【趋势】未来合成云母将逐步取代天然云母

中国粉体网讯   云母是一族重要的造岩矿物。根据云母结构层内八面体片中阳离子的种类和填充数量不同，可将云母划分出二八面体型（如白云母和钠云母）和三八面体型（如金云母和黑云母）。白云母和金云母是重要的工业矿物，广泛用于机电、化工、无线电等现代工业以及雷达、航天、航空、珠光材料等高科技领域。

随着对优质云母的需求量逐年攀升，天然云母资源量匮乏且不能满足国内市场需求，而合成云母的结构相比天然云母相似甚至一些物理化学性能更优于天然云母，因而得到越来越多人的认可。

2015~2019年全球云母市场规模（单位：百万人民币）

图表来源：前瞻产业研究院

2015~2019年中国云母市场规模（单位：百万元）

图表来源：前瞻产业研究院

合成云母历史

合成云母已有130年的历史，1887年的俄国科学家K.I.Chroustchoff最先用氟化物从熔体中合成了第一块合成氟金云母；随后德国的O.Doelter、P.Hauteferille也相继进行了研究。1887年，德国的И.А.Мореэевич又进一步研究了云母的形成条件及矿化剂作用；1919年，德国的Simens&Halske取得了第一个合成氟金云母的专利权。

我国从20世纪50年代开始研究合成云母。1963年，我国建材部非金属矿研究所（中材人工晶体研究院前身）采用内热法首次成功合成氟金云母，后来采用内热法和晶种法合成了最大面积506cm2的合成氟金云母片。

2019年全球云母市场按生产方式结构（单位：%）

图表来源：前瞻产业研究院

2019年中国云母市场按照生产方式划分结构（单位：亿元，%）

图表来源：前瞻产业研究院

组成结构

合成云母是由两层硅氧四面体层夹着一层镁氧（氟）八面体层（O）组成的云母层构成的，硅氧四面体层也称六方网层（T），F^-位于六方网格的中间，硅氧四面体层中每个硅氧四面体(SiO₄)互相共用底面上三个氧，结合成二维六方面网形成(Si₂O₅^2-)的硅酸根，两层硅氧四面体六方面网的正四面体的顶点互相面向内侧，由Mg²⁺将这些顶点连接起来，一个Mg²⁺由四个分属于不同正四面体的O^2-和两个F^-，共计六个阴离子围成八面体，由此而构成硅氧四面体的底面朝外的坚固层状结构，云母的这种单位层状结构，是又通过键性较弱的K+把它们连接在一起，如此K⁺由上下两层硅氧四面体层的十二个氧包围起来，以1/12原子价的微弱键力使其结合在一起。F的存在提高了三八面体结构云母的热稳定性。

氟金云母晶体结构图

物化性能

光学性能

合成云母为无色、透明，玻璃光泽；二轴晶负光性，光轴角2V=14°±0.5°，折射率为n_g=1.513～1.544，n_m=1.539～1.564，n_p=1.540～1.566。无多色性。因合成云母杂质含量少，从紫外到红外，其透过率比天然云母高。对紫外光，天然云母基本不透过。

ZT01合成云母片外貌图

机械性能

合成云母的硬度最大为3～3.4之间，其次是金云母，白云母的硬度最小，因此白云母的分剥性能最好，其次是金云母，合成云母的分剥性能和柔韧性较差，合成云母的抗拉强度100～200MPa；抗压强度为205～265MPa。

电绝缘性能

合成氟金云母绝缘强度为185～238KV/mm，体积电阻率达（3～6）×10¹⁵Ω•cm，表面电阻率达10¹³Ω，介电耗损也非常低，介电常数为5.8～6.3。

热性能

合成云母的高温热稳定性能比天然云母好得多，为1200℃，且几乎无失重。合成云母的熔点或析晶温度为1375±10℃，晶化热为322MJ/kg。

化学稳定性

在常温下，在各种浓度的酸碱溶液中，合成云母不发生化学作用。但在300℃时可在浓硫酸中缓慢地被侵蚀；可溶于热的氢氟酸中。

真空下的放气率

白云母和金云母耐热度低，在高温下要发生分解，释放出水蒸气或SiF₄等其它挥发性气体，高温下真空中放气量大，而合成氟金云母没有结构水，不会放出大量的水蒸汽，仅有少量的吸附气体放出，因而合成云母用作真空绝缘材料是极有利的，能大大提高真空度并延长真空器件的使用寿命。

合成云母的作用

合成云母耐高温，其最高使用温度可达1100℃，达到1200℃以上才缓慢分解出氟化物。氟金云母的熔化温度约为1375±5℃，利用高温加热或差热分析，可很易区别云母类别。合成云母除硬度略大于天然云母，高温分解出对人体有害F离子外，具有成分纯净杂质少，透明性好，热稳定性能、力学性能、电绝缘性能均优于天然云母的显著特点，是一种可以替代天然云母的新型耐高温绝缘材料，它的卓越性能对电子工业、电力工业、航空与航天工业以及国防工业行业有巨大的价值。

合成云母市场发展中存在的最主要的问题就是产品中F离子的毒性问题。由于云母在高温下分子结构会产生裂解，白云母和金云母会释放出结晶水，氟金云母则会将其含量近10%的氟离子逐步释出，而氟离子的毒性和腐蚀性极强，耐火电缆中所用材料含有氟离子时对人身安全就会产生危害，而我国生产的合成云母有近80%都是氟金云母，合成云母的毒性将成为影响其市场发展的重要因素。

大片合成云母的应用

在电气工业中，利用合成云母的绝缘性和机械强度，用作发电机、电动机绝缘材料，大功率和高压电气设备绝缘元件，真空管、测位器、电容器、放电器等的绝缘体和家用电器（如各种电阻器、电热器等）的耐热绝缘材料。

在电子工业中，可用0.15~0.35mm厚的合成云母片冲制成电子管撑板，还可作电子计算机、电子显微镜、电子示波器等的元件。

在航空、航天等尖端科技领域，合成云母可用作制造飞机发动机火花塞、垫圈、飞行员用氧气瓶上的活门，雷达线路中的绝缘零件，人造卫星、导弹用的大容量电容器芯片和电子管片等。

碎云母的应用

碎云母主要用于加工云母粉和云母纸。云母纸是以碎云母片（白云母、金云母、人工合成云母）为原料，采用特殊工艺将其破碎成细小鳞片，在云母造纸机上抄造为云母纸。云母纸在性能、质量和品种等方面均已日趋完善，在许多方面已大量取代了天然薄片状云母，如云母纸和云母纸层压板已广泛用于电气和电子工业；用云母板卷制成管，或冲制成零件，缠（镶）上电热丝制成各种电热元件，用于空调中的加热板、电熨斗芯、电吹风、管型加热器、家用电器中各种加热器、塑料注塑器、输油管道加热器等各种类型的加热器等。

云母原料净化程度的高低，直接影响云母纸质量的优劣。天然云母种类较多，其性能各不相同，作为云母纸生产原料的云母碎片和边角废料，由于来自不同矿区或不同矿脉的原料制得的云母纸性能通常差别很大，必须分类存放，不得混合使用，然而合成云母碎片成分较天然云母碎片纯净，生产的云母纸性能也较优异。

合成云母粉的应用

云母珠光颜料是在优质云母薄片上包覆一层或多层二氧化钛或其他金属氧化物而成为呈现珍珠光泽的珠光颜料。氟金云母珠光颜料是以人工合成云母为基材，加工成10~100μm的透明薄片，外覆多种金属或非金属纳米氧化物后，经高温烧结而成的特种原料。氟金云母珠光颜料除性能优于天然云母珠光颜料外，它还是可再生资源材料，是天然云母珠光颜料的最佳替代品。

合成云母粉与玻璃、磷酸、硅酸凝胶、磷酸铝、硅灰石等无机材料按一定比例混合，经压坯、焙烧、成型、退火等工艺，制成合成云母陶瓷，成为一种复合材料。目前我国已在船舶、电力牵引机车上用作新型灭弧件，代替陶瓷、石棉制品；在高压开关上，用作并联电阻盘，代替环氧树脂玻璃布聚苯酰醚电阻盘。

2015~2019年按终端应用市场划分的中国云母市场规模（单位：百万元）

图表来源：前瞻产业研究院

小结：

随着合成云母的应用领域不断地拓宽以及天然云母资源的匮乏，未来，合成云母取代天然云母的形势逐渐加大！

参考文献：

￭前瞻产业研究院.2020年中国及全球云母行业市场现状与发展趋势分析合成云母逐渐取代天然云母

￭王新砚等.中国合成云母的物理化学性质及比较研究

￭刘超.合成云母的表面改性研究

￭王新砚.中国合成云母的矿物学特征及比较研究