Способ определения свободного кремния в карбиде кремния @ -формы Советский патент 1992 года по МПК G01N1/00 G01N31/00 

Изобретение относится k области спек- трофотометрического анализа и может быть использовано для определения непрореагировавшего свободного кремния при синтезе fi - формы карбида кремния из сажи и элементного кремния.

Наиболее близким техническим решением является косвенное определение свободного кремния по водороду 1.

Способ состоит в нагревании навески пробы с 25%-ным раствором гидроксида натрия в герметичном сосуде в течение 90 минут и последующем переводе выделившегося в результате реакции элементного кремния с гидроксидом натрия водорода в детектор по теплопроводности после отделения паров воды.

Недостаток способа состоит в неконтролируемых отрицательных погрешностях анализа вследствие взаимодействия образовавшегося водорода ин стату насценди, с органическими кислородсодержащими соединениями, содержащимися в непрореагировавшей при синтезе карбида кремния саже.

Целью изобретения является повышение правильности-определения.

Цель достигается тем, что в способе определения свободного кремния в карбиде кремния / -формы, включающем частичное растворение навес ки измельченной пробы, согласно изобретению берут две одинаковые навески пробы, первую из них обрабатывают раствором с х моль/л серной кислоты (где х -не менее 10 моль/л и не более 15 моль/л)и Ск2Сг/ о7 миллиэквивален- тами бихромата калия (где Ск2сг о7 не менее Сс + 1,3 Csi и не более Сс + 4 Csi ; здесь Csi - количество миллиэквивалентов свободного кремния в навеске пробы и Сс количество миллиэквивалентов органических восстановителей бихромата калия в навеске пробы), а Вторую навеску обрабатывают тем же раствором с добавкой Y моль/л фтороводородной кислоты (где Y- не менее 2 моль/л и не более 4 моль/л),

сл С

-ч со

сл с сл

затем свободный кремний определяют спектрофотометрически по разности свето- поглощения хрома (VI) в обоих растворах.

Убыль хрома (VI) в первом растворе позволяет оценить значение Сс.

Сущность способа заключается в том, что в первом растворе хром (VI) окисляет лишь органические восстановители, так как в отсутствие фтороводородной киспоты свободный кремний не взаимодействует с бих- роматом калия, а во втором растворе хром (VI) окисляет свободный кремний и органические восстат-ювители.

При обработке навески пробы раствором фтороводородной кислоты с концентрацией менее 2М свободный кремний полностью не растворяется за 24 ч.

При обработке навески пробы раствором фтороводородной кислоты с концентрацией более 4М увеличивается расход бихромата калия на окисление органических восстановителей в саже по сравнению с расходом бихромата калия при обработке навески пробы раствором с той же концентрацией серной кислоты, но не содержащим фтороводородной кислоты.

При Ск2сгЕО7 Сс + 4 Csl относительное уменьшение концентрации хрома (VI) вследствие его взаимодействия со свободным кремнием невелико, что приводит к недопустимо большим случайным относительным погрешностям анализа.

При Ск2Сг2о7 Сс + Csi аналитический сигнал перестает зависеть от Csi. Поскольку случайная погрешность анализа может составлять 20% отн., то CKgCrgO должно превышать Сс + 1,3 Csi.

Обоснование выбранных параметров подтверждается следующими примерами. Было проведено 10 экспериментов. Для всех экспериментов изготовили синтетическую смесь 4,80 г измельченного карбида кремния а-формы, не содержащего сажи и свободное кремния, 1,00 г сажи и 1,00 г измельченного элементного кремния. Массовая доля свободного кремния в смеси - 2,00%.

Смесь анализировали в различных условиях (см. таблицу) в соответствии со следующим ходом анализа.

Пример. Две навески по 500 мг смеси помещают в два фторопластовых стакана и заливают 30 мл растворителя. Состав растворителя в одном из стаканов - xMH2SCM + yMHF + zMKaCraO : состав растворителя во втором стакане - хМНаЗСм + zMKaCnzO.

Стаканы закрывают крышками и оставляют на ночь. На следующий день содержимое стаканов переносят с помощью раствора борной кислоты (30 г/л) в мерные

колбы вместимостью 100 см3 и доводят до метки тем же раствором. После перемешивания растворы фильтруют через сухие фильтры в сухие стаканы. По 4 мл каждого фильтрата разбавляют дистиллированной

водой в мерных колбах вместимостью 50 см . Оптическую плотность полученных растворов измеряют при длине волны 450 нм. При расчете результатов анализа учитывают оптическую плотность раствора

хрома (III), который получается при восстановлении хрома (VI) При пересчете разности убылей концентраций хрома (VI) в обоих растворах на содержание свободного кремния в пробе пользуются массами эквивалентов бихромата калия и кремния в их окислительно-восстановительной реакции. По убыли хрома (VI) в не содержащем фтороводородной кислоты растворе после обработки им навески пробы находили Сс количество миллиэквивалентов органических веществ, которые восстановились в конкретных условиях анализа.

Результаты экспериментов сведены в таблицу.

Т.о. примеры 2,3,6,7 подтверждают достижение поставленной цели с использованием выбранной концентрации реагентов. Формула изобретения Способ определения свободного кремния в карбиде кремния /3-формы, включающий растворение пробы и последующее определение свободного кремния, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности определения, используют две

одинаковые навески исследуемой пробы, первую из которых растворяют в смеси из 10-15 М серной кислоты и бихромата калия, а вторую навеску растворяют в той же смеси с добавкой в нее фтористоводородной кислоты до концентрации 2-4 М/л, после чего свободный кремний определяют спектрофотометрически по разности светопоглоще- ния хрома (V) в обоих растворах, причем количество миллиэквивалентов бихромата

калия в растворяющих смесях составляет от Сс + 1.3 Csi до Сс + 4 Csi, где Csi - количество миллиэквивалентов свободного кремния в навеске пробы; Сс - количество миллиэквивалентов органических восстановителей бихромата калия в навеске пробы.

Примечание. 1 -концентрация серной кислоты меньше допустимой, результат анализа завышен;

4- концентрация серией кислоты больше допустимой, случайная погрешность анализа завышена;

5- концентрация фтороводородной кислоты меньше допустимой, . результат анализа занижен;

8 - концентрация фтороводородной кислоты больше допустимой, результат анализа завышен;

9- колличество миллиэквивалентов бихромата калия меньше допустимого,случайная погрешность анализа завышена;

10- количество миллиэквивалентов бихромата калия меньше допустимого, результат анализа занижен.

Использование: спектрофотометриче- ский анализ и определение непрореагиро2 , ч j , , вавшего свободного кремния при синтезе /3-формы карбида кремния из сажи и элементного кремния. Сущность изобретения: берут две одинаковых навески пробы. Первую из них обрабатывают раствором, содержащим серную кислоту и бихромат калия, а вторую - раствором, содержащим серную кислоту и бихромат калия в тех же концентрациях и дополнительно фтороводородную кислоту. Затем косвенным путем спектро- фотометрически определяют свободный кремний в пробе по разности убыли концентрации хрома (VI) во втором и в первом растворах 1 табл.