CN102901724A - 氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种简便、快速、稳定的氮化硅分析测定方法，依次包括：将氮化钛或碳氮化钛试样用氢氟酸预处理，再加入硝酸溶解获得试样溶液；试样溶液加入硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟；用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定试样溶液中硅元素的发射强度，然后根据ρ＝AI+B，

Description

氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法

技术领域

本发明涉及氮化硅的分析检测，尤其是氮化钛或碳氮化钛中氮化硅的分析检测方法。

背景技术

在现有的硅元素分析检测方法中，常采用硅钼蓝分光光度法和重量分析法等常规化学分析方法。如：GB/T4698.3-1996海绵钛、钛及钛合金中硅量的测定是采用硅钼蓝分光光度法测定硅量，而GB/T4701.2-2009钛铁硅含量的测定是采用硫酸脱水重量法，法国标准NF A06-655-1993钛及钛合金的化学分析硅含量测定也是采用重量法。钼蓝分光光度法需要经过以下步骤：试样分解、调节酸碱度、加络合剂络合杂质、精确控制酸度、加显色剂显色、还原处理、分光光度计测量分析元素，分析周期达三小时。而重量法需要经过以下步骤：试样分解、硫酸脱水、溶解盐类、硅酸过滤分离、滤液的蒸干、滤液重复硫酸脱水及过滤分离步骤、两次沉淀的灰化、灼烧恒重、沉淀挥发硅、灼烧恒重。分析周期长达六小时以上。这两种分析方法的操作过程复杂，分析周期长，对操作人员水平要求高。而且由于硅在环境中广泛分布的特殊性，化学分析方法测定硅时存在结果稳定性不好，重现性差的缺点。据文献查询，曾有人用氟硅酸钾容量法测定高钛物料中二氧化硅的方法，用萃取—分光光度测定钛氧化物中10μg/g量级的硅，硅钼蓝分光光度法测定碳化钛粉中微量硅的测定方法。但氟硅酸钾容量法也要经过试样熔解、氟硅酸钾沉淀、过滤、水解、滴定等一系列步骤，与重量法也存在相同的问题，最后还通过滴定反应中消耗的氢氧化钠标准溶液的体积间接计算出试样中二氧化硅量；而萃取-分光光度法是在萃取分离的基础上进行硅钼蓝分光光度法的测定，比常规的硅钼蓝分光光度法更复杂。

发明内容

本发明的目的在于解决现有化学分析检测方法存在的操作过程复杂，稳定性差的问题，提供一种简便、快速、稳定的氮化硅分析测定方法，以适应氮化钛及碳氮化钛生产工艺中氮化硅的分析检测的需要。

为实现本发明目的，氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，依次包括以下步骤：

（1）将氮化钛或碳氮化钛试样用氢氟酸预处理，再加入硝酸溶解获得试样溶液；

（2）将处理好的试样溶液移入容量瓶中，加入硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟；

（3）用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定试样溶液中硅元素的发射强度，然后根据ρ=AI+B， ${\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{Si}}_3{N}_4}=\frac{\mathrm{\ρ}\·V\·R}{m}\×100$

计算氮化硅分析结果，其中：ρ——自标准工作曲线自动计算的试液中硅的质量浓度，单位为g/L；A，B——方程系数；I——硅的发射强度；V——试液的体积，单位为mL；R——硅换算为氮化硅的系数，为1.664；m——试样的质量，单位为g。

所述试样预处理用氢氟酸和溶解用硝酸的用量最好为2：1。

所述试样溶解温度最好≤80℃。

所述试样溶液的氢氟酸酸度最好1%～2%，试样溶液浓度最好为1mg/mL～1.5mg/mL。

所述络合用硼酸浓度为最好10g/L～40g/L，用量最好为1mL～5mL。

所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪所用的进样系统为耐氢氟酸进样系统。

所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪上所选用的硅分析线最好为251.611nm。

所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪上最好选用扣背景方式，扣背景点最好是左背景0.0188nm、右背景0.0202nm。

本发明采用了氢氟酸和硝酸作为溶剂，使氮化硅、氮化钛和碳氮化钛都能完全溶解，以离子形式存在于溶液中，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定溶液中硅原子的发射强度，由ρ=AI+B，

计算出氮化硅量，简便快速，准确度高，分析周期缩短，仅40分钟左右，非常适用于氮化硅及氮化钛中氮化硅的快速分析测定，且结果稳定，重现性好。

具体实施方式

实施例1：氮化钛中氮化硅的测定（样品02-1）

标准溶液的配制（以下实施例相同）

按照GB/T602-2002《化学试剂杂质测定用标准溶液的制备》配制1mg/mL的硅标准溶液。

标准溶液系列的配制：分别移取质量浓度为1mg/mL的硅标准溶液0、0.1mL，0.5mL、1.0mL、1.5mL于100mL容量瓶中，加氢氟酸2mL、硝酸1mL、硼酸溶液2mL，用水稀释至100mL，混匀。即为每mL含硅1μg，5μg，10μg，15μg。

样品测定

称取0.1000g氮化硅试样于聚四氟乙烯杯中，加入1mL氢氟酸、0.5mL硝酸，加盖，在80℃以下低温溶解。冷却，移入100mL聚丙烯容量瓶中，加入2mL浓度为20g/L的硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟，定容，混匀。获得试样溶液的氢氟酸酸度1%，试样溶液浓度为1mg/mL。

将上述制备好的待测溶液在电感耦合等离子体发射光谱仪上，其进样系统采用耐氢氟酸进样系统。按照工作条件高频发生器功率1000W，冷却气流量11L/min，护套气流0.2L/min，载气流量0.86L/min，雾化压力2.88bar，积分时间2s，观察高度15mm，选用硅分析线251.611nm，选用扣背景方式，扣背景点是左背景0.0188nm、右背景0.0202nm测定硅元素的发射强度，电感耦合等离子体发射光谱仪的其他工作参数为入射狭缝20μm，出射狭缝15μm，全息光栅：4320条刻线/mm。同时测定标准溶液系列中硅元素的发射强度，得到工作曲线的线性方程ρ＝AI+B，其中：ρ——自标准工作曲线自动计算的试液中硅的质量浓度，单位为g/L；A，B——方程系数；I——硅的发射强度。(以下实施例相同)根据测得的试液中硅元素的发射强度，按照前述校准曲线方程计算结果，其中：V——试液的体积，单位为mL；R——硅换算为氮化硅的系数，为1.664；m——试样的质量，单位为g(以下实施例相同)。多次测定氮化钛样品中的氮化硅含量为0.027%，相对标准偏差为2.9%。

实施例2：氮化钛中氮化硅的测定（样品02-2）

称取0.1500g氮化硅试样于聚四氟乙烯杯中，加入2mL氢氟酸、1mL硝酸，加盖，在80℃以下低温溶解。冷却，移入100mL聚丙烯容量瓶中，加入1mL浓度为40g/L的硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟，定容，混匀。获得试样溶液的氢氟酸酸度2%，试样溶液浓度为1.5mg/mL。

根据测得的试液中硅元素的发射强度，按照前述校准曲线方程计算结果。多次测定氮化钛样品中的氮化硅含量为0.018%，相对标准偏差为3.4%。

实施例3：碳氮化钛中氮化硅的测定（样品02-3）

称取0.1000g碳氮化钛试样于聚四氟乙烯杯中，加入1mL氢氟酸、0.5mL硝酸，加盖，在80℃以下低温溶解。冷却，移入100mL聚丙烯容量瓶中，加入4mL浓度为10g/L的硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟，定容，混匀。获得试样溶液的氢氟酸酸度1%，试样溶液浓度为1mg/mL。

根据测得的试液中硅元素的发射强度，按照前述校准曲线方程计算结果。多次测定碳氮化钛样品中的氮化硅含量为1.01%，相对标准偏差为1.5%。

实施例4：碳氮化钛中氮化硅的测定（样品02-4）

称取0.1200g碳氮化钛试样于聚四氟乙烯杯中，加入2mL氢氟酸、1mL硝酸，加盖，在80℃以下低温溶解。冷却，移入100mL聚丙烯容量瓶中，加入2mL浓度为20g/L的硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟，定容，混匀。获得试样溶液的氢氟酸酸度2%，试样溶液浓度为1.2mg/mL。

根据测得的试液中硅元素的发射强度，按照前述校准曲线方程计算结果。多次测定碳氮化钛样品中的氮化硅含量为0.175%，相对标准偏差为4.1%。由以上实施例可知，本发明采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定溶液中硅原子的发射强度，由ρ=AI+B，

计算出氮化硅量，简便快速，准确度高，分析周期缩短，仅40分钟左右，非常适用于氮化硅及氮化钛中氮化硅的快速分析测定，且结果稳定，重现性好。

Claims (8)

1.氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，依次包括以下步骤：

（1）将氮化钛或碳氮化钛试样用氢氟酸预处理，再加入硝酸溶解获得试样溶液；

（2）将处理好的试样溶液移入容量瓶中，加入硼酸溶液络合试样溶液中过量的氟；

（3）用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定试样溶液中硅元素的发射强度，然后根据ρ=AI+B， ${\mathrm{\ω}}_{{\mathrm{Si}}_3{N}_4}=\frac{\mathrm{\ρ}\·V\·R}{m}\×100$

计算氮化硅分析结果，其中：ρ——自标准工作曲线自动计算的试液中硅的质量浓度，单位为g/L；A，B——方程系数；I——硅的发射强度；V——试液的体积，单位为mL；R——硅换算为氮化硅的系数，为1.664；m——试样的质量，单位为g。

2.根据权利要求1所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述试样预处理用氢氟酸和溶解用硝酸的用量比为2：1。

3.根据权利要求1或2所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述试样溶解温度≤80℃。

4.根据权利要求1或2所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述试样溶液的氢氟酸酸度1%～2%，试样溶液浓度为1mg/mL～1.5mg/mL。

5.根据权利要求1所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述络合用硼酸浓度为10g/L～40g/L，用量为1mL～5mL。

6.根据权利要求1所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪所用的进样系统为耐氢氟酸进样系统。

7.根据权利要求1所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪上所选用的硅分析线为251.611nm。

8.根据权利要求1所述的氮化钛或碳氮化钛中氮化硅量的分析检测方法，其特征在于：所述电感耦合等离子体原子发射光谱仪上选用扣背景方式，扣背景点是左背景0.0188nm、右背景0.0202nm。