一種β-SiC中雜質(zhì)元素的定量分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于分析化學(xué)理化檢驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種e-SiC中雜質(zhì)元素含量 的定量分析測(cè)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 0-SiC屬立方晶系，其晶體的等軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了它具有更好的自然球度和自銳 性。在精密研磨方面，具有更好的磨削和拋光效果；在材料、密封制品和軍工制品生產(chǎn)時(shí)， 具有更優(yōu)異的密封特性，是制備碳化硅類(lèi)陶瓷的主要原料。e-Sic更為優(yōu)異的電學(xué)性能和 制備中的更高純度，使它在電工電子材料的應(yīng)用、尤其半導(dǎo)體工業(yè)的應(yīng)用更有獨(dú)特之處。因 此，被廣泛應(yīng)用于精細(xì)研磨、耐火材料、機(jī)械密封、國(guó)防軍工、航天航空、化工環(huán)保、電子工業(yè) 等高新技術(shù)領(lǐng)域。然而，原料0-SiC粉中雜質(zhì)元素嚴(yán)重影響到后續(xù)高端產(chǎn)品的性能和質(zhì) 量。研究表明，雜質(zhì)主要來(lái)源于合成SiC(碳和二氧化硅）的原材料、各加工階段和設(shè)備的 腐蝕與磨損，主要包括游離C、N、0 和S，游離Si、Cl、F、Na、K、Ba、Ca、Mg、Fe、Ti、Al、Cr、Ni 等。降低和控制0 _SiC產(chǎn)品中的雜質(zhì)成份含量，提高高端碳化硅產(chǎn)品的純度、韌性和強(qiáng)度， 一直是0-SiC加工行業(yè)的關(guān)鍵任務(wù)之一。因此，無(wú)論是從0-SiC工業(yè)原料生產(chǎn)、質(zhì)量控制 或是其高端產(chǎn)品的安全使用等方面來(lái)說(shuō)，0 _SiC中雜質(zhì)元素的分析測(cè)定都是非常必要的。
[0003] 對(duì)于e-Sic樣品來(lái)說(shuō)，雜質(zhì)檢測(cè)遇到的主要問(wèn)題是，一般要求為三氧化二鐵、三 氧化二鋁、氧化鈣、氧化鎂等含量，但通常采用化學(xué)分析方法，各種成分單獨(dú)測(cè)試，不能達(dá)到 快速、有效、多組分同時(shí)分析的要求；也不能滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)Ba、Cr、Ti等雜質(zhì)的分析要求。電感 耦合等離子體原子發(fā)射光譜/質(zhì)譜法具有檢出限低、準(zhǔn)確度高、線性范圍寬且多元素同時(shí) 測(cè)定等顯著優(yōu)點(diǎn)，與其它分析技術(shù)如化學(xué)分析法、原子吸收光譜、X-射線熒光光譜等方法相 比，顯示了較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，已發(fā)展成為適用范圍非常廣的常規(guī)分析方法，非常適合于微量、 痕量組分定性、定量分析，而且檢測(cè)靈敏度高、分析速度快；但這兩種方法目前仍主要以溶 液進(jìn)樣方式為主，也就是說(shuō)，固體樣品必須先經(jīng)消解制成溶液才能進(jìn)行分析。而鑒于0_SiC 樣品優(yōu)良的耐磨耐腐蝕性、高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，通常需要采用傳統(tǒng)的堿熔法才能將樣品 完全分解、制備成試液，然后進(jìn)行分析測(cè)定；可是堿熔法處理過(guò)程極為繁瑣費(fèi)時(shí)、分析周期 長(zhǎng)、容易帶入雜質(zhì)沾污，同時(shí)也會(huì)因?yàn)橐肓舜罅康臉悠坊w和消解熔劑，給整個(gè)分析體系 帶來(lái)隱患，分析精度顯著降低、分析檢出限較高。
[0004] 此外現(xiàn)有技術(shù)中盡管有采用氫氟酸溶液碳化硅樣品，并采用電感耦合等離子體原 子發(fā)射光譜/質(zhì)譜法測(cè)得碳化硅樣品中雜質(zhì)含量的技術(shù)方案，如《ICP-MS法測(cè)定高純碳化 硅粉表面的痕量雜質(zhì)》（載于《現(xiàn)代儀器》，2011年第6期第17卷）一文，但該方法僅能測(cè)定 碳化硅表面的痕量雜質(zhì)，也就是說(shuō)，該方法僅僅只能部分處理材料表面，并不能完全消解樣 品；也就是說(shuō)，對(duì)于材料晶格內(nèi)部的雜質(zhì)是無(wú)能為力的。而我們通常所說(shuō)的材料中雜質(zhì)元素 含量，指的是總含量，即表面和內(nèi)部的總和，而這必須是通過(guò)將樣品完全消解才能實(shí)現(xiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有P-SiC中雜質(zhì)測(cè)量方法的不足，本發(fā)明提供了一種P-SiC 中雜質(zhì)元素的定量分析方法。
[0006] 本發(fā)明提供了一種0 -SiC中雜質(zhì)元素的定量分析方法，包括： 1) 配制雜質(zhì)元素系列標(biāo)準(zhǔn)溶液； 2) 采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定所述系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的發(fā)射光譜強(qiáng)度，繪 制各待測(cè)元素濃度和發(fā)射光譜強(qiáng)度的校準(zhǔn)曲線； 3) 將P-SiC樣品在高壓密閉環(huán)境下采用氫氟酸、硝酸消解形成待測(cè)溶液； 4) 重復(fù)步驟3)但不添加P-SiC樣品形成空白溶液； 5) 采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，分別測(cè)定步驟3)和4)制備待測(cè)溶液和 空白溶液的發(fā)射光譜強(qiáng)度，結(jié)合步驟2)制備的校準(zhǔn)曲線，得到被測(cè)元素的濃度，計(jì)算出 0 -SiC樣品中被測(cè)元素的質(zhì)量百分含量。
[0007] 較佳地，氫氟酸的質(zhì)量百分濃度為40%，硝酸的質(zhì)量百分濃度為69%。
[0008] 較佳地，f3_SiC樣品、氫氟酸、硝酸的用量比為（0? 2-0? 5)g:(4-10)mL:(5-12) mL〇
[0009] 較佳地，步驟2)包括： 將P-SiC樣品與氫氟酸、硝酸混合后置于高壓消解罐中，并將該高壓消解罐加熱至 200-240°C，保溫20-40小時(shí)，在100-200°C下加熱揮發(fā)至干，加入硝酸、水，并加熱進(jìn)一步溶 解樣品殘?jiān)笠迫肴萘科恐?，用水稀釋溶液至?guī)定體積形成所述待測(cè)溶液。
[0010] 較佳地，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀的工作參數(shù)為：射頻功率〇. 8-1. 5kW， 冷卻氣流量10_20L/min，輔助氣流量為l-2L/min，霧化氣流量0. 5-lL/min，積分時(shí)間 2-10s;重復(fù)次數(shù)2-5次，穩(wěn)定時(shí)間15-30s，樣品提升時(shí)間15-30s，清洗時(shí)間5-15s，蠕動(dòng)栗 轉(zhuǎn)速10-20rpm;氬氣純度為99. 99% ; 優(yōu)選，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀的工作參數(shù)為：射頻功率1.lkW，冷卻氣流量 15L/min，輔助氣流量為1. 5L/min，霧化氣流量0. 8L/min，積分時(shí)間5s;重復(fù)次數(shù)3次，穩(wěn)定 時(shí)間20s，樣品提升時(shí)間20s，清洗時(shí)間10s，蠕動(dòng)栗轉(zhuǎn)速15rpm;氬氣純度為99. 99%。
[0011] 本發(fā)明中，所述雜質(zhì)元素可為鋁、鋇、鈣、鐵、鋰、鎂、錳、鍶、鋅、鉻、鉬、鈷、銅、鑭、 鎳、和/或鈦。
[0012] 本發(fā)明的有益效果： 1. 針對(duì)P-SiC樣品，建立了一種高壓密閉濕式酸消化的分解方案：采用氫氟酸-硝酸 作為消解試劑，利用高壓密閉濕式酸消解法分解樣品、去除基體元素硅和碳； 2. 采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀直接測(cè)定樣品消解液中的雜質(zhì)元素含量，分 析過(guò)程簡(jiǎn)單、快速； 3. 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)：加標(biāo)回收率在92%~105%之間，結(jié)果準(zhǔn)確； 4. 精密度實(shí)驗(yàn)：多次平行分析結(jié)果之間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%，方法穩(wěn)定可靠、可操 作性強(qiáng)； 5. 鑒于該消解方法所得樣品溶液中無(wú)樣品基體和復(fù)雜的溶劑基體，故亦可采用電感耦 合等離子體質(zhì)譜進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步降低高純0-SiC樣品中雜質(zhì)元素的檢出限； 6. 本方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、靈敏及重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合下述實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解，及下述實(shí)施方式僅用于說(shuō)明 本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
[0014] 本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種切實(shí)可行的氫氟酸-硝酸酸 溶分解方案。在高壓密閉消解罐中，采用氫氟酸和硝酸作為消解試劑，實(shí)現(xiàn)了 0-SiC完全 濕式酸消解；隨后，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜直接對(duì)消解溶液進(jìn)行分析，從而實(shí) 現(xiàn)e-SiC樣品中多種雜質(zhì)元素含量的酸溶分解、同時(shí)測(cè)定。方法具有快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度 高、重復(fù)性好、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)。
[0015] 分析過(guò)程包括將測(cè)試樣品經(jīng)氫氟酸、硝酸高壓密閉消解后，加熱冒煙趕酸，得到的 樣品溶液經(jīng)蠕動(dòng)栗引入電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)定。
[0016] 本發(fā)明所述的P-SiC中雜質(zhì)元素的測(cè)定方法包括氫氟酸-硝酸濕法消化和電感 耦合等離子體原子發(fā)射光譜法直接測(cè)定消解液中的雜質(zhì)元素，具體步驟如下： (1) 稱(chēng)取0.2g經(jīng)烘干的P-SiC粉末樣品，置于高壓消解罐聚四氟乙烯內(nèi)杯中，用水潤(rùn) 濕，按照每0. 2g樣品加入4mL氫氟酸、5mL硝酸，輕搖混勻；裝入不銹鋼外罐內(nèi)，擰緊密封； (2) 將高壓消解罐移入烘箱中，升高溫度至240°C，保溫30h，冷卻； (3) 打開(kāi)不銹鋼外罐，取出聚四氟乙烯內(nèi)杯，將樣品溶液轉(zhuǎn)移至鉑皿中，置于160°C電 熱板上加熱至揮發(fā)近干； (4) 取下稍冷后，加入lmL硝酸、少量水加熱溶解樣品殘?jiān)?(5) 待樣品溶液澄清后，取下冷卻，移入20mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻； (6) 樣品空白試液：依照上述各步驟同時(shí)制備樣品空白試液； (7) 用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀繪制各待測(cè)元素校準(zhǔn)曲線； (8) 用步驟5,6的溶液按照步驟7的方法測(cè)定待測(cè)元素發(fā)射光譜強(qiáng)度，從校準(zhǔn)曲線得到 0-SiC樣品溶液中待測(cè)元素的濃度，計(jì)算0-SiC中雜質(zhì)元素的百分含量。
[0017] 上述步驟7繪制被測(cè)元素校準(zhǔn)曲線時(shí)，分別移取OmL，lmL, 5mL，10mL鋁、鋇、鈣、鐵、 鋰、鎂、錳、鍶、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液（l〇〇yg/mL)于4個(gè)100mL容量瓶中，分別加入10mL硝酸（1+1)， 用去離子水稀釋至刻度，配制成0yg/mL, 1yg/mL, 5yg/mL, 10yg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)系列I溶 液。分別移取OmL，lmL，5mL，10mL鉀、鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液（100yg/mL)于4個(gè)100mL容量瓶中，分別 加入10mL硝酸（1+1)，用去離子水稀釋至刻度，配制成0yg/mL, 1yg/mL, 5yg/mL, 10yg/ mL的混合標(biāo)準(zhǔn)系列II溶液。分別移取OmL，0. 5mL，lmL, 2mL鉻、鉬、鈷、銅、鑭、鎳、鈦標(biāo)準(zhǔn)溶 液（100yg/mL)于4個(gè)100mL容量瓶中，分別加入10mL硝酸（1+1)，用去離子水稀釋至刻 度，配制成0yg/mL, 0. 5yg/mL, 1yg/mL, 2yg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)系列III溶液。
[0018] 上述步驟7繪制校準(zhǔn)曲線時(shí)，被測(cè)元素校準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)r多0. 9996,線性 關(guān)系良好。
[0019] 上述步驟7,8測(cè)試時(shí)，使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀最佳參數(shù)設(shè)定為： 射頻功率1.lkW，冷卻氣流量15L/min，輔助氣流量為1. 5L/min，霧化氣流量0. 8L/min，積分 時(shí)間5s;重復(fù)次數(shù)3次，穩(wěn)定時(shí)間20s