近年在
玻璃鳞片替代方面也很突出。白云母还能在
油井中起到增加韧性的效果,在
油井水泥中掺入合适细度的白云母,可在一定程度上克服水泥固有的
脆性,增强水泥的韧性。添加0.5%的80目的白云母,对油井水泥有较明显的增韧效果,可以用作油井水泥的增韧材料。
金云母片
金云母片的变种有锰云母、钛云母、铬金云母、氟金云母等,特色的结构组成和层状性质产生了独特的用途。其中氟金云母在现代工业中的应用最为广泛,用性质不同的标准氟金云母和改性氟金云母分别填充环氧树脂得到
复合材料,可在保持其原有的高压绝缘性、耐介质腐蚀性等良好特性的基础上,提高其力学性能。但不同性质的氟金云母粉与环氧树脂所得复合材料的性能存在很的大差异,这与填料的化学组成、微观结构等因素有关。
生产工艺
原料准备
开采
云母的采矿方法主要为水力开采法和机械设备开采法。水力开采方法的过程如下:一个或更多的高压水柱直接对准回采工作面,
矿石被水的压力破坏,从工作面冲洗到贮存池,然后用斜槽或泵运送到选矿厂;另外,大多数鳞片云母矿石是用动力驱动的机械设备开采。
选矿
原矿入厂后,最初是用高压水流碎解,然后在颚式
碎石机中破碎,通过一系列转筒筛和滚式破碎机洗涤,像
石英和
长石那样的共生矿物被压碎成细粒,细粒的脉石用转筒筛除去,筛下的脉石包括石英、长石、
黏土和细小的云母,粗粒被留在筛上。为了除去大量的脉石矿物,破碎和筛分作业必须重复许多次,通过这种加工而保留下来的湿的比较纯净的粗粒云母被放置在储存仓。另外,云母的浮选方法用以回收
伟晶岩和云母
片岩中14目以下的云母和细粒云母,有酸性
阳离子和碱性
阴离子阳离子浮选方法。
剥离与分选
剥离
是云母片生产中的关键步骤,目的是将云母
矿石中的云母片剥离出来。常用的剥离方法包括机械磨壳法和
化学剥离法。机械磨壳法通过机械磨削和冲击使云母矿石分解出云母片,是目前主流的方法。化学剥离法则利用化学剂作用于云母矿石,使原料中的云母片分离出来。
分选
剥离后的云母片需进行粗选和精选。粗选主要基于形状和大小进行筛选,而精选则针对品质进行选择。分选过程中使用
振动筛、离心筛等设备,确保云母片的尺寸、形状和品质符合市场需求。
加工处理
切割与磨光
经过分选的云母片需进行切割和磨光处理,以获得平滑、规则的表面。切割通常使用
钢丝锯等设备进行,而磨光则采用
砂轮和
抛光机等工具。
成型与压制
对于某些特定用途的云母片,如
电热机械装备用硬质耐高温云母片,还需进行成型和压制处理。涉及将云母片与粘胶剂混合后压制成型,再经过烘培
固化得到硬质板状
绝缘介质。
质量控制与包装
质量控制
在生产过程中,需对云母片的尺寸、厚度、平整度、绝缘性能等进行严格的质量控制,确保产品符合相关标准和
客户需求。
包装与储存
生产完成的云母片需进行包装处理,以防止在运输和储存过程中受到损坏。包装材料应具有良好的
防潮、防尘性能。储存时需注意保持干燥通风的环境,避免云母片受潮或受污染。
相关规格
常见规格
参考资料:
参考资料:
性能参数
参考资料:
相关应用
电子制造
云母片制造旋转的和非旋转的电气设备、电子装置和电气器械时有很多应用;片云母还可以制作真空管的间隔片;少量的优质碎片云母被剥离成细片并重新制成云母纸,用于电气绝缘;
云母粉可制造
电焊条药皮
涂层,防止药皮开裂;厚片云母可加工成各种尺寸的垫圈作为电子仪器的
绝缘体;在优质云母上涂金银
光栅而制成的
薄片, 可用于通讯设备内的元件;质量上乘的云母片可做氦氖
激光器的减速板;云母垫圈可用作
录音机磁头的间隙
分离器;大片云母可以用于生产小尺寸的
加热设备、吸氧装置的隔板、光学仪器上的1/4波长检板、舶丝
电阻温度计的基座、暖房的窗户、
留声机的隔膜和灯罩;由于云母
解理面上的
原子排列成特征性的六方环结构,因而常用来检测AFM(原子力
显微镜)的性能,而且,云母解理面的缺陷少,容易得到较大的平整范围,因此,它也是AFM研究
吸附样品时最常用的基底。
建筑领域
在建筑领域,云母片主要用于隔热
保温材料。其良好的隔热性能可降低建筑物的能耗,提高居住的舒适度。云母片可用于屋顶、墙体等部位的隔热层,有效阻挡外界热量的传递。
家用电器
云母片作为耐高温绝缘材料,经常用于家用电器中,比如电熨斗,电熨斗的内部电加热元件结构一般分为两大类型:一类是罩盖式
电热元件,其云母片板状骨架和缠绕在上面的镍铬电热丝组合,电热丝两端引线与固定在云母骨架上的接线柱相连,并在上下两面均匀铺垫云母片,起到既绝缘又快速导热的效果;另一类是管状式电加热管,其将镍铬螺旋状电热丝置入金属管内,在电热丝与管壁间填充既导热又绝缘的
氧化镁粉剂,使电热丝与空气隔绝不易产生氧化。
未来发展
随着大、中型
高压电机向大容量、高参数的不断发展,对其云母片绝缘水平的要求也越来越高。大、中型高压电机绝缘总的发展趋势是提高主绝缘的云母含量、热态机械强度和耐电热老化寿命,并不断改进绝缘工艺性。采用单面薄膜或双面薄膜复合制造的粉
云母带,具有较高的电气强度、机械强度和良好的应用工艺性能,是高压电机端部绝缘和
匝间绝缘较为理想的云母材料。当选用不同品种(如:收缩薄膜)、不同耐热等级的薄膜材料与云母纸、补强材料复合,可以得到不同功能、不同耐热等级的薄膜
复合粉云母带。在应用中不但可使绝缘工艺简化,而且还使电机绝缘的质量得到大大的提高。从发展角度看,薄膜复合粉云母片具有广阔的发展前景。
参考资料
Mica.Britannica.2024-03-31
mica.britannica.2024-07-19