天然云母中工業(yè)應用較多的主要有自云母（KAl2（AlSi3O10）（OH）2）和金云母（KMg2（AlSi3O10）（OH）2），由于該兩種云母都含有OH-，故稱(chēng)為羥基云母。合成云母則經(jīng)常使用電價(jià)和半徑與合成云母則經(jīng)常使用電價(jià)和半徑與OH-相似的F-代替OH-來(lái)進(jìn)行制備，其中氟金云母KMg3（AlSi3O10）F2最易形成大晶體，因而應用最為廣泛，故通常所說(shuō)的合成云母即是指氟金云母。
與天然云母相比，合成云母具有更耐高溫（高達1200℃以上）、更高的電阻率（高1000倍）、更耐酸堿、透明、可分剝和富有彈性等優(yōu)點(diǎn)，是宇宙飛船用的合成云母絕緣片、環(huán)境監測衛星合成云母絕緣片、雷達移相器合成云母極化片等核心基礎材料，還在醫療衛生領(lǐng)域有較好應用前景。
1、云母合成工藝
云母的合成工藝主要可分為坩堝下降晶種法和內熱法。其中坩堝下降晶種法雖然能夠制備書(shū)板狀大型晶體，但是由于其耗能高、周期長(cháng)并且需要使用昂貴的鉑坩堝，導致其生產(chǎn)成本較高，因此在大規模工業(yè)生產(chǎn)中應用較少。
內熱法主要是將合成云母所需原料（主要有電熔鎂砂、石英粉、氟硅酸鉀、氧化鋁粉和碳酸鉀等）按照一定配比混合后加入耐火磚砌成的高溫爐中，利用加熱電極將部分生料熔融，熔融后的熔體能夠導電，從而將原料全部熔化，最后冷卻析出晶體從而得到云母產(chǎn)品。
該過(guò)程屬于一個(gè)固液相變的過(guò)程。云母合成工藝中的加熱過(guò)程、容器、原料配比均會(huì )對固體析出的狀態(tài)產(chǎn)生影響，從而直接影響到產(chǎn)品的品質(zhì)。比如制備氟金云母時(shí)，過(guò)快的冷卻速度可能會(huì )導致產(chǎn)品為硅鎂石而非云母，而較慢的冷卻速度則可能對形成較大的晶體有利。
內熱法具有耗能少、收率高、氟化物揮發(fā)小的優(yōu)點(diǎn)，而且不需要坩堝。因此該方法作為目前大規模生產(chǎn)合成云母的主要方法。
目前，中國的云母產(chǎn)量在15萬(wàn)噸左右，其中人工合成云母產(chǎn)量5.7萬(wàn)噸，且只有幾個(gè)小廠(chǎng)家生產(chǎn)，均為第一代產(chǎn)品，其質(zhì)量指標達不到高端市場(chǎng)要求，僅用于生產(chǎn)低端的絕緣、涂料等產(chǎn)品。目前全世界每年對云母制品的需求量近50萬(wàn)噸，且每年的需求量以較快的速度增長(cháng)。
2、人工合成云母研究現狀
目前我國合成云母生產(chǎn)技術(shù)與國外相比，已處在世界領(lǐng)先水平，我國研究人工合成云母已有60多年的歷史，上個(gè)世紀60年代，我國非金屬礦研究所采用內熱法首次合成了云母，為國內人工合成云母開(kāi)啟了新的篇章。隨后中材人工晶體研究院就人工合成云母開(kāi)展了系列研究，已在人工合成云母技術(shù)上取得了大量成果，25項科研成果已推廣使用，并在大尺寸云母晶體合成技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先水平。
中科院譚月羆等人對內熱法合成云母的部分工藝條件進(jìn)行了研究，發(fā)現電極的插人方式以旁插式為佳（相比于上插式與下插式），另外電極的尺寸與形狀以及通電的電能會(huì )對原料的熔融過(guò)程以及生成的熔塊形狀造成影響。
在原料配方方面，江莎莎等考察了Li+的添加對制備氟金云母析晶的影響，發(fā)現少量的Li+并不會(huì )對主晶向造成改變，但是會(huì )對云母的析晶產(chǎn)生促進(jìn)作用。Li+添加量為6.67%（摩爾分數）時(shí)對析晶的活化能降低最為顯著(zhù)。另外該課題組還對利用工業(yè)礦渣-鉬尾礦作為原料替代石英粉合成氟金云母工藝進(jìn)行了探索，發(fā)現利用鉬尾礦作為原料可以制備出晶向單一的氟金云母，其鉬尾礦的用量比例應控制在50-60%，過(guò)多的鉬尾礦配比會(huì )加深產(chǎn)品顏色。使用該工藝不僅可以避免使用石英粉，還可以降低其它原料的用量，能夠有效降低成本，具備較好的工業(yè)應用價(jià)值。
在云母大晶體研究方面，我國通過(guò)內熱法和晶種法等方法所合成的云母大晶體，最大面積可達560cm2，是目前最大的人工合成云母片，且所合成的云母片不含結構水，使產(chǎn)品的耐熱溫度遠高于天然云母，最高可達1450℃，可作為電容器、電子管撐板和耐熱絕緣件等優(yōu)良的耐高溫電絕緣材料，此外隨著(zhù)科技的發(fā)展，人工合成云母應用范圍越來(lái)越廣泛，如生產(chǎn)高溫電子管、熱電偶絕緣材料、透輻射材料、熒光光譜儀和分光晶體材料等。
3、存在問(wèn)題
目前的合成云母主要還是指氟金云母，而氟金云母的生產(chǎn)與應用仍存在很多問(wèn)題函待解決。
?。?）硬度大、彈性差
合成云母存在一個(gè)重要問(wèn)題，與天然云母相比，人工合成云母實(shí)為硬而脆的材料，即硬度大，彈性差，致使合成云母的徑厚、堆密度和附著(zhù)力不理想，反而使得珠光顏料色飽度大大降低。究其原因主要由結構決定，即采用Mg取代A1和F-取代OH-而形成，此外，在人工合成云母易產(chǎn)生高熔點(diǎn)雜質(zhì)，這些高熔點(diǎn)雜質(zhì)使得云母的品質(zhì)大大降低。因此探索人工合成云母的新方法和新思路，合成高品質(zhì)云母，是當今云母行業(yè)的重要研究方向。
?。?）產(chǎn)品毒性大
氟金云母在高溫下會(huì )將其含量近10%的氟離子逐步釋出；而氟離子的毒性和腐蝕性極強，耐火電纜中所用材料含有氟離子時(shí)對人身安全就會(huì )產(chǎn)生危害。我國生產(chǎn)的合成云母有近80%都是氟金云母，因此，合成云母的毒性成為影響其市場(chǎng)發(fā)展的重要因素。
?。?）企業(yè)生產(chǎn)規模小
我國合成云母行業(yè)除了幾個(gè)處于領(lǐng)先地位的主力廠(chǎng)商外，行業(yè)內大部分生產(chǎn)企業(yè)屬于中小企業(yè)，生產(chǎn)規模小，資金實(shí)力弱，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)主要通過(guò)科研機構的技術(shù)轉讓來(lái)獲得，大部分企業(yè)缺乏自有的科研團隊和科研實(shí)力。
?。?）生產(chǎn)工藝落后
目前我國很多云母生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)工藝與設備較為落后，不僅產(chǎn)品質(zhì)量不高，導致應用受到局限，而且很多特殊用途的云母片（如活門(mén)云母片、水位計云母片)目前只能使用進(jìn)口天然云母生產(chǎn)，還尚未研究出合適的合成云母作為替代品。
4、發(fā)展趨勢與展望
?。?）擴大合成云母在珠光材料中的應用
隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展，形形色色的產(chǎn)品層出不窮，人們對珠光效應材料的需求與日俱增，目前國內珠光效應材料需求量為7.5萬(wàn)噸/年，而云母是珠光材料的主要載體，因此積極探索人工合成云母在常規工業(yè)級、化妝品級、汽車(chē)專(zhuān)用級和特殊效應材料級等珠光材料方面的應用，挖掘云母更多的應用價(jià)值。
?。?）開(kāi)展人工云母的關(guān)鍵技術(shù)研究
積極開(kāi)展人工合成云母原料選取及配方設計、自動(dòng)混料配方系統設計、熔融、結晶關(guān)鍵技術(shù)、基于PLC的熔制自動(dòng)化系統、分級、表面活化處理、包覆工藝技術(shù)、整理分類(lèi)包裝自動(dòng)化裝置設計等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。
?。?）穩定控制氟含量技術(shù)
現有合成云母技術(shù)均需使用大量的氟元素，含氟量通常達8%以上，研究表明氟元素對人體有雙重影響，即適量的氟元素可促進(jìn)骨骼發(fā)育，但是過(guò)量的氟元素則對腎臟等器官產(chǎn)生慢性損傷。因此必須研究氟含量工業(yè)化穩定控制技術(shù)，以降低氟含量，減少產(chǎn)品危害。
?。?）智能化工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)
現階段人工合成云母主要還是以間歇式生產(chǎn)且人工操作為主要，為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，智能化全自動(dòng)生產(chǎn)是人工合成云母的發(fā)展趨勢之一，主要在自動(dòng)混料配方系統、熔制自動(dòng)化系統、整理分類(lèi)包裝自動(dòng)化等方面。
更多精彩！歡迎掃描下方二維碼關(guān)注中國粉體技術(shù)網(wǎng)官方微信（粉體技術(shù)網(wǎng)）
|
