波长色散X射线荧光光谱法测试钇稳定二氧化锆＊

吴清良 王云英 梁以流

（国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心 广东 佛山 528225）

波长色散X射线荧光光谱法测试钇稳定二氧化锆＊

吴清良 王云英 梁以流

（国家陶瓷及水暖卫浴产品质量监督检验中心 广东 佛山 528225）

介绍了波长色散X射线荧光光谱法测试钇稳定二氧化锆的工作曲线绘制以及测试过程，测试结果与传统化学分析方法非常吻合，有效地解决了传统化学分析方法测试钇稳定二氧化锆过程繁杂的问题。

波长色散X射线荧光光谱法 钇稳定二氧化锆 X射线

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

钇稳定二氧化锆作为一种重要的氧化物陶瓷材料，在国内外受到高度重视。随着耐火材料及陶瓷行业的发展，作为冶金用耐火材料和高端陶瓷的主要原料，钇稳定二氧化锆愈来愈引起人们的关注，现已成为冶金、热工、特种陶瓷及其高温技术领域中极具发展前途的重要材料，其用量逐年增加。

目前业内通常采用苦杏仁酸重量法或EDTA络合滴定法测量锆铪合量（以ZrO2计），EDTA络合滴定法测量钇含量，用分光光度法测量铁、硅、钛、铝等含量，用火焰光度法或原子吸收分光光度法测量钠含量，钇稳定二氧化锆的整个分析过程非常漫长、繁杂，效率较低。为解决这一问题，我们采用波长色散X射线荧光光谱法（WD－XRF法）分析钇稳定二氧化锆，该方法的特点是只要标准曲线建立完毕，就能够在几分钟内分析出样品各元素的含量，效率较高，测试过程简单。

1 试剂与仪器

1.1 试剂

1）熔剂：四硼酸锂和偏硼酸锂混合熔剂［Li2B4O7（12）＋LiBO2（22）］，优级纯。使用前，在700℃下灼烧10h以上，然后贮存在干燥器中。

2）脱模剂：溴化锂（LiBr）。

3）监控标准样品：监控样品应是稳定的玻璃片，含有所有校准元素，其浓度应使其计数率的统计误差小于或等于校准元素的技术统计误差。用于监测光谱仪的漂移校正。

1.2 仪器

1）融样皿：非浸润的铂－金合金（95%Pt＋5%Au）制成。

2）铸型模：非浸润的铂－金合金（95%Pt＋5%Au）制成，铸模材料底厚度约1mm，其不易变形。

3）天平：可精确称至±0.1mg。

4）熔样炉：能加热到1 050～1 250℃，可以控温的电阻炉。

5）波长色散X射线荧光光谱仪，端窗铑靶X射线管，荷兰帕纳克生产。

1.3 标准样品（见表1）

表1 建标采用的标准样品

使用前，锆、铪、钇标准样品在（1 000±25）℃下灼烧至少30min，在干燥器中冷却至室温，再称重测定烧失量。按测定结果计算未烧物质的称样量制备玻璃片。其余标样在（1 025±25）℃下灼烧至少30min，其余同上。

2 试验过程

2.1 待测样品

4个待测样品分别标识为：Y1，Y2，Y3，Y4。待测样品在（110±10）℃干燥箱中烘干2h以上，贮存在干燥器中待用。称量干燥过的样品1g，在（1 025±25）℃下灼烧至少30min，在干燥器中冷却至室温，再称重测定烧失量。

2.2 测量方法的建立

2.2.1 标样浓度

表2 选取（或配置）制作标准曲线的标样浓度（%）

采用1.2所述的仪器，对要分析的一系列样品进行定性扫描（IQ＋），得知2.1待测样品中氧化锆含量大于80%，氧化铪含量为1%～5%，氧化钇含量为5%～15%，其余各元素含量均在0.1%以下。依据待测样品中各元素的含量，采用1.3所述标样，选取或配置各个元素不同浓度含量的标样，如表2所示。

每个元素都有一个具有足够的含量范围又有一定梯度的标准系列，如1.3所述标样不能完全满足时，加配适当人工混合标准补充。

2.2.2 熔融浇铸

根据钇稳定二氧化锆的特性，本实验采取稀释比（熔剂∶标样）20∶1，即称量0.3g待测样品或标准样品和6 g熔剂，并加入0.05g脱模剂混合均匀，移入铂－金合金坩埚中。将坩埚置于熔样炉中，在1 200℃下熔融15 min，熔融过程要转动坩埚，使粘在坩埚壁上的小熔珠和样品进入熔融体中。每隔一段时间，熔样炉自动摇动坩埚，将气泡排尽，并使熔融物混匀。然后将坩埚内熔融物倾入已加热至800℃以上的铸模中。将铸模移离炉子，冷却，已成形的玻璃圆片与铸模剥离。熔融好的样片应该不结晶，不裂化，没有气泡。取出样片在非测量面贴上标签，放入干燥器内保存，防止吸潮和污染。测量时，只能拿样片的边缘，避免X射线测量面的沾污。

2.2.3 波长色散X射线荧光光谱分析

1）测量条件在X射线管电压为60kV，电流为50 mA，粗狭缝，视野光栏直径为30mm条件下，各分析元素的测量条件见表3。

表3 分析元素的测量条件

2）背景校正。采用一点法扣背景。计算公式为：

式中：IN——扣除背景的分析线强度；

IP——峰值强度；

IB——背景强度。

3）工作曲线的绘制

用2.2.1选取的各种元素的标样熔融浇铸成相应的玻璃片，经X射线荧光光谱仪测试各元素分析线强度后，并经理论α系数校正基体效应，得出元素计数率与其相应浓度的线性关系，绘制出各元素的工作曲线。由于Zr对Y Lα，NaKα谱线有重叠干扰效应，故在绘制工作曲线时还必须进行谱线重叠干扰校正。

2.3 待测样品的测量

利用已建立的测量方法，测量待测样品的元素分析线强度，系统将自动算出元素含量，测试过程非常简单。待测样品的测量结果如表4。

表4 XRF法测量样品的结果

为了验证WD－XRF法测试结果的准确性，我们又采用传统化学分析方法测量待测样品的各元素含量，分析结果如表5所示。

表5 化学分析法测量样品的结果

从表4和表5可以看出，两个方法测试的结果非常接近，都在误差范围之内。采用传统化学分析方法测得的锆铪合量是以氧化锆计，而采用WD－XRF法则可以分别测出氧化锆和氧化铪的含量，更能真实地体现样品中锆和铪的含量，如将这个结果转化为锆铪合量（以氧化锆计）分别为：93.71%、90.09%、84.64%及93.28%，与传统化学分析方法测得的锆铪合量结果吻合。

3 结论

采用波长色散X荧光光谱法测量钇稳定二氧化锆，只要工作曲线绘制完成，就可以高效快速地分析样品中各元素的含量，与传统化学分析方法相比，实验过程简单，时效性高。WD－XRF法的测试结果与传统化学分析方法测试结果吻合，结果准确性有保证。WD－XRF法能够分别分析出锆含量和铪含量，比传统化学分析方法只能测出锆铪合量更能体现样品中锆和铪的真实含量。

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，Foshan，528225）

TQ174.1＋2

A

1002－2872（2011）04－0045－03

吴清良（1979－）硕士研究生；研究方向为陶瓷以及原材料方面检测。E－mail：cityhunter207＠163.com