一種輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的制備方法，其包括如下步驟：a)將需要分析的難熔金屬粉末放置于內(nèi)部涂有脫模劑的石墨模具中；b)使用加壓燒結(jié)的方法對粉末進(jìn)行成型；c)對成型的坯料進(jìn)行車削。使用本發(fā)明的分析方法：在盡可能保持本身雜質(zhì)含量的同時，具有較高的致密度，同時表面潔凈，從而保證輝光放電質(zhì)譜分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度，同時本制備方法制備的樣品還有分析速度快，效率高的優(yōu)點。
【專利說明】一種輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS)分析試樣的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前很多高純元素或合金的純度分析中，需要用到輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS)。輝 光放電質(zhì)譜儀是一種能直接對固態(tài)導(dǎo)電樣品進(jìn)行雜質(zhì)分析的儀器，其原理是輝光放電離 子源利用惰性氣體（一般為氬氣）在上千伏特的電壓下產(chǎn)生的離子撞擊樣品表面使之發(fā) 生濺射，濺射產(chǎn)生的樣品原子擴散至等離子體中進(jìn)一步離子化，進(jìn)而被質(zhì)譜分析器收集檢 測。目前世界上主要在產(chǎn)和銷售的輝光放電質(zhì)譜儀是由美國ThermoElectron公司生產(chǎn)的 ElementGD型輝光放電質(zhì)譜儀，該種設(shè)備能檢測并定量分析固態(tài)樣品中的幾乎所有的元 素，包括碳、氧和氮。很多元素可以精確到PPb(十億分之一）以上的量級。
[0003]對于粉末樣品來說，不能直接采用輝光放電質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，必須將粉末制備成 塊體樣品后才能進(jìn)行分析。對輝光放電質(zhì)譜儀分析用樣品的要求包括高的致密度和潔凈的 表面。要求高的致密度的原因是避免因致密度低而導(dǎo)致樣品不均勻剝離和樣品中氣體的釋 放對分析結(jié)果產(chǎn)生不良影響；同時，低致密度樣品分解時也有對分析裝置產(chǎn)生污染的風(fēng)險。
[0004] 通常，GDMS的試樣前處理方法包括機械或電火花切割、機械打磨、酸溶解和清洗等 步驟，但是在前處理的過程中，樣品的表面往往容易引入雜質(zhì)，尤其是Na、Fe、Ca等，為了消 除制樣帶來的表面污染，通常需要進(jìn)行時間為半個小時到一個小時不等的預(yù)濺射，以確保 采集信號的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。這種樣品制備方法工藝比較復(fù)雜，且預(yù)濺射時間也較長，效率 低下。此外，對于很多粉末樣品，尤其是難熔金屬，其體材料是高熔點難加工的材料，因此， 如何制備滿足分析要求的樣品，且不改變樣品本身的雜質(zhì)含量，是輝光放電質(zhì)譜儀樣品分 析過程當(dāng)中常常遇到的問題。
[0005]其中的一個例子是釕粉。高純釕是在半導(dǎo)體、計算機硬盤等行業(yè)廣泛應(yīng)用的原 料。因此，需要分析高純度釕粉和釕塊體中的雜質(zhì)含量。由于釕難溶于酸的特性，使得采用 ICP-MS等濕法分析方法成為不可能。因此，實際應(yīng)用中通常采用輝光放電質(zhì)譜儀來分析釕 中的雜質(zhì)含量。對于釕粉，在用輝光放電質(zhì)譜儀分析釕之前需要制備高密度、高潔凈度的釕 樣品。中國發(fā)明專利200610148577. 2公開了一種釕分析試料的制作方法，該方法是在利用 輝光放電質(zhì)譜裝置分析釕粉末的品味的工序中，使用材質(zhì)為釔穩(wěn)定氧化鋯的沖壓成型用的 模具來模塑釕粉末，使用還原性氣體的氣氛中煅燒釕粉末，從而制備GDMS分析樣品。這種 方法制備的GDMS樣品密度較低，影響樣品分析結(jié)果的穩(wěn)定性。同時，在還原性氣氛中煅燒 釕粉末，有可能在煅燒過程中將粉末中本來存在的部分元素被還原掉了，從而影響分析結(jié) 果的準(zhǔn)確性。因此，如何制備高密度、表面無污染的GDMS樣品，提高分析的效率和準(zhǔn)確性是 急需解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種輝光放電質(zhì)譜儀（GDMS)分析試樣的制備方法，所述 的試樣，在盡可能保持本身雜質(zhì)含量的同時，具有較高的致密度，同時表面潔凈，從而保證 輝光放電質(zhì)譜分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度，同時本制備方法制備的樣品還有分析速度快， 效率高的優(yōu)點。
[0007] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0008] 將需要分析的難熔金屬粉末放置于內(nèi)部涂有脫模劑的石墨模具中，使用加壓燒結(jié) 的方法對粉末
[0009] 進(jìn)行成型；對成型的坯料進(jìn)行車削。
[0010] 使用脫模劑的原因在于一方面有助于成型后料坯從模具中脫出，另一方面也阻止 了樣品與模具
[0011] 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而污染樣品。
[0012] 優(yōu)選的，所述的脫模劑為氧化鋁、氧化鋯、或氮化硼，采用這些脫模劑，能很容易的 將粉末樣
[0013] 品從石墨模具中脫出。
[0014] 優(yōu)選的，所述的加壓燒結(jié)方法包括真空熱壓、放電等離子體燒結(jié)和直流加熱燒結(jié)。
[0015] 優(yōu)選的，所述的車削采用金剛石刀具、硬質(zhì)合金刀具或立方氮化硼刀具，選擇這些 刀具的原因
[0016] 在于，這些刀具具有較高的硬度，不僅能保證對試樣的車削，還不會再樣品表面產(chǎn) 生殘留。
[0017] 優(yōu)選的，所述的粉末是釕粉。
[0018] 本發(fā)明通過加壓燒結(jié)的工藝，制備出了致密度在95%以上的分析料坯，通過對分 析料坯進(jìn)行車削表面處理，使分析料坯的表面具有良好的表面潔凈度；同時，使用加壓燒結(jié) 加機械加工的制備方法，制備過程不會帶入或減少任何雜質(zhì)，保證了樣品用于輝光放電質(zhì) 譜分析的結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度。因此制備的分析試樣具有致密度高，表面潔凈等特點，從 而保證輝光放電質(zhì)譜分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度，同時本制備方法制備的樣品還有分析速 度快，效率高的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的實施例的流程圖。
[0020] 圖2是實施例1中Fe、Ca、Na含量與濺射時間的關(guān)系。

【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制，基 于本發(fā)明教導(dǎo)所作的任何變更或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022] 首先，提供需要分析的粉末，比如釕粉。將粉末裝填于內(nèi)部涂有脫模劑的石墨模具 中，使用加壓燒結(jié)的方法對粉末進(jìn)行成型；對成型的坯料進(jìn)行車削。
[0023] 優(yōu)選的，所述的脫模劑為氧化鋁、氧化鋯、或氮化硼。使用脫模劑的原因在于一方 面有助于成型后料坯從模具中脫出，另一方面也阻止了樣品與模具產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而污 染樣品。
[0024] 所述的加壓燒結(jié)方法包括真空熱壓、放電等離子體燒結(jié)和直流加熱燒結(jié)。加壓燒 結(jié)的優(yōu)點在于一方面能提高試樣的密度，同時由于燒結(jié)過程處于真空狀態(tài)，避免了外界的 污染，同時能保持粉末原有的雜質(zhì)不發(fā)生變化。
[0025] 優(yōu)選的，所述的車削采用金剛石刀具、硬質(zhì)合金刀具或立方氮化硼刀具，選擇這些 刀具的原因
[0026] 在于，這些刀具具有較高的硬度，不僅能保證對試樣的車削，還不會在樣品表面產(chǎn) 生殘留。
[0027] 優(yōu)選的，所述的粉末是釕粉。
[0028] 下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明中用于輝光放電質(zhì)譜儀分析用分析樣品的制備方 法進(jìn)行具體說明。
[0029] 實施例1將待分析的釕粉裝入涂有氧化鋁的石墨模具當(dāng)中，石墨模具的內(nèi)徑為 30mm，采用真空熱壓的方法，在1300°C的溫度下將釕粉加壓燒結(jié)，所施加的壓力為40MPa。 燒結(jié)完成后采用阿基米德法對所得釕塊測密度，可達(dá)釕理論密度的99%。采用聚晶立方氮 化硼車刀將釕塊車削成直徑為28mm的釕樣品。分別用丙酮、乙醇和超純水對釕樣品進(jìn)行超 聲清洗，并烘干。將樣品放入ElementGD塊狀樣品臺中，并進(jìn)行一定時間的預(yù)濺射，以容易 污染的Na、Fe、Ca為標(biāo)的，以濃度基本穩(wěn)定時開始采集數(shù)據(jù)，記錄預(yù)濺射的時間，同時采集 部分典型元素的五組數(shù)據(jù)，并計算其相對標(biāo)準(zhǔn)誤差（RSD% )，以此來評價分析結(jié)果的重復(fù) 性。其結(jié)果如表1和表2所示。從表1和表2可以看出，本實施例中制備的樣品的預(yù)濺射 時間為10分鐘，表面較潔凈。同時典型元素含量的RSD%均小于7. 5%，具有較好的分析重 復(fù)性。
[0030] 實施例2
[0031] 將待分析的釕粉裝入涂有氧化鋯的石墨模具當(dāng)中，石墨模具的內(nèi)徑為30_，采用 放電等離子體燒結(jié)的方法，在l〇〇〇°C的溫度下將釕粉加壓燒結(jié)，所施加的壓力為20MPa。燒 結(jié)完成后采用阿基米德法對所得釕塊測密度，可達(dá)釕理論密度的95%。采用硬質(zhì)合金車刀 將釕塊車削成直徑為28mm的釕樣品。分別用丙酮、乙醇和超純水對釕樣品進(jìn)行超聲清洗， 并烘干。將樣品放入ElementGD塊狀樣品臺中，并進(jìn)行一定時間的預(yù)濺射。以容易污染的 Na、Fe、Ca為標(biāo)的，以其濃度基本穩(wěn)定時開始采集數(shù)據(jù)，記錄預(yù)濺射的時間，同時采集部分典 型元素的五組數(shù)據(jù)，并計算其相對標(biāo)準(zhǔn)誤差（RSD% )，以此來評價分析結(jié)果的重復(fù)性。其結(jié) 果如表1和表2所不。表1和表2可以看出，本實施例中制備的樣品的預(yù)溉射時間為8分 鐘，表面較潔凈。同時典型元素含量的RSD%均小于8. 4%，具有較好的分析重復(fù)性。
[0032] 實施例3
[0033] 將待分析的釕粉裝入涂有氮化硼的石墨模具當(dāng)中，石墨模具的內(nèi)徑為30mm，采用 直流加熱燒結(jié)的方法，在1200的溫度下將釕粉加壓燒結(jié)，所施加的壓力為30MPa。燒結(jié)完 成后采用阿基米德法對所得釕塊測密度，可達(dá)釕理論密度的97%。采用金剛石車刀將釕塊 車削成直徑為28mm的釕樣品。分別用丙酮、乙醇和超純水對釕樣品進(jìn)行超聲清洗，并烘干。 將樣品放入Element⑶塊狀樣品臺中，并進(jìn)行一定時間的預(yù)濺射。以容易污染的Na、Fe、 Ca為標(biāo)的，以其濃度基本穩(wěn)定時開始采集數(shù)據(jù)，記錄預(yù)濺射的時間，同時采集部分典型元素 的五組數(shù)據(jù)，并計算其相對標(biāo)準(zhǔn)誤差（RSD%)，以此來評價分析結(jié)果的重復(fù)性。其結(jié)果如表 1和表2所不。表1和表2可以看出，本實施例中制備的樣品的預(yù)溉射時間為10分鐘，表面 較潔凈。同時典型元素含量的RSD%均小于7. 2%，具有較好的分析重復(fù)性。
[0034] 比較例I
[0035] 將待分析的釕粉裝入釔穩(wěn)定氧化鋯模具當(dāng)中，模具的內(nèi)徑為30_，采用普通燒結(jié) 的方法，在1000的溫度下將釕粉燒結(jié)。燒結(jié)完成后采用阿基米德法對所得釕塊測密度，可 達(dá)釕理論密度的80%。分別用丙酮、乙醇和超純水對釕樣品進(jìn)行超聲清洗，并烘干。將樣 品放入Element⑶塊狀樣品臺中，并進(jìn)行一定時間的預(yù)濺射。以容易污染的Na、Fe、Ca為 標(biāo)的，以其濃度基本穩(wěn)定時開始采集數(shù)據(jù)，記錄預(yù)濺射的時間，同時采集部分典型元素的五 組數(shù)據(jù)，并計算其相對標(biāo)準(zhǔn)誤差（RSD% )，以此來評價分析結(jié)果的重復(fù)性。其結(jié)果如表1和 表2所示。表1和表2可以看出，比較例1中制備的樣品的預(yù)濺射時間為24分鐘，制樣過 程可能存在污染。同時典型元素含量的最大RSD%為11. 8%，其分析重復(fù)性與比較例相比 較差。
[0036] 表1在實施例及比較例中所測釕粉的雜質(zhì)含量及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差

【權(quán)利要求】
1. 一種輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： a) 將需要分析的粉末放置于內(nèi)壁涂有脫模劑的石墨模具中； b) 使用加壓燒結(jié)的方法對所述粉末進(jìn)行成型； c) 對成型的料坯進(jìn)行表面車削； d) 所述的料坯進(jìn)行清洗干燥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的方法，其特征在于，所 述的脫模劑為氧化鋁、氧化鋯、或氮化硼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的方法，其特征在于，所 述的加壓燒結(jié)方法包括真空熱壓、放電等離子體燒結(jié)和直流加熱燒結(jié)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的方法，其特征在于，所 述的車削采用硬質(zhì)合金刀具、金剛石刀具或立方氮化硼刀具。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣的方法，其特征在于，所 述的粉末是釕粉。
6. -種輝光放電質(zhì)譜儀分析試樣釕粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 將待分析的釕粉裝入涂有氧化鋁的石墨模具當(dāng)中，石墨模具的內(nèi)徑為30_，采用真空 熱壓的方法，在1300°C的溫度下將釕粉加壓燒結(jié)，所施加的壓力為40MPa ; 燒結(jié)完成后采用阿基米德法對所得釕塊測密度，可達(dá)釕理論密度的99% ; 采用聚晶立方氮化硼車刀將釕塊車削成直徑為28mm的釕樣品； 分別用丙酮、乙醇和超純水對釕樣品進(jìn)行超聲清洗，并烘干； 將樣品放入Element GD塊狀樣品臺中，并進(jìn)行一定時間的預(yù)濺射，以容易污染的Na、 Fe、Ca為標(biāo)的，以濃度基本穩(wěn)定時開始采集數(shù)據(jù)，記錄預(yù)濺射的時間，同時采集部分典型元 素的五組數(shù)據(jù)，并計算其相對標(biāo)準(zhǔn)誤差（RSD% )，以此來評價分析結(jié)果的重復(fù)性。
【文檔編號】G01N1/28GK104458370SQ201410674371
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月23日
【發(fā)明者】王傳軍, 李艷瓊, 譚志龍, 張俊敏, 聞明, 畢珺, 沈月, 管偉明 申請人:昆明貴金屬研究所