紅外吸收法測定碳化鉿粉末中的氧含量

何克倫 華雁芬 董 敏 錢 榮

(中國科學院上海硅酸鹽研究所無機材料測試中心，上海 200050)

碳化鉿是一種超高溫、抗氧化的陶瓷材料，具有電熱傳導性良好和熱膨脹小的優(yōu)點。碳化鉿適用于制造火箭噴嘴和機翼前沿等重要部件[1，3]，主要應用于航天航空、工業(yè)陶瓷等領(lǐng)域。

碳化鉿粉末原料中氧含量對制造陶瓷材料性能影響較大，氧含量越高，其耐高溫性能越差，因此控制原料中氧含量十分重要[4，6]。對碳化鉿金屬雜質(zhì)和物相形貌分析可通過紅外光譜和XRD、SEM法[7，9]，但碳化鉿氣體雜質(zhì)分析國內(nèi)報道很少，用紅外吸收法測定碳化鉿中氧在國內(nèi)尚無報道。筆者應用氧氮分析儀，以氦氣為載氣，用錫囊包裹樣品，鎳籃為助熔劑，在3 000℃的高溫熔融下氧和石墨坩堝中的碳結(jié)合生成二氧化碳，用紅外檢測器進行氧的測定。該法簡單、快速，測定測定準確、可靠。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

氧氮分析儀：TC600型，美國力可公司；

微量電子天平：AT20型(靈敏度2 μg)，上海梅特勒托利多儀器有限公司；

標準樣品：JCRM003 Si3N4粉末,w(O)=1.27%±0.06%，日本陶瓷協(xié)會；

錫囊：501-059，美國力可公司；

鎳籃：706-029，美國力可公司；

高溫石墨坩堝：光譜純，常州偉康石墨制品有限公司；

氦氣：純度大于99.999%，上海尤嘉液氦有限公司；

碳化鉿樣品：編號為HfC-1、HfC-2，中國科學院上海硅酸鹽研究所。

1.2 實驗方法

(1)空白試驗

在石墨坩堝中加入1 g鎳籃，分析條件與試樣測定相同，重復3次，空白測定值在樣品測定時自動扣除。

(2)標樣校正

與樣品測定條件相同進行標樣測定，連續(xù)測定3次，取平均值對儀器進行校正。

(3)樣品測定

輸入樣品名稱，用微量電子天平稱量，將試樣直接稱入錫囊中，制成小粒和助熔劑一起投入進樣器，自動加熱分析、校正、計算顯示測定結(jié)果一步完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 加熱功率的選擇

碳化鉿是已知單一化合物中熔點最高的物質(zhì)[10]，對這種高熔點的樣品，除了有足夠高溫度熔融，還需加適當?shù)闹蹌┠苁箻悠吠耆廴?。實驗采用高溫石墨坩堝，大功率脈沖加熱，使爐溫加熱在3 000℃以上，再加上適當?shù)闹蹌?。?jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，加熱功率小于5 800 W時，氧釋放曲線有明顯拖尾；當加熱功率在6 000 W以上時，峰拖尾消除，峰形正常。因此該法確定加熱功率設定為6 000 W，石墨坩堝脫氣功率為6 300 W。

2.2 高溫石墨坩堝的選擇

碳化鉿的熔點非常高，使用普通的石墨坩堝難以達到樣品完全熔化的溫度，必須使用高溫石墨坩堝。對進口高溫石墨坩堝(美國LECO公司，776-247)與國產(chǎn)高溫石墨坩堝進行比較，通過測試發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)高溫石墨坩堝不比進口LECO公司的石墨坩堝耐溫性差。在相同功率設置下，使用國產(chǎn)石墨坩堝的加熱溫度比進口的要高，而且使用成本低得多。因此該法采用國產(chǎn)的高溫石墨坩堝。

2.3 助熔劑試驗

碳化鉿是一種難熔化合物，如果不加適當?shù)闹蹌嚇尤廴诓煌耆?，熔渣飛濺嚴重，分析數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。試驗表明，加入1 g鎳籃作為助熔劑后，試樣熔融充分，熔塊均勻，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測定結(jié)果見表1。

表1 助熔劑試驗結(jié)果 %

2.4 稱樣量選擇

對碳化鉿的粉末樣品，稱樣量決定于氧含量和粉末樣品的堆積密度。稱樣量過少，稱樣誤差大，且氧峰值過小，靈敏度降低；稱樣量過多，試樣熔融性差，氧峰值會超出量程范圍，且稱樣量過多對試樣包裹較困難。通過試驗，稱樣量選擇0.100 g左右。

2.5 空白試驗

該方法的空白值主要來源于系統(tǒng)空白、石墨坩堝和助熔劑空白?？瞻字档臏y定結(jié)果為0.001 7%、0.001 5%、0.001 6%、0.001 4%、0.001 6%、0.001 4%、0.001 5%。由此可見，氧的空白值十分穩(wěn)定，對碳化鉿中氧的測定影響很小。

2.6 精密度試驗

在實驗條件下，對碳化鉿樣品連續(xù)進行9次測定，測定結(jié)果的相對標準偏差為1.33%，見表2。

表2 精密度試驗結(jié)果 %

2.7 回收試驗

在碳化鉿試樣中加入一定量的標準樣品(日本標樣Si3N4)，按實驗方法進行測定，加標回收率為98.1%～102.6%，測定結(jié)果見表3。

表3 回收試驗結(jié)果(n=5)

2.8 樣品分析

儀器通過自檢進入穩(wěn)定狀態(tài)后，按實驗條件設置參數(shù)，用微量分析天平稱取碳化鉿樣品于錫囊中，同助熔劑一起投入進樣器，儀器自動分析，并用標準樣品進行多點校準，測定結(jié)果見表4。

表4 樣品測定結(jié)果 %

3 結(jié)論

采用紅外吸收法測定碳化鉿粉末中的氧，操作簡便、快速，測定結(jié)果精確度高。該法已應用于碳化鉿原料的質(zhì)量監(jiān)控取得良好的效果;該法不僅適用超細粉末樣品的測定, 還適用于屑狀、塊狀樣品。

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