波長色散X射線熒光光譜法測試釔穩(wěn)定二氧化鋯＊

吳清良 王云英 梁以流

（國家陶瓷及水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 廣東 佛山 528225）

波長色散X射線熒光光譜法測試釔穩(wěn)定二氧化鋯＊

吳清良 王云英 梁以流

（國家陶瓷及水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心 廣東 佛山 528225）

介紹了波長色散X射線熒光光譜法測試釔穩(wěn)定二氧化鋯的工作曲線繪制以及測試過程，測試結(jié)果與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法非常吻合，有效地解決了傳統(tǒng)化學(xué)分析方法測試釔穩(wěn)定二氧化鋯過程繁雜的問題。

波長色散X射線熒光光譜法 釔穩(wěn)定二氧化鋯 X射線

Abstract：In this paper，curving plotting and test procedure of wavelength dispersive X－ray fluorescence（WD－XRF）analysis for yttria－stabilized zirconia dioxide were introduced.The test results by WD－XRF were similar with the result tested by traditional chemical analysis.The traditional chemical analysis of yttria－stabilized zirconia dioxide was too complicated，and WD－XRF could make it easer.

Key words：WD－XRF analysis；Yttria－stabilized zirconia dioxide；X－ray

釔穩(wěn)定二氧化鋯作為一種重要的氧化物陶瓷材料，在國內(nèi)外受到高度重視。隨著耐火材料及陶瓷行業(yè)的發(fā)展，作為冶金用耐火材料和高端陶瓷的主要原料，釔穩(wěn)定二氧化鋯愈來愈引起人們的關(guān)注，現(xiàn)已成為冶金、熱工、特種陶瓷及其高溫技術(shù)領(lǐng)域中極具發(fā)展前途的重要材料，其用量逐年增加。

目前業(yè)內(nèi)通常采用苦杏仁酸重量法或EDTA絡(luò)合滴定法測量鋯鉿合量（以ZrO2計），EDTA絡(luò)合滴定法測量釔含量，用分光光度法測量鐵、硅、鈦、鋁等含量，用火焰光度法或原子吸收分光光度法測量鈉含量，釔穩(wěn)定二氧化鋯的整個分析過程非常漫長、繁雜，效率較低。為解決這一問題，我們采用波長色散X射線熒光光譜法（WD－XRF法）分析釔穩(wěn)定二氧化鋯，該方法的特點是只要標準曲線建立完畢，就能夠在幾分鐘內(nèi)分析出樣品各元素的含量，效率較高，測試過程簡單。

1 試劑與儀器

1.1 試劑

1）熔劑：四硼酸鋰和偏硼酸鋰混合熔劑［Li2B4O7（12）＋LiBO2（22）］，優(yōu)級純。使用前，在700℃下灼燒10h以上，然后貯存在干燥器中。

2）脫模劑：溴化鋰（LiBr）。

3）監(jiān)控標準樣品：監(jiān)控樣品應(yīng)是穩(wěn)定的玻璃片，含有所有校準元素，其濃度應(yīng)使其計數(shù)率的統(tǒng)計誤差小于或等于校準元素的技術(shù)統(tǒng)計誤差。用于監(jiān)測光譜儀的漂移校正。

1.2 儀器

1）融樣皿：非浸潤的鉑－金合金（95%Pt＋5%Au）制成。

2）鑄型模：非浸潤的鉑－金合金（95%Pt＋5%Au）制成，鑄模材料底厚度約1mm，其不易變形。

3）天平：可精確稱至±0.1mg。

4）熔樣爐：能加熱到1 050～1 250℃，可以控溫的電阻爐。

5）波長色散X射線熒光光譜儀，端窗銠靶X射線管，荷蘭帕納克生產(chǎn)。

1.3 標準樣品（見表1）

表1 建標采用的標準樣品

使用前，鋯、鉿、釔標準樣品在（1 000±25）℃下灼燒至少30min，在干燥器中冷卻至室溫，再稱重測定燒失量。按測定結(jié)果計算未燒物質(zhì)的稱樣量制備玻璃片。其余標樣在（1 025±25）℃下灼燒至少30min，其余同上。

2 試驗過程

2.1 待測樣品

4個待測樣品分別標識為：Y1，Y2，Y3，Y4。待測樣品在（110±10）℃干燥箱中烘干2h以上，貯存在干燥器中待用。稱量干燥過的樣品1g，在（1 025±25）℃下灼燒至少30min，在干燥器中冷卻至室溫，再稱重測定燒失量。

2.2 測量方法的建立

2.2.1 標樣濃度

表2 選取（或配置）制作標準曲線的標樣濃度（%）

采用1.2所述的儀器，對要分析的一系列樣品進行定性掃描（IQ＋），得知2.1待測樣品中氧化鋯含量大于80%，氧化鉿含量為1%～5%，氧化釔含量為5%～15%，其余各元素含量均在0.1%以下。依據(jù)待測樣品中各元素的含量，采用1.3所述標樣，選取或配置各個元素不同濃度含量的標樣，如表2所示。

每個元素都有一個具有足夠的含量范圍又有一定梯度的標準系列，如1.3所述標樣不能完全滿足時，加配適當(dāng)人工混合標準補充。

2.2.2 熔融澆鑄

根據(jù)釔穩(wěn)定二氧化鋯的特性，本實驗采取稀釋比（熔劑∶標樣）20∶1，即稱量0.3g待測樣品或標準樣品和6 g熔劑，并加入0.05g脫模劑混合均勻，移入鉑－金合金坩堝中。將坩堝置于熔樣爐中，在1 200℃下熔融15 min，熔融過程要轉(zhuǎn)動坩堝，使粘在坩堝壁上的小熔珠和樣品進入熔融體中。每隔一段時間，熔樣爐自動搖動坩堝，將氣泡排盡，并使熔融物混勻。然后將坩堝內(nèi)熔融物傾入已加熱至800℃以上的鑄模中。將鑄模移離爐子，冷卻，已成形的玻璃圓片與鑄模剝離。熔融好的樣片應(yīng)該不結(jié)晶，不裂化，沒有氣泡。取出樣片在非測量面貼上標簽，放入干燥器內(nèi)保存，防止吸潮和污染。測量時，只能拿樣片的邊緣，避免X射線測量面的沾污。

2.2.3 波長色散X射線熒光光譜分析

1）測量條件在X射線管電壓為60kV，電流為50 mA，粗狹縫，視野光欄直徑為30mm條件下，各分析元素的測量條件見表3。

表3 分析元素的測量條件

2）背景校正。采用一點法扣背景。計算公式為：

式中：IN——扣除背景的分析線強度；

IP——峰值強度；

IB——背景強度。

3）工作曲線的繪制

用2.2.1選取的各種元素的標樣熔融澆鑄成相應(yīng)的玻璃片，經(jīng)X射線熒光光譜儀測試各元素分析線強度后，并經(jīng)理論α系數(shù)校正基體效應(yīng)，得出元素計數(shù)率與其相應(yīng)濃度的線性關(guān)系，繪制出各元素的工作曲線。由于Zr對Y Lα，NaKα譜線有重疊干擾效應(yīng)，故在繪制工作曲線時還必須進行譜線重疊干擾校正。

2.3 待測樣品的測量

利用已建立的測量方法，測量待測樣品的元素分析線強度，系統(tǒng)將自動算出元素含量，測試過程非常簡單。待測樣品的測量結(jié)果如表4。

表4 XRF法測量樣品的結(jié)果

為了驗證WD－XRF法測試結(jié)果的準確性，我們又采用傳統(tǒng)化學(xué)分析方法測量待測樣品的各元素含量，分析結(jié)果如表5所示。

表5 化學(xué)分析法測量樣品的結(jié)果

從表4和表5可以看出，兩個方法測試的結(jié)果非常接近，都在誤差范圍之內(nèi)。采用傳統(tǒng)化學(xué)分析方法測得的鋯鉿合量是以氧化鋯計，而采用WD－XRF法則可以分別測出氧化鋯和氧化鉿的含量，更能真實地體現(xiàn)樣品中鋯和鉿的含量，如將這個結(jié)果轉(zhuǎn)化為鋯鉿合量（以氧化鋯計）分別為：93.71%、90.09%、84.64%及93.28%，與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法測得的鋯鉿合量結(jié)果吻合。

3 結(jié)論

采用波長色散X熒光光譜法測量釔穩(wěn)定二氧化鋯，只要工作曲線繪制完成，就可以高效快速地分析樣品中各元素的含量，與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法相比，實驗過程簡單，時效性高。WD－XRF法的測試結(jié)果與傳統(tǒng)化學(xué)分析方法測試結(jié)果吻合，結(jié)果準確性有保證。WD－XRF法能夠分別分析出鋯含量和鉿含量，比傳統(tǒng)化學(xué)分析方法只能測出鋯鉿合量更能體現(xiàn)樣品中鋯和鉿的真實含量。

Wavelength Dispersive X－ray Fluorescence Analysis of Yttria－stabilized Zirconia Dioxide

Wu Qingliang，Wang Yunying，Liang Yiliu（National Center of Supervision and Inspection for Ceramic，Sanitary and Plumbing Fixture，Guangdong，F(xiàn)oshan，528225）

TQ174.1＋2

A

1002－2872（2011）04－0045－03

吳清良（1979－）碩士研究生；研究方向為陶瓷以及原材料方面檢測。E－mail：cityhunter207＠163.com