一种有效检测四硼化硅及六硼化硅纯度的方法

1.本发明涉及材料领域，具体涉及一种有效检测四硼化硅及六硼化硅纯度的方法。


背景技术：

2.b4si及b6si均是一种特殊的材料，具有较高的热和化学稳定性，在电子和航空航天等领域中具有重要的应用价值。b4si及b6si通常采用高纯度的b和si单质在真空或氩气保护下高温固相烧结制备而成，通过控制反应物b和si的比例，可实现制备的b4si及b6si的产率和纯度较高，杂质含量较少，且少量杂质成分主要为单质si和b与极少量sio2与b2o3氧化物等。而在使用过程中，b4si及b6si的纯度对其性能有着重要的影响，因此对b4si及b6si的物相纯度进行准确检测具有十分重要的现实意义。
3.而目前并没有一种比较简便、高效的检测方法可以实现对b4si物相含量进行准确的检测。虽然能够通过某些特殊的化学分析仪器(如电感耦合等离子体——icp法等)表征，但是仪器所检测的是整体样品中某种元素的含量(就包含了其中的杂质如游离si、sio2、b和b2o3等)，并不能准确给出b4si及b6si物相的含量与纯度，极大限制了b4si及b6si在一些高纯度要求领域的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了提供一种有效检测四硼化硅及六硼化硅纯度的方法。
5.本发明的一种有效检测b4si及b6si纯度的方法，它是按照以下方式进行：
6.步骤一、取待检测的b4si或b6si试样经干燥除去吸附的水分，以干燥后的b4si或b6si试样作为m1，将干燥后试样转移至铂皿中，加去离子水润湿试样，按照质量体积比为1～2g：1ml的比例向试样中加入体积百分含量为50％氢氟酸，之后置于砂浴上升温蒸发至干燥，再按照质量体积比为1～2g：1ml的比例向试样中加入体积百分含量为10％氢氟酸，并置于砂浴上升温蒸发至干燥，冷却后加入浓度为1～3mol/l的koh溶液，常温反应15～25min，接下来用170～190℃恒重后的砂芯漏斗抽滤，用体积百分含量为5％的盐酸溶液洗涤铂皿及残留物7～8次；收集清洗后的清洗液并与残留物一并倒入砂芯漏斗抽滤，最后用去离子水清洗滤饼直至中性，对其称重，记作m2；之后将砂芯漏斗在170～190℃持续加热4～6h，冷却，反复烘干至恒重，称取反应后试样与烘干至恒重的砂芯漏斗的总质量，记作m3；
7.步骤二、按照如下公式计算b4si或b6si含量，以w％表示，公式如下：
[0008][0009]
式中：
[0010]
m1——试样的质量，单位为克；
[0011]
m2——砂芯漏斗与试样品的总质量，单位为克；
[0012]
m3——反应后试样与砂芯漏斗的总质量，单位为克；
[0013]
通过上述公式得到待检测的b4si或b6si试样中b4si或b6si含量，即完成所述的有
效检测四硼化硅及六硼化硅纯度的方法。
[0014]
进一步地，所述的按照质量体积比为1.5g：1ml的比例向试样中加入体积浓度为50％氢氟酸。
[0015]
进一步地，所述的按照质量体积比为1.5g：1ml的比例向试样中加入体积浓度为10％氢氟酸。
[0016]
进一步地，所述的koh溶液的浓度为2mol/l。
[0017]
进一步地，所述的冷却后加入浓度为1～3mol/l的koh溶液，常温反应20min。
[0018]
进一步地，所述的用180℃恒重后的砂芯漏斗抽滤。
[0019]
进一步地，所述的将反应后的砂芯漏斗继续在180℃加热5h。
[0020]
进一步地，所述的将干燥后试样转移至铂皿中，加去离子水润湿试样是将去离子水沿铂皿壁加入。
[0021]
进一步地，所述的砂芯漏斗与试样品的总质量m2是指170～190℃恒重后的砂芯漏斗质量与清洗后试样品质量之和。
[0022]
进一步地，所述的b4si或b6si含量的计算结果精确到0.01。
[0023]
本发明的原理是：
[0024]
经氢氟酸处理使游离si的氧化物生成挥发性的四氟化硅逸出，硼氧化物用koh去除，最后用盐酸浸取使表面杂质溶解，测定残留物量即为b4si或b6si的含量，反应方程式如下：
[0025]
sio
2+
4hf＝sif4+2h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0026]
b2o3+6koh＝2k3bo3+3h2o
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0027]
本发明包含以下有益效果：
[0028]
本发明提供一种可以准确检测b4si及b6si物相含量(即纯度)的方法，目前常用的仪器分析是通过检测某种元素的含量，仅给出元素含量，这不但包含了除b4si及b6si之外杂质相(si、sio2、b、b2o3等)元素含量，还不能给出准确的b4si及b6si物相含量或纯度。本发明所检测结果b4si及b6si物相的纯度均基本均稳定在97％左右，所测结果数值稳定，表明本发明具有很高的检测稳定性和可靠性。本发明与目前仪器手段表征相比优势在于可准确检测出b4si及b6si物相的含量，再通过简单计算就可得到物相纯度。
具体实施方式
[0029]
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
[0030]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
[0031]
实施例1
[0032]
本实施例的b4si纯度的检测方法：
[0033]
1)本实施例使用的药品和试剂如下表所示：
[0034]
表1实验药品及试剂表
[0035][0036]
此外，实验所用到的其它用品材料均来自于化学药品代理机构，如一次性塑料滴管，塑料量筒(500ml和250ml)，丁腈手套，磁力搅拌子，布氏漏斗，水系/有机微孔滤膜，中速/慢速定量分析滤纸，砂芯漏斗等；配制溶液及反应均为去离子水。
[0037]
2)所使用的仪器如表2所示：
[0038]
表2实验仪器表
[0039][0040][0041]
3)提纯的b4si试样过程：
[0042]
准确称量5.0g的b4si原粉体，置于聚四氟乙烯烧杯中，加入双氧水30ml，双氧水浓度35％，浓盐酸0.15ml，搅拌30min后，静置反应4h，再加入4mol/l koh溶液40ml，在70℃水浴锅中搅拌反应6h，趁热用0.45μm有机微孔滤膜抽滤，超纯水洗至中性，70℃置于真空干燥箱干燥8h，得干燥后的粉末，即为提纯后的b4si试样。
[0043]
4)实验过程
[0044]
本实施例的一种有效检测b4si纯度的方法，是按照以下步骤进行的：
[0045]
一、试剂
[0046]
1.双氧水>35％。
[0047]
2.氢氟酸(1:1)和(1:10)。
[0048]
3.盐酸：(5％)。
[0049]
4.koh溶液2mol/l
[0050]
二、分析步骤
[0051]
试样在120℃烘箱干燥5h除去吸附的水分，准确称取试样约5.0g，精确至0.0001g，
记作m1，放入铂皿中，用少量水沿铂皿壁缓慢加入润湿，加1:1的氢氟酸3ml，置于砂浴上升温蒸发至干燥，盖上铂坩埚盖，避免产生气体带出粉末导致损失，再滴加1:10氢氟酸3ml继续蒸发至干燥，冷却后加入2mol/l的koh溶液5ml，常温反应20min，用180℃恒重过得砂芯漏斗抽滤，用温热(40～60℃)的体积百分含量5％稀盐酸溶液洗涤铂皿及残留物7～8次，最后用去离子水清洗滤饼直至中性，称重记做m2。
[0052]
粉末和砂芯漏斗继续在180℃加热5h，冷却，反复灼烧至恒重，称量，记作m3。
[0053]
三、结果计算
[0054]
b4si的含量百分数，数值以w％表示表示，按下列公式计算：
[0055][0056]
式中：
[0057]
m1——试样的质量，单位为克(g)；
[0058]
m2——砂芯漏斗与试样品的总质量，单位为克(g)；
[0059]
m3——反应后试样与砂芯漏斗的总质量，单位为克(g)。计算结果精确到0.01。
[0060]
结果如表1所示，
[0061]
表1提纯样品纯度检测结果
[0062][0063]
对于给定的不同批次b4si样品均采用本实施例中所述方法检测其物相纯度，结果如上表1所示。由表1可知，本实施例所检测结果b4si物相的纯度基本均稳定在97％左右，所测结果数值稳定，表明本实施例具有很高的检测稳定性和可靠性。此外，上表1还表明本实施例与仪器分析最大的本质差异，即其检测对象为b4si物相含量，所得结果为物相的纯度，而非仪器检测的元素含量。
[0064]
实施例2
[0065]
本实施例的b6si纯度的检测方法：
[0066]
本实施例所采用的仪器和试剂与实施例1相同。
[0067]
1)本实施例提纯的b6si试样过程：
[0068]
准确称量5组5.0g的b6si原粉体，分别置于聚四氟乙烯烧杯中，加入体积百分含量为35％的过氧化氢15ml，浓盐酸0.15ml，搅拌30min后，静置反应4h，再加入4mol/l koh溶液40ml，在70℃水浴锅中搅拌反应4h，趁热用0.45μm有机微孔滤膜抽滤，超纯水洗至中性，70
℃置于真空干燥箱干燥8h，称量干燥后的粉末，分别计算b6si粉的纯度。
[0069]
2)实验过程
[0070]
本实施例的一种有效检测b6si纯度的方法，是按照以下步骤进行的：
[0071]
一、试剂
[0072]
1.双氧水>35％。
[0073]
2.氢氟酸(1mol/l)。
[0074]
3.盐酸：(5％)。
[0075]
4.koh溶液2mol/l
[0076]
二、分析步骤
[0077]
试样在120℃烘箱干燥5h除去吸附的水分，准确称取试样约5.0g，精确至0.0001g，记作m1，放入铂皿中，用少量水沿铂皿壁缓慢加入润湿，加1mol/l的氢氟酸3ml，置于砂浴上升温蒸发至干燥，盖上铂坩埚盖，避免产生气体带出粉末导致损失，再加1mol/l氢氟酸3ml继续蒸发至干燥，冷却后加入2mol/l的koh溶液5ml，常温反应20min，用180℃恒重过得砂芯漏斗抽滤，用温热(40～60℃)的体积百分含量5％稀盐酸溶液洗涤铂皿及残留物7次～8次，最后用去离子水清洗滤饼直至中性，称重记做m2。
[0078]
粉末和砂芯漏斗继续在180℃加热5h，冷却，反复灼烧至恒重，称量，记作m3。
[0079]
三、结果计算
[0080]
b6si的含量百分数，数值以w％表示表示，按下列公式计算：
[0081][0082]
式中：
[0083]
m1——试样的质量，单位为克(g)；
[0084]
m2——砂芯漏斗与试样品的总质量，单位为克(g)；
[0085]
m3——反应后试样与砂芯漏斗的总质量，单位为克(g)。计算结果精确到0.01。
[0086]
结果如表2所示，
[0087]
表2提纯样品纯度检测结果
[0088][0089]
对于给定的不同批次b6si样品均采用本实施例中所述方法检测其物相纯度，结果如上表2所示。由表2可知，本实施例所检测结果b6si物相的纯度稳定，所测结果数值稳定，
表明本实施例具有很高的检测稳定性和可靠性。此外，上表2还表明本实施例与仪器分析最大的本质差异，即其检测对象为b6si物相含量，所得结果为物相的纯度，而非仪器检测的元素含量。