JPH03277971A - 無機物の定量分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、無機物の定量分析方法に関するもので、例え
ば炭化珪素あるいは窒化珪素を主成分とするセラミック
スに適用すると有効である。

（従来の技術） 般に、無機物の結晶定量に用いられるＸ線回折法は、試
料中の目的結晶の回折線強度を標準試料のそれと比較し
て行うものである。

しかし、このＸ線回折法は、目的結晶の結晶性、配向性
、粉末試料の粒度等の点より回折線強度の再現性が低く
、かつ標準試料の調整が困難なこともあって精度良く結
晶を定量することが困難である。例えば湿式化学分析法
と比較すると、Ｘ線回折法は著しく定量精度が低い。

また、炭化珪素質耐火物のぶつ酸による定量法が報告さ
れており、この方法を窒化珪素結合炭化珪素焼結体の分
析に利用できるが、この種の定量法は、窒化珪素結合炭
化珪素焼結体中の炭化珪素、窒化珪素、Ｓ　ｉ　Ｏｚ　
、遊離珪素の定量を行うものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のぶつ酸による定量法に
よると、炭化珪素、窒化珪素、オキシシリコンナイトラ
イド、クリストバライト、トリジマイトを含み、さらに
ガラス等の非晶質成分を含むものについては、それらを
分別定量することが困難であった。

すなわち、この定量法によると、窒化珪素とオキシシリ
コンナイトライドを分離することが困難であり、クリス
トバライトまたはトリジマイトからガラスを分離するこ
とが困難であるため、定量可能な試料が制限され、また
定量値が不正確になるという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するもので、各種セ
ラミックスを構成するガラス等の非晶質成分および結晶
の量を正確に把握することを可能にし、各種セラミック
スの特性、品質の向上に役立たせることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、無機物の化学的処理条件を吟味し、湿式化学
分析法を基礎とする化学的分離によりガラス、結晶の定
量を可能にし、無機物を構成するガラスおよび結晶の量
を正確に把握することが可能な無機物の定量分析方法で
ある。

前記目的を達成するための本発明の無機物の定量分析方
法は、ぶつ酸またはふつ酸を含む溶液に無機物を混在さ
せ、その溶液の温度、処理時間または圧力を個別にある
いは同時に変更して処理することによりガラス、結晶を
順次溶解し、処理後の不溶解残渣の質量または溶液中の
溶質成分濃度から、前記無機物を構成するガラスあるい
は結晶の量を求めることを特徴とする。

ぶつ酸またはふつ酸を含む溶液中における無機物の溶解
処理は、無機物を構成するガラス、結晶の溶解の度合が
、溶液の酸の組成、濃度、処理温度、処理時間、処理圧
力により影響される。したがって、結晶の定量分析に先
立って、使用するぶつ酸またはふつ酸を含む溶液中で液
温、処理時間、処理圧力などを変化させて、無機物を構
成する結晶の溶解の度合を、例えばＸ線回折法による結
晶のピーク面積の変化と対応させて、いわゆる各結晶の
溶解曲線を求めて結晶を順次溶解するための最適処理条
件を決め、その処理条件で定量分析を行うと、より正確
に精度の良い分析をすることができる。

前記無機物の処理温度は、０〜２３０℃の範囲にし、処
理時間はｌ／１２〜４８時間の範囲にすることが望まし
い。処理温度が０℃未満では無機物の溶解が困難であり
、また２３０℃を超えると、無機物を処理する容器にテ
フロンなどが使えなくなるなど簡便さの点で問題となる
。処理時間については、無機物の性状により溶解に長時
間必要な時があるが、４８時間を超えると実用面で問題
となるので、前記範囲が望ましい。

ふっ駿およびぶつ酸を含む溶液に無機物を混在させる手
段としては、前記溶液中に無機物を添加しても良いし、
無機物を入れた容器中に前記溶液を添加しても良い。

試験すべき無機物は１粒径２〜３ｍｍ以下に粉砕して試
料とすれば分析可能であるが、粒径を２００μｍ以下に
すると、溶解がより円滑になるので好適である。また、
試験すべき無機物の粉砕は、粉砕による酸化等を防止す
るため、打鈴することが望ましい。

なお、本発明で記述するガラスとは、前記試料をＸ線回
折法で試験した時、回折ピークを示さない非晶質成分を
総称していう。

（実施例） 本発明の実施例について述べる。

本発明実施例では、無機物として窒化珪素結合炭化珪素
焼結体を使用し、それを打鈴、１０５μｍのふるいを全
通させて試料とし、ふっ酸−硫酸−塩酸−水系溶液中に
混在させ、あらかじめＸ線回折法による結晶のピーク面
積と対比させて結晶の溶解曲線を求め、試料の最適処理
条件を４段階に決め、各処理条件で試料処理後の処理液
中の溶質成分の化学分析値と、必要に応じ不溶解残渣の
質量から、無機物中のガラス、クリストバライト、オキ
シシリコンナイトライド、窒化珪素および炭化珪素を分
離定量した。以下に具体的に述べる。

見立■」 （１）試料調整 窒化珪素結合炭化珪素焼結体の必要適当量をタングステ
ンカーバイド製の器具を使用して打鈴し、１０５μｍの
ふるいを全通させて試料とする。試料は結晶の溶解曲線
の測定に対しては、３０ｇ程度、ガラス、結晶定量に対
しては、６ｇ程度必要である。

（２）ぶつ酸を含む液体の調整 市販特級ふっ酸（含量４６％）、市販特級硫酸（含量９
７％）、市販特級塩酸（含量３６％）および蒸留水をｌ
ｏ：２：３：２５の容量比で混合する。

（３）結晶の溶解曲線の測定 ■密閉可能な容器、例えば試料の処理温度が１００℃以
下ニ対シテハ米国５ＡＶＩＬＬＥＸ　Ｃ０ＲＰＯＲＡ−
ＴＩＯＮ社製耐圧ジャーＮＯ，５６１を用意する。処理
温度が１００℃以上になる場合には、イスラエル国ユニ
シール社製加圧分解容器を用意する。

■密閉容器に各１ｇの試料を入れ、結晶の溶解曲線を得
るための液温例えば、０℃、２５℃、７０℃に調整した
ふっ酸を含む溶液の各４０ｍρを添加する。直ちに容器
を密閉する。

■前記■の密閉容器を結晶の溶解曲線を得るための前記
液温にし、しかも時間を変化させて、例えば３０分、２
時間、１５時間、２５時間処理する。この時、容器内の
圧力は、密閉容器を使用しているので、液温の上昇とと
もに増大するが、成り行きにまかせる。しかし、１５０
℃での処理での圧力は、数１０ｋｇ／ｃｍ”程度になる
と推察される。０℃での処理に対しては冷蔵庫に入れ、
２５℃、７０℃での処理に対しては湯バス中に密閉容器
を浸す方法で行う。

■前記■の処理後の密閉容器中の内容物を、直ちにメン
ブレンフィルター、例えば米国ミリポア社メンブレンフ
ィルターＤＡを使用して吸引濾過し、市販特級ホウ酸の
４ｇを水９６ｍβに加温溶解した４％温ホウ酸溶液でメ
ンブレンフィルターを数回洗浄する。さらに温水で数回
洗浄する。

■メンブレンフィルター上に捕集された不溶解残渣を自
然乾燥した後、残渣をメノウ乳鉢に移し、軽く粉砕、混
合する。

■Ｘ線回折装置、例えば理学電機（株）製のＲＡＤ−ｒ
ＶＡを使用し、銅管法、管球電圧−電流が４０ｋＶ−１
５０ｍＡ、シンチレーション計数管、１°／１分の走査
速度、回折角度が２θで１０°〜７０°の範囲のＸ線回
折チャートを測定する。第１図は、Ｘ線回折チャートの
１例である。

■各結晶のピーク面積、例えばピークの高さ×ビークの
半値幅を求め処理温度ごとに、処理時間とピーク面積の
対応関係を求め図にし、結晶の溶解曲線とする。第２図
、第３図および第４図は、このようにして得た溶解曲線
の例である。

■前記■で述べた加圧分解容器に試料を入れ、（２）の
ふっ酸を含む液体４０ｍρを入れて、１５０℃の電気恒
温乾燥話中で１５時間保持する。この処理で炭化珪素だ
けが不溶解残渣として残る。

（４）試料の最適処理条件の選定 前記（３）の前記■の溶解曲線と前記■の結果から、０
℃、３０分の溶解処理でガラスが溶解し、２５℃、２時
間の処理でガラスとクリストバライト十トリジマイトが
溶解し、７０℃、２５時間の処理でガラス、クリストバ
ライト十トリジマイトおよびオキシシリコンナイトライ
ドが溶解し、さらに、１５０℃、１５時間の処理でガラ
ス、クリストバライト＋トリジマイト、オキシシリコン
ナイトライドおよび窒化珪素が溶解し、最終的に炭化珪
素が残るので、この時の処理温度、処理時間が最適処理
条件である。

第５図は、最適処理条件下で処理した時のＸ線回折チャ
ートの例である。各結晶が順次溶解している様子が明ら
かである。

（５）ガラス、結晶の定量分析手順 ■４個の密閉容器■、■、■、■を用意する。

■缶容器■、■、■、■に前記（１）に従って調整した
試料の各１ｇを添加する。

■前記各容器■、■、■、■に、■に対しては、０℃に
冷却した（２）のぶつ酸を含む液体、■に対しては、２
５℃に保持した（２）のぶつ酸を含む液体、■、■に対
しては室温で放置した（２）のぶつ酸を含む液体を、各
４０ｍρ添加する。

■前記容器■、■、■、■を密閉する。

■容器■を０℃で３０分間保持し、容器■は２５℃で２
時間保持し、容器◎は７０℃で２５時間保持し、容器＠
は１５０℃で１５時間保持する。

■容器■、■、■、■ごとに保持時間の経過後、直ちに
メンブレンフィルターを使用して速やかに吸引濾過する
。メンブレンフィルターを４％温ホウ酸液で数回洗浄す
る。さらに温水で数回洗浄する。

■容器■の濾液中の溶質成分量を、通常の化学分析法、
例えば溶質成分に応じ、吸光光度法、原子吸光法、高周
波プラズマ発光分析法などを使用して求め、各成分を酸
化物換算し、その総和をガラス量とする。

■容器■の濾液中のＳｉｌを１例えばモリブテン青吸光
光度法により求め、同様にして求めた容器■の濾液中の
Ｓｉ量との差を５ｉｎｉ量に換算し、クリストバライト
またはトリジマイトあるいは両者の合量とする。

■容器◎の濾液中のＳｉ量を求め、容器■の濾液中のＳ
ｉ量との差を５ｉｚＯＮｚ量に換算し、オキシシリコン
ナイトライド量とする。または容器◎の濾液中のＮ量を
例えばケルタール法により求め、容器■の濾液中のＮ量
との差をとり、Ｓｉ２ＯＮ２に換算してオキシシリコン
ナイトライド量とする。

［相］容器■の濾液中のＳｉ量を求め、容器Ｏの濾液中
のＳｉ量との差を５ｉｓＮ４量に換算し、窒化珪素量と
する。または、容器＠の濾液中のＮ量を求め、容器◎の
濾液中のＮ量との差をＳｉ、Ｎ量に換算し、窒化珪素量
とする。

■容器■の濾液残渣の質量を計り、炭化珪素量とする。

（６）定量分析結果の例 （５）の手順による分析結果例を第１表に示す。

（以下、余白。） 第１表は、６個の試料Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅ、Ｆについて
、ガラス、クリストバライトストパライトおよびトリジ
マイト、オキシシリコンナイトライドシシリコンナイト
ライド、窒化珪素ならびに炭化珪素の容量を分析し、そ
の結果を示すものである。

第１表に示されるように、本発明方法を用いると、ガラ
スおよびその他の結晶の量を明確に分析し算出すること
が可能となる。

見立炭ス 実施例２は、１個の容器を使用して処理した。

１個の容器のみを使用し、まず０℃で処理し濾別する。

残渣を再び該容器に移し、新たに一定量の所定溶液を加
えて２５℃で処理し濾別して実施例Ｉの容器■に相当す
るｔＩｉ液とする。同様に、７０℃、１５０℃で処理し
、上記実施例１の手順と同様に計算することでガラス量
および各結晶量を求めた。

（発明の効果） 本発明の無機物の定量分析方法によれば、湿式化学分析
法を基礎とする化学的分離により無機物を定量分離する
ので、従来Ｘ線回折法では困難であった結晶の定量を正
確に精度良く行うことができ、さらにＸ線回折法ではで
きないガラスの定量が可能となる。この定量法によれば
、無機物を構成するガラス、結晶組成を正確に把握する
ことができるため、炭化珪素や窒化珪素を主成分とする
各種無機材料の特性、品質を一層向上させることが可能
となり、セラミックス製品の品質の良否の判定に極めて
有用であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の窒化珪素結合炭化珪素焼結体の
構成結晶を示すＸ１１回折チャート図、第２図、第３図
および第４図は本発明実施例による所定溶液中での各結
晶の溶解曲線を示す特性図であり、第２図は溶液温度が
０℃における図、第３図は溶液温度が２５℃における図
、第４図は溶液温度が７０℃における図である。また第
５図は本発明実施例に示した最適処理条件下での炭化珪
素セラミックスのＸ線回折ヂャート図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ふっ酸またはふっ酸を含む溶液に無機物を混在さ
   せ、その溶液の温度、処理時間または圧力を個別にある
   いは同時に変更して処理し、その処理後の不溶解残渣の
   質量または溶液中の溶質成分濃度から、前記無機物を構
   成するガラスあるいは結晶の量を求めることを特徴とす
   る無機物の定量分析方法。
2. （２）前記無機物を入れる溶液の温度が０〜２３０℃の
   範囲であることを特徴とする請求項１に記載の無機物の
   定量分析方法。
3. （３）前記無機物を入れる溶液による処理時間が１／１
   ２〜４８時間の範囲であることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２のいずれか一項に記載の無機物の定量分析
   方法。