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微晶白云母高温结构变化及其对介电性能的影响

刘冲  
【摘要】: 川西地区发现的沉积型微晶白云母是一种新型的白云母类矿物,除了拥有白云母的耐热、耐酸碱、绝缘、强度高、劈性好等一系列优良的性能外,还具有结晶超细、矿质纯、白度好、成本低、易于加工成粉体材料的优点而优于传统的白云母资源。由于白云母类矿物具有特殊层状晶体结构,晶格十分稳定,是绝缘材料中最重要的品种之一,在电气领域具有广阔的应用前景。对不同煅烧温度的微晶白云母的结构及其电绝缘性能的变化进行研究,不仅为微晶白云母电绝缘材料的开发应用提供理论依据和指导,而且对缓解片状白云母资源日益枯竭的现状及拓宽云母类电绝缘材料的应用范围具有重要意义。 论文利用X射线衍射分析技术、红外图谱分析(FTIR)、热分析(DSC-TG)等现代分析测试技术分析了微晶白云母晶体化学特征及其高温结构变化;并分析微晶白云母及煅烧微晶白云母的体积电阻率、介电常数、介质损耗角正切值等介电性能,以及在低中频范围内随频率的变化规律。确定在何种温度下煅烧的微晶白云母介电性能最优,及在特定频率条件下,使用何种温度下煅烧的微晶白云母作为电绝缘材料最为合适,分析了煅烧微晶白云母介电性能变化原因及机理。论文取得了主要成果如下: (1)400~700℃,煅烧微晶白云母脱除少量结构水,并未较大改变结构中各原子位置;800~900℃,大量脱除结构内羟基,煅烧微晶白云母与微晶白云母相比,原子位置有较大的调整,但仍然保持云母的矿物特性,一直维持到900℃;1000℃以上,微晶白云结构破坏,物相分解。 (2)微晶白云母的介电常数和介质损耗都随频率的升高而降低,当频率在1kHz时,ε为9.60 ,tgδ为0.2042;频率在80kHz时,ε为7.00,tgδ为0.0810;频率在1000kHz时,ε为6.37,tgδ为0.0579。 (3)煅烧微晶白云母的介电常数高于微晶白云母的介电常数,并且随煅烧温度的升高而增大,400~700℃煅烧微晶白云母的介电常数稍微逐渐增大,ε为11.57~12.43,800~900℃,增大幅度最大,ε为18.86~18.88。800℃煅烧微晶白云母的介电常数最大,ε为18.88,微晶白云母的介电常数最小,ε为9.60;煅烧微晶白云母的介电常数随频率升高逐渐降低,并且与微晶白云母相比,随频率降低的速度较快,800~900℃,下降速度最快,当频率在1kHz时介电常数为11.58~18.88,当频率在80kHz时,ε为6.78~7.58,当频率在1000kHz时,ε为5.74~6.35。 (4)煅烧微晶白云母的介质损耗高于微晶白云母的介质损耗,并且随煅烧温度的升高而增大,400~700℃煅烧微晶白云母的介质损耗略有增大,tgδ为0.3100~0.4159,800~900℃,增大幅度最大,tgδ为1.0302~1.0761。900℃煅烧微晶白云母的介质损耗角正切值最大,tgδ为1.0761,微晶白云母的介质损耗最小,tgδ为0.2042;煅烧微晶白云母的介质损耗随频率升高逐渐降低,并且与微晶白云母相比,随频率降低的速度较快,800~900℃,下降速度最快,当频率在1kHz时,tgδ为1.0302~1.0761,当频率在80kHz时,tgδ为0.2422~0.2670,当频率在1000kHz时,tgδ为0.1300~0.1504。 (5)煅烧微晶白云母的体积电阻率低于微晶白云母的体积电阻率,并且体积电阻率随煅烧温度的升高逐渐降低,ρv为0.223×1012~0.868×1012?·cm。 介电性能的好坏决定介电材料的选择,介电性能的探讨为新型微晶白云母电绝缘材料开发应用提供科学依据。


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