何克倫 華雁芬 董 敏 錢 榮

(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所無機(jī)材料測(cè)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(dǎo)性良好和熱膨脹小的優(yōu)點(diǎn)。碳化鉿適用于制造火箭噴嘴和機(jī)翼前沿等重要部件[1，3]，主要應(yīng)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(duì)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(duì)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(bào)道很少，用紅外吸收法測(cè)定碳化鉿中氧在國內(nèi)尚無報(bào)道。筆者應(yīng)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(cè)器進(jìn)行氧的測(cè)定。該法簡單、快速，測(cè)定測(cè)定準(zhǔn)確、可靠。

1 實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)樣品：JCRM003 Si3N4粉末,w(O)=1.27%±0.06%，日本陶瓷協(xié)會(huì)；

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(hào)為HfC-1、HfC-2，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)空白試驗(yàn)

在石墨坩堝中加入1 g鎳籃，分析條件與試樣測(cè)定相同，重復(fù)3次，空白測(cè)定值在樣品測(cè)定時(shí)自動(dòng)扣除。

(2)標(biāo)樣校正

與樣品測(cè)定條件相同進(jìn)行標(biāo)樣測(cè)定，連續(xù)測(cè)定3次，取平均值對(duì)儀器進(jìn)行校正。

(3)樣品測(cè)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(jìn)樣器，自動(dòng)加熱分析、校正、計(jì)算顯示測(cè)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(diǎn)最高的物質(zhì)[10]，對(duì)這種高熔點(diǎn)的樣品，除了有足夠高溫度熔融，還需加適當(dāng)?shù)闹蹌┠苁箻悠吠耆廴?。?shí)驗(yàn)采用高溫石墨坩堝，大功率脈沖加熱，使?fàn)t溫加熱在3 000℃以上，再加上適當(dāng)?shù)闹蹌?。?jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加熱功率小于5 800 W時(shí)，氧釋放曲線有明顯拖尾；當(dāng)加熱功率在6 000 W以上時(shí)，峰拖尾消除，峰形正常。因此該法確定加熱功率設(shè)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(diǎn)非常高，使用普通的石墨坩堝難以達(dá)到樣品完全熔化的溫度，必須使用高溫石墨坩堝。對(duì)進(jìn)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(jìn)行比較，通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)高溫石墨坩堝不比進(jìn)口LECO公司的石墨坩堝耐溫性差。在相同功率設(shè)置下，使用國產(chǎn)石墨坩堝的加熱溫度比進(jìn)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(yàn)

碳化鉿是一種難熔化合物，如果不加適當(dāng)?shù)闹蹌?，試樣熔融不完全，熔渣飛濺嚴(yán)重，分析數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。試驗(yàn)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(cè)定結(jié)果見表1。

表1 助熔劑試驗(yàn)結(jié)果 %

2.4 稱樣量選擇

對(duì)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(huì)超出量程范圍，且稱樣量過多對(duì)試樣包裹較困難。通過試驗(yàn)，稱樣量選擇0.100 g左右。

2.5 空白試驗(yàn)

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。空白值的測(cè)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(duì)碳化鉿中氧的測(cè)定影響很小。

2.6 精密度試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)碳化鉿樣品連續(xù)進(jìn)行9次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.33%，見表2。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果 %

2.7 回收試驗(yàn)

在碳化鉿試樣中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)樣品(日本標(biāo)樣Si3N4)，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定，加標(biāo)回收率為98.1%～102.6%，測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 回收試驗(yàn)結(jié)果(n=5)

2.8 樣品分析

儀器通過自檢進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，按實(shí)驗(yàn)條件設(shè)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(jìn)樣器，儀器自動(dòng)分析，并用標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行多點(diǎn)校準(zhǔn)，測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 樣品測(cè)定結(jié)果 %

3 結(jié)論

采用紅外吸收法測(cè)定碳化鉿粉末中的氧，操作簡便、快速，測(cè)定結(jié)果精確度高。該法已應(yīng)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(xì)粉末樣品的測(cè)定, 還適用于屑狀、塊狀樣品。

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