国家标准-氮化硅粉体中氟离子和氯离子含量的测定 离子色谱法-编制说明（送审稿）.docx

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1、国家标准氮化硅粉体中氟离子和氯离子的测定离子色谱法编制说明（送审稿）一、工作简况1、立项目的及意义随着新材料产业的蓬勃发展，氮化硅材料在工业中的应用价值也被广泛的认可，氮化硅作为高附加值的硅材料衍生品，它优异的物理化学特性，在冶金、机械、化工、军工、光伏等领域具有广泛的用途。氮化硅在多个领域被认为是前景最为广阔、无法替代的材料。在中国制造2025中第三章战略任务和重点的第六条大力推动重点领域突破发展第九款：新材料中明确国家对新材料的发展需要及支持。以特种金属功能材料、高性能结构材料、功能性高分子材料、特种无机非金属材料和先进复合材料为发展重点，加快研发先进熔炼、凝固成型、气相沉积、型材加工、高

2、效合成等新材料制备关键技术和装备，加强基础研究和体系建设，突破产业化制备瓶颈。积极发展军民共用特种新材料，加快技术双向转移转化，促进新材料产业军民融合发展。高度关注颠覆性新材料对传统材料的影响，做好超导材料、纳米材料、石墨烯、生物基材料等战略前沿材料提前布局和研制。加快基础材料升级换代。由于国内氮化硅的民用化研究刚刚起步，高纯氮化硅市场尚未完全打开，高纯氮化硅粉体则基本全部依赖进口 o国际领先的氮化硅粉体生产企业主要有日本的宇部兴产、DENKA电气化学，德国的Starck、Alz,瑞典的Kemanord以及中国的烟台同立等。因此相对应的基础方法和标准很少，对市场的有效运行造成了困难，对材料的发

3、展流通不利。所以检测标准的制定对行业材料的发展优化有很大的促进作用。由于氮化硅中卤素杂质会对相关接触部件造成严重腐蚀，从而影响构件的机械强度和密封环的密封效果，所以对氮化硅中卤素元素（氟、氯）的准确测定具有重要意义，目前的国内标准中没有相关的测定方法，在美国、日本的精细氮化硅陶瓷粉检测方法中对这两种元素（氟、氯）有检测方法，所以建立这一标准对氮化硅技术进步有很大的意义。2、任务来源根据国家标准委关于下达2020年国家标准制修订计划的通知国标委发202037号文件，由新特能源股份有限公司负责编写氮化硅粉体中氟离子和氯离子含量的测定离子色谱法，由全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分会负责归口

4、，计划编号20202827-T-463,计划完成时间为2022年。3、编制单位简况新特能源股份有限公司简称：新特能源成立于2008年，主要推崇绿色制造、循环经济发展模式，在致力太阳能光伏产业链建设的基础上，从循环经济的减量化、再利用和循环使用原则出发，采用全闭环的多晶硅生产工艺。建立纳米材料分公司、新能建材有限公司，利用多晶硅生产中副产物四氯化硅生产气相二氧化硅，利用发电过程产生的煤渣、粉煤灰等生产加气块，变废为宝。被评为国家“优秀循环经济企业”。生产、研发、销售高纯多晶硅、多晶硅/单晶硅硅片、高纯四氯化硅、气相二氧化硅等产品，并提供硅产业技术服务，主导产品为多晶硅，目前，多晶硅生产规模达到1

5、5000吨/年，居世界前八位，中国前三位。新特能源坚持机制创新、体制创新、科技创新、管理创新、文化创新的创新求变理念2012年经新特能源股份有限公司高层领导研究决定在新特能源质检中心的基础上组建了新疆新特新能材料检测中心有限公司，本公司于2013年和2014年两年间相继取得CMA和CNAS资质，本公司实验室有效建筑面积6540m2,其中十万级恒温空间占地6340 m2,千级高洁净间占地756 m2；实验室仪器配置涵盖了气相、液相色谱，光谱、质谱等常规及高尖端分析检测仪器，超洁净的环境、高尖端的设备为无机痕量级分析奠定了基础，这些设备为后续的多晶硅实验检测提供了良好的硬件设施及条件。二、主要工作

6、过程2019年1月，新特能源股份有限公司在全国半导体设备和材料标准化技术委员会的组织下，成立了标准编制组，由邱艳梅任组长。标准编制组调研了本公司和同行业其他单位对氮化硅的要求。2019年8月在新疆石河子进行了任务落实讨论会，与会专家对标准文本及内容进行了审核，提出相应的建议和意见，检测公司按照专家意见进行了修改，完善了精密度实验数据形成了预审稿。2020年6月在江苏如皋进行了预审会，与会专家对标准文本及内容进行了审核，提出相应的建议和意见，检测公司按照专家意见进行了修改，完善了精密度、准确度及实验附图形成了送审稿。三、本标准编制的原则和主要内容1标准编制原则1.1 本标准的编写格式按国家标准G

7、B/TL 1-2020标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写的统一规定和要求进行编写的；1.2 本标准在制定过程中，以现有检测方法为基础，结合目前同行业中对氮化硅参数要求,并综合考虑了行业的实际需求与未来一段时间内的技术发展要求。2本标准的主要内容2.1 范围本标准适用于氮化硅粉中氟离子和氯离子含量的测定。测定范围为0. 050mg/g至4. 00X103mg/go范围的下限为检测设备的质量检测下限，上限考虑氮化硅粉体本身的含量及设备测定和制样过程中，水解吸收效率两个方面，综合判定。2.2 主要的技术内容本标准采用氮化硅样品在氧气和水蒸汽流中燃烧水解氮化硅中的氟、氯分别转化为挥发性氟化物和氯

8、化物并以离子形式溶于水中，再采用离子色谱法测定氮化硅中氟离子含量和氯离子含量。主要检测步骤如下：2. 2. 1工作曲线的绘制在一组100矶容量瓶中加入适量氟离子或氯离子标准溶液，其介质和酸度与试样溶液一致，以水稀释到刻度，摇匀。以不加标准溶液的试样作为空白溶液。使用氟离子（或氯离子）标准溶液，配置一系列不同浓度点的标准溶液，比如，氟离子浓度点分别为0 mg/L 0. 5 mg/L 1. 0 mg/L 1. 5 mg/L 2. 0 mg/L按照要求设置离子色谱仪条件，待离子色谱仪稳定后测定，得到以氯离子（或氟离子）浓度为横坐标，峰面积为纵坐标的标准曲线。所配制的标准工作溶液浓度值应尽量与样品溶液

9、中待测元素的浓度值接近。2. 2.2样品测定2.2.2.1按照要求装配好全套仪器，连接好电路、气路和冷却水路，燃烧管出气口端塞进少许耐高温棉。将高温炉升温至1100 0开通氧气，调节氧气流量为400 mL/min,然后往平底烧瓶中加入约800mL水并在电炉上加热至沸腾，开通冷凝管冷却水。2. 2. 2. 2准确称取已烘干处理的氮化硅试样0. 100 g （称准至0. 0002 g）和0. 5 g石英砂放在瓷舟里小心混合均匀，在用约0.5 g石英砂均匀分散在瓷舟内。2. 2. 2. 3将100 mL容量瓶放在冷凝管下端接收冷凝液。取下进样推杆，把装有待测样品的瓷舟放入燃烧管内，插入进样推杆，塞紧

10、硅胶塞，将瓷舟推入预先测好的约300 C区域停留5 min,接着推进到约600 C区域停留5 min,再推进到约900 区域停留5 min,最后把瓷舟推到1100 的恒温区停留15 min。在整个操作过程中，最后容量瓶中的溶液总体积应在100 mL左右，将溶液定容至100 mL,待测。2. 2. 2. 4将容量瓶中的溶液收集，按照与绘制校准曲线相同的色谱条件和步骤，在离子色谱仪上进行样品的测定。必要时根据工作曲线范围，稀释待测溶液。2. 2. 2. 5独立地进行两次测定，取其平均值。2. 2.3试验空白随同试样做空白试验。2.2.4结果计算与报出2. 2. 4.1结果计算按照离子色谱仪本身相对

11、应的公式进行计算。2. 2. 4. 2结果报出取平行测定结果的算术平均值为测定结果。当样品中氟氯离子含量小于0mg/g时，结果保留到小数点后三位；当样品中氟氯离子含量大于等于0.1 mg/g时，保留三位有效数字。3方法确认本标准为测定氮化硅陶瓷材料中微量氟和氯提供了一种的方法。该方法线性范围宽、操作简单快速、灵敏度高、干扰少，可同时测定氟离子和氯离子3.1 实验室精密度实验室标准制定人员主要是通过检测氮化硅原样品1#及在原样品中加入已知质量的氟氯离子，制成高目标物质含量的加标样品，加大此方法的数据范围，计算回收率以便更好的确定此方法的检测范围。首先分别检测氮化硅原样中氟氯离子的含量，以其平均值

12、为氮化硅样品的实际含量，在此基础上,分别加入0.00005g和0. 00002g的氟化钠、氯化钠，记录其加入质量，与氮化硅样品混匀后，在同一条件下进行检测，记录其检测结果，根据加标回收率的计算公式,得到以上数据，根据标准要求，加标回收率在80%-120%之间视为合格。再根据得出的平均值、标准偏差以及相对标准偏差，确定最终样品检测结果的精密度。检测样品实验室精密度数据如下列表格所示。表1氮化硅中氟离子检测1#样(原样)序号样品质量/(g)检测结果/(mg/g)10. 50040. 02620. 50020. 02830. 50010. 02340. 50000. 02550. 50060. 02

13、760. 50070. 030平均值/ (mg/g)0. 026标准偏差/ (mg/g)0. 002相对标准偏差/(%)0. 092表2氮化硅中氟离子检测2# (加标样)序号加标物质样品质量/ (g)加标量/ (g)检测结果/ (mg/g)加标回收率/(%)1氟化钠0. 500510. 000500.41484.320. 499570. 000480. 456102.330. 500280. 000500. 488100.440. 499200. 000520. 42887. 1平均值/ (mg/g)0. 446标准偏差/ ( mg/g )0. 033相对标准偏差/ (%)0. 073表3氮化

14、硅中氟离子检测3# (加标样)序号加标物质样品质量/ (g)加标量/ (g)检测结果/ (mg/g)加标回收率/ (%)1氟化钠0. 501600. 000260. 262103.620. 500400. 000300. 23777.630. 500470. 000230. 23298.840. 500730. 000200. 20397. 550. 499700. 000210. 220101.660. 500960. 000240. 24097. 1平均值/ (mg/g)0. 232标准偏差/ (mg/g)0. 020相对标准偏差/ (%)0. 086表4氮化硅中氯离子检测1#样(原样)序号样品质量/(g)检测结果/(mg/g)10. 50040. 14420. 50020. 15430. 50010. 16640. 50000. 17550. 50060. 18060. 50070. 16870. 50010. 14880. 50000. 14790. 50030. 144100. 50050. 150平均值/ (mg/g)0. 158标准偏差/ (mg/g)0.014相对标准偏差/(%)8.5表5氮化硅中氯离子检测2# (加标样)序号加标物质样品质量/ (g)