云母材料

第四章云母材料•主要教学内容：•云母纸及云母陶瓷；•云母纸的抄造•#*珠光云母的制备•教学目的要求：•掌握珠光云母的制备工艺；•掌握云母陶瓷的原料要求及生产工艺。•教学方法与手段：•讲授；多媒体•讨论、思考题、作业：•四氯化钛加减法中，为什麽碱的加入速度必须和钛盐的水解速度相等？•在煅烧过程中，为什么在800℃时要恒温一定时间？•制备珠光云母的方法有哪些？•参考资料：•张梦林等。云母综合利用。中国建筑工业出版社，1984。•荣葵一。非金属矿物岩石材料加工工艺。武汉工业大学出版社。1995•第一节云母概述•1.云母的性能•云母是一种透明薄片状的非金属矿物，是一类含水铝硅酸盐的总称。•含有不同的金属离子，主要是不同碱金属离子或碱土金属离子，构成种类不同的云母。•在天然云母中最有工业价值的是白云母和金云母。此类云母晶片面积大，电性能好.K2Al4[Al2Si6O20](OH)4Al—Mg,Fe•当前世界上生产大片云母的国家主要有印度、巴西、加拿大、苏联、阿根廷、澳大利亚等国家。•我国云母资源相当丰富，云母矿床几乎遍布全国各省。但是优质大片云母矿床则主要集中于新疆、四川、内蒙几个省、自治区内.•2.云母的用途•远在一千多年前的唐代，已用云母作屏风；•自十九世纪中叶以来，一直是电气、电子工业的一种非常重要的绝缘材料。•云母的形式：片状云母；碎云母；云母粉。•3、制品•云母纸(板)；珠光云母；•云母陶瓷；•熔铸制品：合成云母熔铸制品的基本成分是合成氟金云母（大于90%），并添加少量助熔剂（萤石）和成核剂（氧化铬）配制而成的。熔融温度约1420℃。•4.云母的缺陷•矿物或空气包裹体、矿物污垢、不规则的结晶、波纹或折曲、裂纹等。•外观观察到的缺陷主要是矿物污垢斑点、波纹和裂纹.•第二节片状云母及其云母制品•一、片状云母•主要是利用大片云母。•云母加工厂对进厂的各种工业原料云母，按品种、规格及质量要求，进行分类、劈分成厚片云母，然后进行分级。•甲级：加工电容器零件芯片；•乙级片：加工机械工业使用的薄片；•丙级片：加工保护片、垫片及隔热衬垫。•二、云母纸•电器工业不可缺少的绝缘材料。用云母碎片及云母加工的边角料为原料制成的。•厚度均匀，性能稳定导热性好；•但机械强度差，选用合适的粘结剂可以弥补。•云母纸的制造关键在于云母纸浆的制备。•（一）云母纸浆的制造方法•将厚度为毫米级的碎云母破碎成厚度为微米级以下的细小云母鳞片，然后将适于造云母纸的云母鳞片分选出来并与一定数量的水混合均匀，即为云母纸浆。•将云母纸浆按一定的浓度经过云母纸的成型和干燥设备就可以得到不同用途的云母纸。•1、云母浆鳞片的要求•(1)云母鳞片的厚度应在微米数量级或更薄，而且各片厚度均一，大小均匀。•(2)云母鳞片的直径与厚度之比(亦称径厚比)较大，一般应大于50，能大于100则更好。•（4）表面缺陷较少。•（5）云母鳞片表面清洁纯净末受污染。•2、煅烧化学制浆法•将精选的云母碎片，经高温煅烧脱去云母结构中的部分结晶水，使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨胀，质地变软，再用化学方法处理，使云母片充分地分裂解理，再经洗涤、搅拌、分级成浆，这种方法叫煅烧化学制浆法(俗称熟法)。•用这种方法制浆、抄造的云母纸叫粉云母纸(俗称熟料纸或熟粉纸)。•工艺流程是；云母碎料的分选(除杂质)－水洗－干燥－煅烧－化学处理－洗涤分级－浓缩。•（1）云母原料的处理•包括工艺中的前三部分。•分选的目的主要是去除粘结片、黑云母以及与云母伴生在一起的其他杂质和外来杂质，以保证云母纸的电气性能和机械性能。•为了云母粉的煅烧质量，还必须清除厚度大于1.2毫米的厚云母片。•水洗：分选后的云母在圆筒筛或振动筛中加水清洗，以除去云母料中的泥沙等杂质并筛去尺寸不够的细料，使云母料净化。•清洗后的云母，层间及表面附着大量水分，其含量约为20一25％，这部分水分必须在燃烧前除去，使附着水含量降到2％以下．•云母的干燥在特制的带式烘干机上进行，以蒸汽为热源，在带式烘干机上进行。•云母粉在烘干机上的停留时间，一般为60分钟。•（2）煅烧•云母的燃烧，是将云母装入一特制的电炉中，加热到600℃-800℃，经50-80分钟的恒温，以脱去云母晶体中的部分结晶水（50%），使云母沿解理面的垂直方向产生显著的膨胀而分层，变得疏松而柔软。•目前国内多采用间接加热式的回转炉.•经过煅烧后的云母叫云母熟料，必须对云母熟料进行筛选，以除去原来夹在云母层间的泥沙、易燃物的灰分和直径小于0.06毫米的云母碎片。•检验云母煅烧质量的定量指标是云母熟料的吸水率。•云母熟料吸水率的测定方法是：称取一定数量的云母熟料，全部浸入水中自然浸润15分钟，然后自然过滤1分钟，称其重量，计算出云母熟料浸润前后的重量比，就是云母熟料的吸水率。•吸水率在2.5-4.5之间为合格。•（3）粉云母浆的制备•煅烧化学制浆法有多种，应用于工业生产的有：•酸碱法；•碳酸铵法•酸法。••①酸碱法•云母熟料不经冷却就浸入浓度为2-10％的碳酸钠溶液中5-30分钟；•然后投入浓度为2-3％的盐酸或硫酸溶液中10-60分钟。产生大量的二氧化碳气体促使已初步膨胀的云母片剧烈膨胀，然后经机械搅拌、加水洗涤成云母浆。•②碳酸铵法•将云母熟料浸渍在碳酸铵溶液中;•然后放入反应釜中加热到l00-400℃；•碳酸铵分解为二氧化碳和氨气作用于云母片促使云母碎裂成浆。•③酸法•将云母熟料浸渍在2-5％的稀酸(硫酸、盐酸或磷酸)中加热处理成浆，再经洗涤、分级、脱水而成。•加热方式有直接加热和间接加热两种•直接加热是将蒸汽直接通入反应锅内的云母熟料与酸液中；边加热边搅拌，所得的浆料鳞片比较多，径厚比较小，但成浆率较高。•使用硫酸时，酸液浓度为2-4％，固液比为1:8-1:12，加热温度为90-100℃，加热时间为30-60分钟。•目前采用内衬铅的钢质反应锅，也可使用耐酸搪瓷反应锅及铸石反应锅，但前者使用寿命最长。•经过酸处理的云母熟料成为浆状物，在浆槽内进行稀释和冷却；•（4）浓缩•在回转式圆筛中进行分级，粗渣从筛上流出，合格的细浆经筛下流入离心机进行脱水浓缩。•3、水力制浆法•用高压喷射水流在特制的腔体内将云母片剥离破碎成细小鳞片，然后用选矿的方法将适于造纸的云母鳞片分选出来的方法，叫做水力制浆法(俗称生法)。•用这种方法制得的云母纸浆而抄造的天然云母纸叫做再生云母纸(俗称生纸)。•工艺流程是：云母碎料的分选(除杂质)一水洗一水力制桨一水力旋流分级一脱水浓缩。•（1）分选及水洗：云母原料的处理与化学制浆法大致相同。但是，应注意清除木屑、纸屑等轻质杂物。•（2）制浆：水力制浆系统由循环水池、高压水泵、加料器、浓缩分级筛、水力分级器和水力制浆机等组成。•高压水泵是水力制浆的动力，一般采用较高的压力和较小的流量．•（3)分级：将云母浆中适于造云母纸的云母鳞片(约占三分之一）分离出来叫做分级。•目前，多采用水力旋流器分级，固定筛脱水。水力制浆机结构示意图１－机壳，２－进料筒，３－喷嘴，４，７－芯筒，５－盖，６－进水管水力旋流器示意图１－溢流管，２－出料管，３－进料管，４－排渣口•由于水利旋流器是按重力进行分级，因而对片状矿物的分选效果不是很好，容易将大而薄与小而厚的云母鳞片等同对待，造成不是大而薄的合格云母鳞片分选不尽，就是原浆中混合云母鳞片的掺入。•采用综合分级(例如将水力旋流器、分级筛、水力选别等组合在一起)将提高分级效率。•(4)脱水：经分级合格的云母浆送至固定筛脱水，脱去大部分水的云母浆经筛上的出料口送至贮浆池。•筛网网目的选择根据对云母浆的要求而定，一般为120目-200目。•4、合成云母纸制浆工艺的特点•合成云母纸是一种新型的耐温达１000℃以上的绝缘材料。•合成云母纸的种类很多，最常见的是合成氟金云母纸。•目前，以水力制浆法效果最好。•合成云母比天然云母硬、脆，因为层间有玻璃体、橄榄石等较硬的杂质。•合成云母水力制浆采用的流体压力比天然云母水力制浆所用的压力大60％以上，而水流小1/2-1/3。•5、大鳞片云母纸制浆工艺特点•大鳞片云母纸既有云母粉纸的优点，又有贴片云母的优点。云母鳞片大。•制浆方法是水力制浆法。•(二)云母纸的抄造•抄造是整个云母纸生产工艺过程中最重的部分，而造纸机则是其中的主机。•云母浆料在造纸机上通过抄造及成型、烘干和卷取等过程而被抄造成云母纸。•1、工艺流程•云母纸浆—网部抄造和成型—压榨部脱水—干燥部烘干—卷取成筒。•2、造纸机的类型•造纸机根据网部结构的不同形式，而分为长网造纸机、圆网造纸机.•圆网造纸机又分为单圆网和多圆网造纸机。单圆网造纸机用于抄造薄的单层纸；多圆网造纸机用于抄造多层纸和纸板。•国内用于抄造云母纸的造纸机有圆网造纸机和长网造纸机两种造纸机，以圆网造纸机为多。•３．造纸机的组成•造纸机由网部、压榨部、烘干部、整饰和卷取部、传动部和辅助设备等部分组成。网部、压榨部合起来称为纸机的湿部；•烘干部、整饰和卷取部称为纸机的干部。•造纸机的辅助设备包括贮浆池、调节器和检测仪表、输浆泵、水泵和真空泵、空气压缩机、损纸处理设备和通风设备.•双圆（长）网造纸机示意图。下页或226•４、云母纸在网部的抄造和成型•（1）贮浆池•符合质量要求的云母浆料，用符合水质标准的水稀释成2-3％浓度的浆液。由于云母的比重达2.7-2.8克／厘米3左右，云母鳞片在浆池内将很快地沉积在底部，很难保持抄造云母纸所要求的均匀悬浮状态。采用气流搅拌。•气流搅拌的优点是能使云母鳞片不发生沉淀，又不致破坏其原有表面。其缺点是能耗大、噪声大。•流浆箱内的浓度一般在0.3-0.7％之间。•（2）网槽•考虑云母鳞片比重大、易沉淀的特点，选择顺流溢浆式网槽抄纸．•特点是圆网的滤水面积大，纸胎在圆网上形成的弧较长，抄造成的纸纵横拉力比较小，这些特点正好适宜于抄造云母纸的要求。顺流溢浆式网槽结构1、2、3-网槽格，4-弧形底•圆网笼的转动方向与浆液流动方向一致，有利于云以鳞片的悬浮，就为抄造厚度均匀的云母纸提供了条件。•2、3格的底部必须做成圆弧形，尽量避免形成死角，保持流动呈湍流状态，以减少流体的阻力和云母鳞片的沉淀。•５、云母纸在压榨部的脱水•云母纸机的压榨部由真空吸水箱、挤水辊、毛毯导辊、张紧辊、分势辊和压榨辊以及毛毯等组成。•湿云母纸在进入压榨前，先经过真空吸水箱脱水以降低进入压榨时的水分。•云母纸在压榨部由于受到相当大的线压力，不仅脱去水分，同时还减少了叠合纸页的云母鳞片间的空隙，使形成云母纸的云母鳞片紧密结合，从而提高了纸的电性能和抗张强度。•６、云母纸的干燥及干燥部的设备•云母纸在制造过程中的干燥，是为了最后除去水分使之成为干度适宜的、适用于电机电器的绝缘材料。•云母纸造纸机的烘干部由上下两只烘缸、烘缸托辊、蒸汽管路和传动部分等组成。•造纸机的烘缸是铸铁浇铸的中空圆柱体，它的外表面经过车削和研磨加工，是很光滑的。烘缸的壁厚均匀一致。•７、云母纸的纸病及其处理•（1）．不符合质量标准的纸病•电气强度不合格；•抗张强度低于标淮值，其原因主要是由云母本身质量不良，浆料制造工艺和纸机调节不当所致；•云母纸过厚和过薄，主要是浆池浆料浓度变化引起。•（2）．云母纸的外观纸病及其处理•压花。压花是指纸页上存在的散花状暗道、透帘和浆团粘结在一起而产生的纸病。产生压花的原因是由于云母纸强度很低，在挤压脱水过程中排水不及，水流冲破纸页所造成。在制造厚度0.06毫米以上的厚纸时特别容易产生压花。•透光点。透光点指在纸面可以明显看见的较薄的但又末穿透的斑点，产生的原因是圆网或毛毯不清洁。•鼓泡。鼓泡就是在纸的一面鼓起气泡，造成这种纸病的原因是纸机供缸的温度过高，干燥速度过剧所造成的。•裂纹。裂纹是指纸面上出现的细小裂纹，其产生的原因是造纸工人考虑到使云母纸在进人压榨前尽量多脱去一些水分，而把真空度开得过备又末及时注意湿纸通过吸水笛时的状况。•破洞。破洞是指纸面完全穿透的小洞。其形成原因与处理方法与前述透光点相同，只是更为严重罢了。•最后，分切、包装，可以出售。•7、质检•云母纸的厚度和匀度；•云母纸的紧度(密度)