现代难熔金属和稀散金属分析[]

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1、第1章难熔金属和稀散金属概论1.1难熔金属1.1.1难熔金属分析研究的对象和要求难熔金属又称稀有高熔点金属。它包括化学元素周期表中第Ⅳ副族的钛（Ti）、锆（Zr）、铪（Hf），第Ⅴ副族的钒（V）、铌（Nb）、钽（Ta），第Ⅵ副族的钼、钨和第Ⅶ副族的铼。钛由于密度小，也有人将它划归为轻金属类。难熔金属的共同特点是熔点高、硬度高、耐腐蚀性强、原子的价态比较复杂。如金属钨的熔点高达3400℃左右，是金属中熔点最高的。难熔金属的耐腐蚀性强，给分析工作带来的难题是如何消解各类难熔金属及其化合物的样品。它们的原子价态多，对难熔金属的分析与分离工作有利有弊，但给难熔金属的分析化学却增

2、添了无穷的魅力。难熔金属中的铪（Hf）、钽（Ta）、钨（W）等，在元素周期表第六周期中位于镧系以后，由于镧系收缩，致使它们的原子半径与第五周期相应的同族元素鋯（Zr）、铌（Nb）、钼（Mo）非常接近：ZrNbMo145pm134pm129pmHfTaW144pm134pm130pm因此，锆和鉿、铌和钽、钼和钨的性质非常相似，在自然界共生在一起，并且难以分离，这给它们的冶金和分析带来了众多难题。难熔金属的矿产资源大部分是复杂的氧化矿，矿床中经常伴生有一定数量的其它有价金属。如钨矿中伴生钽、铌、钼；钼矿中伴生铼；钽、铌矿中伴生锂、銣、铯、铍和稀土元素等。而在一些有色金属矿和

3、铁矿中，又常常含有难熔金属。如有的锡矿和锑矿伴生钽和铌；有些铁矿含钒、钛或铌，它们也是提取难熔金属的重要来源。因此对难熔金属的矿产资源分析需要特别仔细、认真。高纯难熔金属分析与现代材料研究的关系十分密切。因为只有对金属进行深度净化提纯才能进一步揭示其原有的本性特征，从而发现其新的功能和开拓新的应用。随着高纯难熔金属应用领域的不断扩展，对难熔金属的纯度要求也越来越高。为满足微电子技术的要求，难熔金属的纯度必须达到5~6N的水平。对个别杂质元素的含量，如K、Na等碱金属和U、Th等放射性元素的含量必须达到纳克级（10-9）水平。这无疑对难熔金属的分析研究提出了更严格的要求。

4、许多现代分析测试技术和分析仪器在高纯难熔金属的分析检测中，发挥了相当大的作用，但至今仍然有许多难点，需要分析测试工作者去攻克。诸如难熔金属基体对微量杂质元素测定的干扰及消除方法；难熔金属高纯标准（样品）的制取等。对于纯度达到6N的高纯难熔金属来说，其中痕量杂质元素的分析水平要求达到10-9336即ng/g级，虽然中子活化法（NAA）、二次离子质谱法（SIMS）、辉光放电质谱法（GDMS）和同位素稀释质谱法（IDMS）都能达到这种分析水平，但也不是所有的分析问题，都能一次解决。如有的方法分析误差较大，对分析测试的条件要求比较苛刻，分析测试周期太长等等。加上这些分析仪器的价

5、格比较昂贵，普通实验室要装备在资金上有困难。因此高纯难熔金属的分析还有许多工作要深入研究。国外对高纯难熔金属分析采用较多的是ICP-MS和GDMS。难熔金属都是些重要的合金元素，它们的合金也具有高熔点，耐腐蚀性好的特点。故难熔金属合金，是难熔金属应用领域的一个重要宝库。按难熔金属合金形成的物相可分为金属固溶体、金属间化合物和金属间隙化合物。金属固溶体是金属组份溶于另一金属组份的点阵结构中形成的合金；金属间化合物是由两种或两种以上金属元素按照一定的原子比（化学计量）组成的化合物；金属间隙化合物则是金属与硼、碳、氮、氢等非金属形成的具有金属特性的化合物。对难熔金属合金的成分

6、分析以及化学物相分析也是摆在分析工作者面前的一大课题。难熔金属分析研究的对象和要求在不断变化，分析工作者要勇于探索，不断创新，采用传统和现代的分析测试方法，对各类难熔金属的样品进行分析，满足不同对象的不同要求。1.1.2难熔金属的金属间化合物和金属间隙化合物难熔金属的金属间化合物和金属间隙化合物是难熔金属合金的重要组成部分。难熔金属的金属间化合物是指某难熔金属与其本身以外的任一种或几种金属所形成的二元或多元金属间化合物。最典型的有：钨金属间化合物如WRe3、、W2Re3等；钼金属间化合物如MoBe12、MoNi4、MoNi3、MoNi2等；钽金属间化合物如TaAl3、T

7、aBe12、TaCr2、TaIr3、TaNi3、Ta9Ru11等，铌金属间化合物如NbAl3、、Nb2Al、Nb3Al、NbBe12、Nb2Be17、NbCo2、NbCr2、NbIr3、NbNi3等；锆金属间化合物如ZrAl3、ZrBe13、ZrIr3、ZrPd等；铪铼金属间化合物如HfCo、HfCr2、HfIr3、HfV2、Re24Ti5等；钛金属间化合物如TiBe12、TiCo3、TiCo、TiCr2、Ti5Ge3、TiIr3、Ti11Ir9、TiNi3、TiNi、TiRh3、Ti3Sn等。还有多元难熔金属间化合物如MoTi2Al、M