分析化學(xué)在陶瓷原材料檢測(cè)方面的應(yīng)用及舉例
化學(xué)分析種類很多，對(duì)于不同材質(zhì)、形態(tài)、含量的物質(zhì)需選用不同的分析方法，以下是小編搜集整理的一篇探究分析化學(xué)在陶瓷原材料檢測(cè)方面應(yīng)用的論文范文，歡迎閱讀查看。
摘要：本文簡(jiǎn)單介紹了分析化學(xué)的方法和種類，闡述了分析化學(xué)在陶瓷原材料檢測(cè)中的作用。以氧化鋯材料為實(shí)例，從其定性分析、定量分析和結(jié)構(gòu)分析出發(fā)，重點(diǎn)介紹了XRD、化學(xué)滴定和激光粒度三種分析方法在氧化鋯陶瓷原料檢測(cè)方面的應(yīng)用。并對(duì)比了這三種方法在材料檢測(cè)上的各自特征。指出了分析化學(xué)在陶瓷原材料檢測(cè)中的重要性。
關(guān)健詞：分析化學(xué);陶瓷;氧化鋯;檢測(cè)
1、前言
研究物質(zhì)化學(xué)組成的分析方法及有關(guān)理論的科學(xué)稱為分析化學(xué)(analytical chemistry)。分析化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)重要分支，它的任務(wù)主要有三方面：鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成(或成分)、測(cè)定各組分的含量、確定物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)。它們分別屬于分析化學(xué)的定性分析(qualitafive analysis)、定量分析(quantitafive analysis)和結(jié)構(gòu)分析(structuralanalvsis)的內(nèi)容。分析化學(xué)不僅對(duì)于化學(xué)本身的發(fā)展起著重大的作用，而且在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)研究、醫(yī)藥衛(wèi)生、學(xué)校教育等方面都起著重要的作用。如在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中對(duì)資源勘探、油田、煤礦、鋼鐵基地選定中的礦石及油氣等的分析;在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)原料、中間體、成品的分析;在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)土壤、肥料、糧食、農(nóng)藥的分析;在原子能材料、半導(dǎo)體材料、超純物質(zhì)中對(duì)微量雜質(zhì)的分析等，都需要應(yīng)用分析化學(xué)。有關(guān)生產(chǎn)過程的控制和管理、生產(chǎn)技術(shù)的改進(jìn)與革新，也需要依靠分析結(jié)果進(jìn)行操作。
隨著科技的發(fā)展，陶瓷材料已超越傳統(tǒng)上的意義，對(duì)人類生產(chǎn)生活有著極其廣泛的影響。從工業(yè)產(chǎn)品到日常生活，人類已經(jīng)離不開陶瓷材料產(chǎn)品。因此，對(duì)陶瓷材料的檢測(cè)也隨之發(fā)展起來。如目前國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的陶瓷產(chǎn)品性能的無損傷探測(cè)儀器，能在陶瓷產(chǎn)品無損傷的條件下進(jìn)行諸如產(chǎn)品強(qiáng)度、抗熱震性、外觀有無裂紋、內(nèi)部形貌、吸水率等指標(biāo)的測(cè)試，有著廣泛的應(yīng)用前景。陶瓷材料分為原材料和成品材料。原料檢測(cè)的方法有成分分析、形貌分析、晶相分析及粒度分析等。成品分析的方法有成分分析、晶相分析及性能分析等。
2、分析化學(xué)的分類
2.1 按檢測(cè)原理分類
分析化學(xué)按檢測(cè)原理可分為化學(xué)分析和儀器分析。
2.1.1 化學(xué)分析
化學(xué)分析法是主要利用化學(xué)原理進(jìn)行分析的方法，它是絕對(duì)定量的。根據(jù)樣品、反應(yīng)產(chǎn)物，或所消耗試劑的量，以及反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，來計(jì)算出待測(cè)組分的量。化學(xué)分析是建立在對(duì)分析物質(zhì)成分確定的基礎(chǔ)上，若分析物質(zhì)成分不確定，則無法進(jìn)行下一步的定量分析。
2.1.2 儀器分析
儀器分析是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支，是目前的發(fā)展方向。它是以物質(zhì)的物理和化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法。利用較特殊的儀器，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析、形態(tài)分析。儀器分析的方法很多，每一種分析方法所依據(jù)的原理不同，所測(cè)量的物理量、操作過程，以及應(yīng)用情況都不同。儀器分析雖然能夠準(zhǔn)確、高效地分析出材料的成分、含量等。但它的固定投資高，儀器維護(hù)使用費(fèi)也高。而化學(xué)分析使用成本低，且還具有靈活性好、精度高等特點(diǎn)。儀器分析用來對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析，而化學(xué)分析則進(jìn)行定量分析，目前它們被檢測(cè)中心和科研所廣泛采用。
2.2 按樣品性質(zhì)分類
分析化學(xué)按檢測(cè)樣品性質(zhì)分類可粗分為無機(jī)分析和有機(jī)分析兩大類。
2.2.1 無機(jī)分析
無機(jī)分析顧名思義就是對(duì)無機(jī)材料樣品的分析，無機(jī)材料又可分為無機(jī)非金屬材料和金屬材料。無機(jī)非金屬材料包括玻璃、水泥、陶瓷等。金屬材料包括鋁及其合金、銅、鋼鐵等。
2.2.2 有機(jī)分析
有機(jī)分析是指對(duì)有機(jī)材料樣品進(jìn)行的定量分析。有機(jī)材料包括石油、染料、塑料、食品、合成藥物、中草藥等。
3、分析化學(xué)在陶瓷材料檢驗(yàn)中的應(yīng)用
分析化學(xué)種類繁多，門類復(fù)雜，但歸根結(jié)底都是對(duì)材料理化性能的分析，所以一般進(jìn)行定性分析、定量分析和結(jié)構(gòu)分析。下面以氧化鋯粉體為例，分別對(duì)其進(jìn)行XRD晶相、化學(xué)滴定和激光粒度三個(gè)方面的檢測(cè)分析。
3.1 XRD晶相分析
XRD(X-ray diffraction)即x射線衍射分析方法。在眾多的分析測(cè)試方法中，XRD是最基礎(chǔ)和最常用的方法。其原理是利用x射線在晶體或非晶體中的衍射與散射效應(yīng)，進(jìn)行物相的定性和定量分析、結(jié)構(gòu)類型和不完整性分析。當(dāng)X射線穿過陶瓷材料單晶相或多晶相時(shí)，就會(huì)形成特定唯一的衍射圖譜。通過衍射圖譜的分析，查閱PDF卡片就可以確定其材料的晶相組成。特別是對(duì)于未知組份的陶瓷材料，XRD具有分析精確、判斷效率高等特點(diǎn)。圖1為氧化鋯粉料的XRD圖譜。
由圖1可知，通過28.2°、31.4°、50.2°所對(duì)應(yīng)的d值，查PDF卡片，通過卡片，可判斷為氧化鋯材質(zhì)。通過2e角度對(duì)應(yīng)的峰值強(qiáng)度可判斷氧化鋯粉料主晶相為單斜相。
3.2 化學(xué)滴定分析及舉例
化學(xué)滴定分析是較為傳統(tǒng)和適用的成分分析方法，該方法具有成本低、精度高等特點(diǎn)。化學(xué)滴定法一般分為酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法、氧化還原滴定法及沉淀滴定法等。這些方法都被普遍使用在生產(chǎn)檢測(cè)當(dāng)中。氧化鋯的滴定方法有多種，下面介紹一種常用的滴定法――硫酸銨法。
準(zhǔn)確稱量1.0000g氧化鋯，于150mL燒杯中;加3g硫酸銨、5mL硫酸。用表面皿蓋上燒杯;在調(diào)壓電爐上加熱溶解樣品，直至試樣完全溶解到透明;冷卻后用水溶解稀釋，轉(zhuǎn)入250mL容量瓶里，冷卻至常溫;加水稀釋至刻度、搖勻、待測(cè)，記作溶液A。取A溶液25mL于250mL容量瓶中;然后加入lmL濃硫酸，加熱;再加入EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液至近終點(diǎn)，加熱至煮沸;然后再加入100mL水和兩滴二甲酚橙指示劑，加熱至煮沸，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至橙黃色，再加熱煮沸。繼續(xù)用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至橙黃色不變?yōu)榻K點(diǎn)，記錄消耗的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。其計(jì)算公式為：
Zr02%=1/10(T・V)/G×100% (1)
其中：T-EDTA對(duì)ZrO2的滴定度(g/mL);
V-消耗EDTA的毫升數(shù)(mL)：
G-所用二氧化鋯的質(zhì)量(g)。
此方法采用EDTA絡(luò)合滴定法。可準(zhǔn)確測(cè)出原料中99%以上的氧化鋯含量。經(jīng)計(jì)算，測(cè)得上述氧化鋯粉ZrO2含量為99.59%。
3.3 激光粒度分析
我國(guó)的粒度測(cè)試技術(shù)比以前的篩分法和顯微鏡法已有較大的改進(jìn)。目前大多數(shù)檢測(cè)機(jī)構(gòu)、科研中心、企業(yè)都已采用激光粒度儀測(cè)試粉體粒度分布。雖然國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中仍將篩分法作為多種工業(yè)產(chǎn)品的粒度測(cè)定方法，但這些傳統(tǒng)的方法有操作煩瑣、耗時(shí)長(zhǎng)以及重復(fù)性不好等缺點(diǎn)，已越來越不適應(yīng)當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)和科研快速反應(yīng)的要求。而激光散射法是一種有效快速的測(cè)定粒度的方法，它可以較好地檢測(cè)出顆粒粒徑級(jí)配是否合理。圖2為12μm氧化鋯粉體的激光粒度測(cè)試結(jié)果。
4、XRD、激光粒度和化學(xué)滴定分析方法特征的比較
單一的分析方法很難將陶瓷原材料性能完全表征。因此，一種陶瓷材料需要幾種分析方法相結(jié)合，才能全面地了解材料的性能，從而正確地指導(dǎo)生產(chǎn)。表1為XRD晶相、化學(xué)滴定和激光粒度三種分析方法的特征對(duì)比。
由表1可知，采用XRD晶相定性分析，可以很好地測(cè)試出晶相組成及含量;化學(xué)滴定定量分析，可以很好地測(cè)試出化學(xué)組成及雜質(zhì)含量;采用激光粒度結(jié)構(gòu)分析，可以很好地測(cè)試出粒徑大小及分布情況。如果把XRD、化學(xué)滴定、激光粒度三種方法相結(jié)合，就能測(cè)定出陶瓷原料的基本性能。
5、結(jié)語(yǔ)
化學(xué)分析種類很多，對(duì)于不同材質(zhì)、形態(tài)、含量的物質(zhì)需選用不同的分析方法。陶瓷材料一般多用XRD、化學(xué)滴定法及激光粒度法等判定材料中物相、成分含量及顆粒分布等，此三種方法既有內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析，又有外觀形貌的分析，可較好地表征陶瓷材料的性能。化學(xué)分析對(duì)試驗(yàn)或生產(chǎn)都可起到十分重要的指導(dǎo)作用，隨著分析化學(xué)測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展。對(duì)陶瓷原材料的檢測(cè)將變得越來越先進(jìn)，對(duì)陶瓷原材料性能的表征也會(huì)越來越全面。