一种硅酸盐陶瓷组成检测方法

1.本发明涉及分析检测技术领域，特别是涉及一种硅酸盐陶瓷组成检测方法。


背景技术：

2.硅酸盐陶瓷是一类广泛应用的无机非金属材料，其物相结构主要由晶体相、非晶相与气孔组成。晶体相和非晶相是硅酸盐陶瓷的主要组成相，其含量、结构决定了硅酸盐陶瓷的主要性能和用途。对硅酸盐陶瓷的物相组成进行测定，例如测定硅酸盐陶瓷中晶体相和非晶相的质量含量与结构特征，对评估硅酸盐陶瓷的性能、优化陶瓷加工工艺等都具有重要意义。
3.目前对硅酸盐陶瓷中晶相与非晶相含量的常规测定方法主要有显微岩相分析法、x射线衍射法、差示扫描量热法等。其中，显微岩相分析法是根据结晶矿物的透射光性质来鉴定硅酸盐陶瓷中的结晶矿物及其结构构造。这种方法可满足一定的定性定量要求，但鉴别晶相与非晶相取决于人体视觉，主观性强，误差较大。x射线衍射法是目前广泛应用的陶瓷样品晶体物相的鉴定方法，其结合k值法、内标法以及rietveld等方法，可在一定条件下对晶体相和非晶相进行定量分析。然而陶瓷主要成分除了晶相外，还有大量的玻璃态物质和少量的气孔，陶瓷中的玻璃相是非晶态，其内部没有规则的原子阵列，x射线衍射图中只显示出宽泛的非晶峰，采用结晶峰与非晶峰面积比例来计算样品的结晶度，其结果较为粗略。rietveld方法是通过对测量的衍射图的最小二乘拟合来获得粉末样品的精细结构数据或定量信息，其主要应用于已知结构的晶相；尽管rietveld方法可以与其他技术相结合，以确定非晶相或未识别相的含量，如内部标准法或外标法，但测定方法繁琐，且低含量物相的测定结果误差较大。差示扫描量热法(differential scanning calorimetry，dsc)是一种热分析法，它依据样品吸热或放热的速率，可以测量多种热力学和动力学参数，如结晶速率、结晶度等。硅酸盐陶瓷样品烧结温度较高，通常超过dsc的扫描温度，同时dsc采用的是估算方法，其结果误差大。
4.基于目前的检测方法在测定硅酸盐陶瓷物相组成时存在的缺点，因此有必要提供一种针对硅酸盐陶瓷的物相组成的检测方法，以期更准确地对其物相组成进行分析。


技术实现要素：

5.本发明主要解决的技术问题是提供一种硅酸盐陶瓷组成检测方法，以更准确、方便地对硅酸盐陶瓷组成进行检测分析。
6.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种硅酸盐陶瓷组成检测方法，包括步骤：
7.(1)将硅酸盐陶瓷样品切割成粒径10mm以下的块状，之后对块状样品进行环氧树脂镶嵌处理，然后固化得到环氧树脂光片；
8.(2)对所述固化后的环氧树脂光片进行抛光，之后喷碳，然后采用mla系统进行测量，得到新建的x射线能谱图列表；
9.(3)对新建的x射线能谱图列表进行整理命名，其中晶体相矿物的命名在数据库中自动匹配完成，非晶相矿物的命名由人工处理完成；由于非晶相x射线能谱图与结晶相矿物的谱图存在差异，其成分常介于几种主要硅酸盐矿物原料之间，而且非晶相通常填充在结晶相之间，因此其命名需要人工处理完成；
10.(4)所述x射线能谱图列表命名完成后，再对测量数据进行物相分类，之后根据分类结果计算获得硅酸盐陶瓷样品中各晶相矿物、非晶相和气孔的质量百分比含量。
11.作为本发明一种优选的实施方案，所述mla系统型号为mla 650。
12.作为本发明一种优选的实施方案，所述mla系统的测量条件为：sem加速电压为20kv，束斑7.0nm。
13.作为本发明一种优选的实施方案，所述mla系统测量时，在bse模式下分别选择环氧树脂和金属铜作为灰度标样来调整sem的对比度和亮度，使环氧树脂灰度值调整为10，金属铜灰度值调整为255。
14.作为本发明一种优选的实施方案，所述mla系统测量时，选取代表性的矩形区域，采用网格式测量模式，图像分辨率采用500*500，x射线采集分辨率为2*2，能谱仪驻留时间为50ms，总时间不超过30分钟。
15.作为本发明一种优选的实施方案，所述环氧树脂镶嵌处理为采用环氧树脂进行冷镶嵌包埋处理。
16.本发明提供的硅酸盐陶瓷组成检测方法，主要对硅酸盐陶瓷中的晶体相、非晶相和气孔的质量含量进行测定，得到各晶相矿物、非晶相和气孔的质量百分比含量，并获得硅酸盐陶瓷的显微结构特征，即晶体相、非晶相与气孔三相的显微结构特征。通过对硅酸盐陶瓷物相组成进行准确测定，可以对硅酸盐陶瓷的性能进行评估，为优化陶瓷加工工艺提供理论基础和支持，这将对陶瓷加工工艺的改进具有重要意义。
17.在采用本发明方法进行检测时，采用环氧树脂进行冷镶嵌包埋处理，制得的测试样品可以与包埋剂背景有效分开，保证了检测的准确性。检测时，bse模式下分别选择环氧树脂和金属铜作为灰度标样来调整sem的对比度和亮度，并使环氧树脂灰度值调整为10，金属铜灰度值调整为255，可以实现准确检测。通过采用网格式扫描测量模式，可区分灰度差异极小的物相，当硅酸盐陶瓷晶体相和非晶相灰度差异极小时，特别是非晶相中含微细结晶相时，通过网格式扫描测量模式，可实现硅酸盐陶瓷三相的准确测量。
附图说明
18.图1是本发明实施例1硅酸盐陶瓷样品的mla物相组成图；
19.图2是本发明实施例2硅酸盐陶瓷样品的mla物相组成图。
具体实施方式
20.下面通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
21.实施例1
22.本实施例对一种日用硅酸盐陶瓷样品进行了检测，具体检测过程如下：
23.步骤一：将陶瓷样品切割至10mm以下块样，烘干后用环氧树脂进行冷镶嵌包埋，制成环氧树脂光片。
24.步骤二：对固化后的环氧树脂光片进行抛光，喷碳，之后进行mla系统(型号：mla 650)测量。设置sem加速电压为20kv，束斑为7.0nm，bse模式下分别选择环氧树脂和金属铜作为灰度标样来调整sem的对比度和亮度，使环氧树脂灰度值调整为10，金属铜灰度值调整为255。选取代表性的矩形区域，测量帧数为25，采用网格式测量模式，图像分辨率采用500*500，x射线采集分辨率为2*2，能谱仪驻留时间为50ms，总时间不超过30分钟。
25.步骤三：mla测量完成后，对新建的x射线能谱图列表进行整理命名，结晶相矿物的命名在数据库中自动匹配进行，非晶相x射线能谱图与结晶相矿物的谱图存在差异，其成分常介于几种主要硅酸盐矿物原料之间，而且非晶相通常填充在晶相之间，其命名由人工处理完成。
26.步骤四：x射线能谱图列表整理命名后，对测量数据进行物相分类，分出各晶相矿物、非晶相和气孔，并根据分类结果计算获得陶瓷样品中各晶相矿物、非晶相和气孔的精确质量百分含量和显微结构特征。其中，获得的陶瓷样品的mla物相组成图见图1所示，mla物相组成分析数据见下表1所示。
27.表1
28.矿物组成质量含量(wt％)矿物组成质量含量(wt％)石英23.00赤铁矿0.11莫来石17.98气孔9.44刚玉0.35其他0.37非晶相48.73合计100.00金红石0.03
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29.同时，对该陶瓷样品进行了x射线衍射全谱拟合定量分析，分析结果见表2。
30.表2陶瓷样品xrd全谱拟合物相定量组成
31.矿物组成质量含量(wt％)矿物组成质量含量(wt％)石英32.50玻璃相53.23莫来石14.26合计100.00
32.对该陶瓷样品还进行了化学分析，并与mla的测试结果进行了对比，对比结果见表3。表3中的mla测试结果是根据mla物相组成的检测结果换算获得。
33.表3陶瓷样品mla测试结果与化学分析对比
34.矿物组成mla测试(wt％)化学分析(wt％)sio269.9871.10al2o320.1319.45k2o4.113.99na2o2.162.33
35.由以上比较可以看出，采用本发明方法对陶瓷样品进行全矿物测定，测定结果经换算后，与化学分析结果更接近，因此其结果优于xrd全谱拟合定量分析方法，这说明本发明的mla测试方法结果准确。
36.实施例2
37.本实施例对一种硅酸盐陶瓷样品进行了检测，具体检测过程如下：
38.步骤一：将陶瓷样品切割至10mm以下块样，烘干后用环氧树脂进行冷镶嵌包埋，制成环氧树脂光片。
39.步骤二：对固化后的环氧树脂光片进行抛光、喷碳，然后进行mla系统(型号：mla 650)测量。设置sem加速电压为20kv，束斑为7.0nm，bse模式下分别选择环氧树脂和金属铜作为灰度标样来调整sem的对比度和亮度，使环氧树脂灰度值调整为10，金属铜灰度值调整为255。选取代表性的矩形区域，测量帧数为25，采用网格式测量模式，图像分辨率采用500*500，x射线采集分辨率为2*2，能谱仪驻留时间为50ms，总时间不超过30分钟。
40.步骤三：mla测量完成后，对新建的x射线能谱图列表进行整理命名，结晶相矿物的命名在数据库中自动匹配进行，非晶相x射线能谱图与结晶相矿物的谱图存在差异，其成分常介于几种主要硅酸盐矿物原料之间，而且非晶相通常填充在晶相之间，其命名由人工处理完成。
41.步骤四：x射线能谱图列表整理命名后，对测量数据进行物相分类，根据分类结果计算获得样品中各晶相矿物、非晶相和气孔的精确质量百分含量和显微结构特征。其中，获得的陶瓷样品的mla物相组成图见图2所示，mla物相组成分析数据见下表4所示。
42.表4
43.矿物组成质量含量(wt％)矿物组成质量含量(wt％)石英9.44褐帘石0.06顽火辉石4.01非晶相77.37白磷钙石0.31气孔8.48金红石0.02其他0.23钛铁矿0.04合计100.00
44.同时，对该陶瓷样品进行了x射线衍射全谱拟合定量分析，分析结果见表5。
45.表5陶瓷样品xrd全谱拟合物相定量组成
46.矿物组成质量含量(wt％)矿物组成质量含量(wt％)石英7.34玻璃相87.34顽火辉石6.03合计100.00
47.对该陶瓷样品还进行了化学分析，并与mla的测试结果进行了对比，对比结果见表6。表6中的mla测试结果是根据mla物相组成的检测结果换算获得。
48.表6陶瓷样品mla测试结果与化学分析对比
[0049][0050][0051]
同样，由以上比较可以看出，采用本发明方法对陶瓷样品进行全矿物测定，测定结果经换算后，与化学分析结果更接近，因此其结果优于xrd全谱拟合定量分析方法，这说明本发明的mla测试方法结果准确。
[0052]
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。