[發(fā)明專(zhuān)利]一種納米硅基材料中硅含量的測(cè)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811279362.3
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111122373A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張慶來(lái)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 貝特瑞新材料集團(tuán)股份有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01N5/00
• 分類(lèi)號(hào): G01N5/00;G01N1/44
• 代理公司: 北京品源專(zhuān)利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發(fā)明提供了一種納米硅基材料中硅含量的測(cè)試方法，包括以下步驟：1)將納米硅基材料樣品稱(chēng)量后，置于容器中用酸進(jìn)行加熱處理，之后用濾紙過(guò)濾，將固體轉(zhuǎn)移至濾紙上得到濾渣；2)將濾紙同濾渣一起轉(zhuǎn)移至耐熱容器中，加熱至濾紙?zhí)蓟髮⒛蜔崛萜骼鋮s；3)將耐熱容器同加熱產(chǎn)物一起在氧化性氣氛下進(jìn)行灼燒，將所述納米硅基材料樣品完全轉(zhuǎn)化為二氧化硅；4)將耐熱容器同灼燒產(chǎn)物一起冷卻后，進(jìn)行稱(chēng)量，得到耐熱容器和灼燒產(chǎn)物的總重量；5)不使用納米硅基材料樣品，全程進(jìn)行空白實(shí)驗(yàn)，得到空白實(shí)驗(yàn)?zāi)蜔崛萜鞯脑鲋兀?)計(jì)算所述納米硅基材料樣品中的硅含量。本發(fā)明提供的測(cè)試方法檢測(cè)準(zhǔn)確，精密度高，操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)范圍廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于測(cè)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種硅含量的測(cè)試方法，尤其涉及一種納米硅基材料中硅含量的測(cè)試方法。

背景技術(shù)

納米硅基材料是指：納米硅/納米硅氧化物材料，或納米硅/納米硅氧化物材料與碳材料等高溫下可揮發(fā)或可反應(yīng)生成氣體的材料的復(fù)合材料。

鋰離子二次電池用硅碳復(fù)合材料、氧化亞硅材料都是上述納米硅基材料的典型代表，其硅含量對(duì)材料性能有顯著影響，也是下游用戶(hù)(電池生產(chǎn)廠家)主要關(guān)注的指標(biāo)之一。而目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于硅含量測(cè)試的文獻(xiàn)、標(biāo)準(zhǔn)，大多都是采用酸堿溶解處理，如用氫氟酸除去硅或堿熔融轉(zhuǎn)化為硅酸鹽，酸化后高氯酸脫水生成不溶性硅酸，過(guò)濾，再高溫灼燒失水生成二氧化硅后稱(chēng)重計(jì)算，檢測(cè)過(guò)程復(fù)雜不易控制，準(zhǔn)確度、重復(fù)性較差。

如CN 105388084 B公開(kāi)了一種富錳渣中硅含量的檢測(cè)方法，富錳渣樣品經(jīng)粉碎至粒度≤0.125mm，干燥；用碳酸鈉-硼酸于890～910℃熔融，用鹽酸轉(zhuǎn)移至燒杯中，高氯酸脫水，過(guò)濾，洗滌；1050～1150℃高溫灼燒至恒重，再計(jì)算得到硅含量。

CN 102213704 A公開(kāi)了一種硅鈣合金中硅鈣元素含量的測(cè)定法，硅鈣合金樣品用氫氧化鈉固體在鎳坩堝中高溫熔融；用去離子水和鹽酸轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，焙干，再加鹽酸、水溶解鹽類(lèi)；趁熱用定量濾紙過(guò)濾；濾液用于容量法測(cè)試鈣含量，濾渣及濾紙一起灰化、灼燒至恒重；再加氫氟酸、硫酸將二氧化硅轉(zhuǎn)化為四氟化硅氣體除去，過(guò)濾，濾渣及濾紙一起灰化、灼燒至恒重；用氫氟酸處理前后兩次恒重的重量差得到二氧化硅的重量，然后計(jì)算得到樣品中的硅含量。

GB/T 223.60-1997規(guī)定了鋼鐵及合金化學(xué)分析方法-高氯酸脫水重量法測(cè)定硅含量的方法，鋼鐵及合金樣品用鹽酸、硝酸溶解，用高氯酸脫水生成不溶性硅酸，過(guò)濾洗凈后，灼燒失水生成二氧化硅。用硫酸、氫氟酸處理，使硅生成四氟化硅揮發(fā)除去。由除硅前后稱(chēng)量的重量差計(jì)算硅含量。

上述方法都使用了堿熔融或酸處理得到硅酸鹽，高氯酸脫水生成不溶性硅酸，灼燒失水生成二氧化硅這樣的測(cè)試原理；多數(shù)方法還用了氫氟酸處理使硅呈四氟化硅氣體揮發(fā)除去，再灼燒恒重，通過(guò)氫氟酸處理前后恒重的重量差確定二氧化硅重量，再計(jì)算得到樣品中硅含量。這是因?yàn)閱钨|(zhì)硅在高溫下與氧氣反應(yīng)時(shí)，容易在表面形成致密的二氧化硅保護(hù)膜，從而阻止了進(jìn)一步反應(yīng)，所以通常條件下無(wú)法用此方法將單質(zhì)硅完全轉(zhuǎn)化為二氧化硅。而單質(zhì)硅粉末與堿熔劑混合后，在高溫下可完全轉(zhuǎn)化為硅酸鹽，經(jīng)酸化、脫水、過(guò)濾、灼燒步驟可轉(zhuǎn)化為二氧化硅，從而實(shí)現(xiàn)硅含量的測(cè)定。所以目前所用的重量法測(cè)試硅含量方法均以此原理作為檢測(cè)依據(jù)。

現(xiàn)有重量法測(cè)試硅含量的檢測(cè)方法，其原理均采用上述單質(zhì)硅與堿熔融反應(yīng)生成硅酸鹽，再經(jīng)酸化、脫水、過(guò)濾、灼燒步驟轉(zhuǎn)化為二氧化硅。操作步驟冗長(zhǎng)，需要用到的強(qiáng)酸、強(qiáng)堿試劑種類(lèi)和數(shù)量繁多，包括高氯酸、氫氟酸等高危險(xiǎn)性試劑；且因使用試劑多、操作步驟長(zhǎng)，導(dǎo)致操作過(guò)程引入污染多，操作難度大，效率低下；對(duì)于硅含量較高的樣品，反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的不溶性硅酸量多，導(dǎo)致脫水、過(guò)濾等步驟難以執(zhí)行；特別是對(duì)納米硅基材料而言，由于其粒度小，所生成的不溶性硅酸顆粒小，易堵塞濾紙孔，從而進(jìn)一步增加了操作難度，導(dǎo)致回收率低，測(cè)試結(jié)果重復(fù)性差。