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白云母类矿物及其表面改性产物的电阻率特征与机理研究

作　者: 李自强
导　师: 汪灵
学　校: 成都理工大学
专　业: 矿物材料学
关键词: 微晶白云母白云母碎云母绢云母电阻率表面改性
分类号: P578.959
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 40次
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内容摘要

白云母类矿物具有特殊的晶体结构,晶格十分稳定,矿物的体积电阻率和表面电阻率均较高,有较低的电介质损耗,能抗电弧、耐电晕、绝缘强度高、而且热膨胀系数小、耐热性能好,因此利用其配制绝缘灌注胶具有良好的应用前景。为进一步提高白云母类矿物新型绝缘灌注胶的绝缘性能以及为白云母类矿物开发利用提供科学依据,本文采用PC68型数字高阻计、自制小型化测量电极、WE-100型液压万能试验机、Riguka Dmax-ⅢC型X射线粉晶衍射仪、Spetrum One型傅里叶红外光谱仪、STA409PC型热分析仪等设备,系统研究了微晶白云母、白云母、碎云母、绢云母等中国重要产地白云母类矿物的电阻率特征,以及矿物粒度和表面改性对其电阻率的影响,并通过硅微粉、刚玉粉等传统矿物填料的对比,以及矿物学特征测试分析,较深入地研究了其机理。所取得的研究结果和进展如下:（1）采用XRD分析等矿物现代分析测试技术研究中国重要产地白云母类矿物的矿物学特征,结果表明,实验中选取的微晶白云母、白云母、碎云母、绢云母等中国重要产地白云母类矿物均是由2M1型白云母矿物组成,几乎不存在其他杂质矿物;丹巴白云母和黄庄绢云母结晶度最高,川西微晶白云母次之,灵寿碎云母结晶度最低;在白云母晶体层间部分K⁺被Ca²⁺、Na⁺代替和八面体中存在Fe³⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Mg²⁺、Ti⁴⁺代替Al³⁺,其中又以川西微晶白云母和河北灵寿碎云母八面体中Al被Fe和Mg置换最为普遍（Ft （Ft = Fe +Mg）含量分别为6.55%和6.23%）。（2）目前还没有一种矿物粉体及其它粉体材料电阻率测试分析的有效方法,为此,根据矿物粉体压坯特点和广义有效媒质方程（GEM）,推导出依据粉体压坯测试数据计算粉体电阻率的公式,而粉体表面电阻率可直接测试得到。以微晶白云母为例,采用粉体压坯样品与同一矿物致密块状样品进行对比的方法,证明该测试方法是可行的。进一步实验结果表明:粒度大小对矿物粉体电阻率基本没有影响;压坯的模冲端面对粉体体积电阻率基本没有影响,但对表面电阻率影响较大,应采用上模冲端面测试结果来表征;烘干时间和空气中放置时间对粉体电阻率的影响十分明显,因此,为了获得正确结果,样品应烘干至恒重,降温期间应与空气隔绝,暴露在空气中应立即进行测试,并在尽可能短的时间内完成。（3）通过系统测试和对比中国重要产地白云母类矿物粉体的体积电阻率和表面电阻率,并根据这些矿物资源的矿物学特征分析结果表明:白云母矿物晶体内部杂质元素的含量对白云母类矿物的电阻率有一定的影响,缺陷越多的晶体里面,参与导电的载流子越多,相应的电阻率越低,但是类质同像对白云母类矿物电阻率的影响并不大（约在1个数量级左右）,因此,晶体结构中含Fe较高的川西微晶白云母和河北灵寿碎云母也是性能优良的绝缘材料。对比白云母类矿物和其他传统绝缘灌注胶填料a-氧化铝和硅微粉发现:白云母类矿物的电阻率普遍比a-氧化铝和硅微粉高。（4）以800目微晶白云母粉体为例,系统测试和对比了1#、2#、3#、4#、5#偶联剂改性后的矿物粉体电阻率,实验结果表明:经过表面改性以后的微晶白云母矿物粉体较未经改性的微晶白云母粉体（未改性粉体体积电阻率和表面电阻率分别为2.19×1012Ω·cm 6.49×1010Ω）,体积电阻率和表面电阻率均分别提高约1个数量级,进一步的研究结果表明:在空气中的放置时间对经改性矿物粉体电阻率的影响较其对未改性微晶白云母粉体电阻率的影响不是十分明显。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章前言  11-20
  1.1 非金属矿物绝缘性能及其研究与应用现状简介  11-12
  1.2 白云母类矿物及其在绝缘材料中的研究与应用  12-16
    1.2.1 白云母类矿物的基本矿物学特征  12-14
    1.2.2 白云母类矿物在绝缘材料中的应用  14-15
    1.2.3 微晶白云母在绝缘灌注胶功能复合材料中的应用研究  15-16
  1.3 选题依据及其意义  16-17
    1.3.1 选题依据  16
    1.3.2 研究意义  16-17
  1.4 研究思路与研究方法  17-18
    1.4.1 技术路线  17
    1.4.2 研究内容  17-18
    1.4.3 重点解决的问题  18
    1.4.4 研究方案  18
  1.5 硕士论文工作量  18-20
第2章中国重要产地白云母类矿物的矿物学特征  20-31
  2.1 前言  20
  2.2 实验  20-21
    2.2.1 试验样品  20
    2.2.2 实验仪器  20-21
    2.2.3 矿物学特征测试  21
  2.3 结果与讨论  21-29
    2.3.1 X 射线粉晶衍射分析  21-24
    2.3.2 红外吸收光谱分析  24-25
    2.3.3 化学成分分析  25-27
    2.3.4 热分析  27-29
  2.4 本章小结  29-31
第3章矿物粉体电阻率测试方法研究以微晶白云母为例  31-43
  3.1 前言  31
  3.2 实验  31-33
  3.3 矿物粉体电阻率测试原理  33-35
    3.3.1 矿物粉体体积电阻率测试原理  33-34
    3.3.2 矿物粉体表面电阻率测试原理  34-35
  3.4 结果与讨论  35-42
    3.4.1 粉体与致密块状样品电阻率对比  35-37
    3.4.2 模冲端面对粉体电阻率的影响  37
    3.4.3 粒度大小对粉体电阻率的影响  37-39
    3.4.4 烘干时间对粉体电阻率的影响  39-40
    3.4.5 空气中放置时间对粉体电阻率的影响  40-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章中国重要产地白云母类矿物的电阻率特征及其机理  43-52
  4.1 前言  43
  4.2 实验  43-48
    4.2.1 实验样品  43-44
    4.2.2 实验仪器  44-45
    4.2.3 实验模具的制作  45-46
    4.2.4 实验样品的制备  46-47
    4.2.5 粉体电阻率的测试步骤  47-48
  4.3 微晶白云母的电阻率特征及其机理  48-49
  4.4 中国其它重要产地白云母类矿物的电阻率特征及其机理  49-50
  4.5 白云母类矿物与传统绝缘灌注胶填料电阻率的比较  50-51
  4.6 本章小结  51-52
第5章表面改性对微晶白云母电阻率的影响  52-62
  5.1 前言  52
  5.2 实验  52-53
    5.2.1 试验样品  52-53
    5.2.2 实验仪器  53
    5.2.3 实验样品的制备  53
    5.2.4 粉体电阻率的测试步骤  53
  5.3 结果与讨论  53-61
    5.3.1 不同表面改性剂对微晶白云母体积电阻率的影响  53-55
    5.3.2 不同表面改性剂对微晶白云母表面电阻率的影响  55
    5.3.3 放置时间对1#、2#、3#改性微晶白云母电阻率的影响  55-61
  5.4 本章小结  61-62
结论  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的论文  68

白云母类矿物及其表面改性产物的电阻率特征与机理研究

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