天然云母中工業(yè)應(yīng)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-，故稱為羥基云母。合成云母則經(jīng)常使用電價和半徑與合成云母則經(jīng)常使用電價和半徑與OH-相似的F-代替OH-來進行制備，其中氟金云母KMg3（AlSi3O10）F2最易形成大晶體，因而應(yīng)用最為廣泛，故通常所說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，是宇宙飛船用的合成云母絕緣片、環(huán)境監(jiān)測衛(wèi)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(chǔ)材料，還在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域有較好應(yīng)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(nèi)熱法。其中坩堝下降晶種法雖然能夠制備書板狀大型晶體，但是由于其耗能高、周期長并且需要使用昂貴的鉑坩堝，導(dǎo)致其生產(chǎn)成本較高，因此在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較少。
內(nèi)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?qū)щ?，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。
該過程屬于一個固液相變的過程。云母合成工藝中的加熱過程、容器、原料配比均會對固體析出的狀態(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，過快的冷卻速度可能會導(dǎo)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(nèi)熱法具有耗能少、收率高、氟化物揮發(fā)小的優(yōu)點，而且不需要坩堝。因此該方法作為目前大規(guī)模生產(chǎn)合成云母的主要方法。
目前，中國的云母產(chǎn)量在15萬噸左右，其中人工合成云母產(chǎn)量5.7萬噸，且只有幾個小廠家生產(chǎn)，均為第一代產(chǎn)品，其質(zhì)量指標(biāo)達不到高端市場要求，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50萬噸，且每年的需求量以較快的速度增長。
2、人工合成云母研究現(xiàn)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，上個世紀60年代，我國非金屬礦研究所采用內(nèi)熱法首次合成了云母，為國內(nèi)人工合成云母開啟了新的篇章。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(nèi)熱法合成云母的部分工藝條件進行了研究，發(fā)現(xiàn)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對原料的熔融過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(xiàn)少量的Li+并不會對主晶向造成改變，但是會對云母的析晶產(chǎn)生促進作用。Li+添加量為6.67%（摩爾分數(shù)）時對析晶的活化能降低最為顯著。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行了探索，發(fā)現(xiàn)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(yīng)控制在50-60%，過多的鉬尾礦配比會加深產(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(yīng)用價值。
在云母大晶體研究方面，我國通過內(nèi)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(jié)構(gòu)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，此外隨著科技的發(fā)展，人工合成云母應(yīng)用范圍越來越廣泛，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(yīng)用仍存在很多問題函待解決。
?。?）硬度大、彈性差
合成云母存在一個重要問題，與天然云母相比，人工合成云母實為硬而脆的材料，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(jié)構(gòu)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)生高熔點雜質(zhì)，這些高熔點雜質(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(dāng)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對人身安全就會產(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發(fā)展的重要因素。
?。?）企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小
我國合成云母行業(yè)除了幾個處于領(lǐng)先地位的主力廠商外，行業(yè)內(nèi)大部分生產(chǎn)企業(yè)屬于中小企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模小，資金實力弱，產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)主要通過科研機構(gòu)的技術(shù)轉(zhuǎn)讓來獲得，大部分企業(yè)缺乏自有的科研團隊和科研實力。
?。?）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(shè)備較為落后，不僅產(chǎn)品質(zhì)量不高，導(dǎo)致應(yīng)用受到局限，而且很多特殊用途的云母片（如活門云母片、水位計云母片)目前只能使用進口天然云母生產(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
（1）擴大合成云母在珠光材料中的應(yīng)用
隨著社會的發(fā)展，形形色色的產(chǎn)品層出不窮，人們對珠光效應(yīng)材料的需求與日俱增，目前國內(nèi)珠光效應(yīng)材料需求量為7.5萬噸/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(guī)工業(yè)級、化妝品級、汽車專用級和特殊效應(yīng)材料級等珠光材料方面的應(yīng)用，挖掘云母更多的應(yīng)用價值。
（2）開展人工云母的關(guān)鍵技術(shù)研究
積極開展人工合成云母原料選取及配方設(shè)計、自動混料配方系統(tǒng)設(shè)計、熔融、結(jié)晶關(guān)鍵技術(shù)、基于PLC的熔制自動化系統(tǒng)、分級、表面活化處理、包覆工藝技術(shù)、整理分類包裝自動化裝置設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。
?。?）穩(wěn)定控制氟含量技術(shù)
現(xiàn)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骨骼發(fā)育，但是過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(wěn)定控制技術(shù)，以降低氟含量，減少產(chǎn)品危害。
（4）智能化工業(yè)生產(chǎn)線
現(xiàn)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，智能化全自動生產(chǎn)是人工合成云母的發(fā)展趨勢之一，主要在自動混料配方系統(tǒng)、熔制自動化系統(tǒng)、整理分類包裝自動化等方面。
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)）
|
