GB/T 40535.1-2021 连续氮化物陶瓷纤维测试方法 第1部分：氮含量

　　ICS 49 . 020 CCS V 13

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40535. 1—2021

　　连续氮化物陶瓷纤维测试方法

　　第 1 部分：氮含量

　　Testmethodsofcontinuousnitrideceramicfibers—

　　part1：Nitrogencontent

　　2021-08-20 发布 2022-03-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40535 . 1—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件是 GB/T 40535《连续氮化物陶瓷纤维测试方法》的第 1 部分。 GB/T 40535 已经发布了以下部分：

　　— 第 1 部分：氮含量。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC 425)提出并归口 。

　　本文件起草单位：国防科技大学、福建立亚新材有限公司、中国航天标准化研究所。

　　本文件主要起草人：王兵、王应德、邵长伟、王小宙、苟燕子、韩成、唐祚姣、邢欣、唐雅娟、黄祥贤、杨晓峰、连舒娟、张安东、张兴超、郑伟。

　　GB/T 40535 . 1—202 1

　　引 言

　　连续氮化物陶瓷纤维是高温透波陶瓷材料理想的增强纤维之一，主要应用于返回式卫星、运载火箭、飞船、导弹、临近空间高超声速打击武器等。 随着国内连续氮化物陶瓷纤维产业的快速发展，纤维研制单位、生产单位、应用单位均需要统一的测试标准进行考核评价，但目前国内外均无连续氮化物陶瓷纤维的测试标准。 连续氮化物陶瓷纤维测试项目主要包括拉力学性能、氧、碳、氮、硼、钠、铁及介电常数和介电损耗测试。 力学性能、氧、碳的测试可参考连续碳化硅纤维测试方法的相关标准，本标准体系拟由 5 部分组成。

　　— 第 1 部分：氮含量。 规定了连续氮化物陶瓷纤维中氮的测试方法。

　　— 第 2 部分：硼含量。 规定了连续氮化物陶瓷纤维中硼的测试方法。

　　— 第 3 部分：杂质钠、铁含量。 规定了连续氮化物陶瓷纤维中杂质钠、铁的测试方法。

　　— 第 4 部分：比表面和孔径分布测定。 规定了连续氮化物陶瓷纤维中比表面和孔径分布的测试方法。

　　— 第 5 部分：介电常数和介电损耗。 规定了连续氮化物陶瓷纤维中介电常数和介电损耗的测试方法。

　　本文件为本标准体系的第 1 部分，可为连续氮化物陶瓷纤维中氮含量测试提供通用性测试方法，促进各单位间的技术交流与合作。

　　GB/T 40535 . 1—202 1

　　连续氮化物陶瓷纤维测试方法

　　第 1 部分：氮含量

　　1 范围

　　本文件规定了采用惰性气体熔融-热导检测法测定连续氮化物陶瓷纤维中氮含量的试样制备、试样测试、测试结果计算等内容。

　　本文件适用于采用惰性气体熔融-热导检测法测定连续氮化硅陶瓷纤维、连续氮化硼陶瓷纤维、连续硅硼氮陶瓷纤维、连续硅硼碳氮陶瓷纤维的总氮含量。 非连续氮化物陶瓷纤维及基体的氮含量测试参照本文件。 其他陶瓷纤维的氮含量测试参考本文件。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 674 化学试剂 粉状氧化铜

　　GB/T 1446 纤维增强塑料性能试验方法总则

　　GB/T 4844 纯氦、高纯氦和超纯氦

　　GB/T 6003 . 1 试验筛 技术要求和检验 第 1 部分：金属丝编织网试验筛

　　GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

　　GB/T 26016 高纯镍

　　GB/T 26017 高纯铜

　　GB/T 34520 . 1 连续碳化硅纤维测试方法 第 1 部分：束丝上浆率

　　3 术语和定义

　　本文件没有需要界定的术语和定义。

　　4 测试原理

　　将连续氮化物陶瓷纤维试样(以下简称试样)加入石墨坩埚中，试样在惰性载气(氦气)保护下熔融分解，其中的氮元素以氮气分子形式释放，然后由载气携带进入热导检测池，热导检测池根据氮气与载气的热导系数差异测试氮气浓度并输出电压信号值，数据接收处理系统根据输出的电压信号值和试样质量计算得出试样的氮含量，以质量分数显示。

　　5 测试环境

　　标准测试环境条件按 GB/T 1446 规定的标准环境要求执行，温度(23 ± 2)℃ , 相对湿度( 50 ±

　　10) % 。

　　GB/T 40535 . 1—202 1

　　6 仪器设备及材料

　　6 . 1 氧氮元素分析仪

　　6 . 1 . 1 仪器组成：氧氮元素分析仪(以下简称仪器)主要由分析天平、气路系统、加热系统、气路净化系统、红外吸收检测池和数据接收处理系统组成。

　　6. 1 .2 分析天平：精度 0.000 1 g。

　　6 . 1 . 3 气路系统：载气为氦气，氦气应符合 GB/T 4844 的要求。

　　6 . 1 . 4 加热系统：加热炉，加热温度应符合连续氮化物陶瓷纤维熔融分解要求，坩埚脱气功率不低于

　　6 . 0 kW,试样分析功率不低于 5 . 5 kW。

　　6 . 1 . 5 气路净化系统：气路净化剂为线状铜、氧化铜、高氯酸镁、石英棉、碱石棉。 线状铜纯度应符合GB/T 26017 的要求;氧化铜纯度应符合 GB/T 674 的要求;高氯酸镁、石英棉、碱石棉，规格均为分析纯。

　　6. 1 .6 红外吸收检测池：灵敏度 0 . 01 μg/g。

　　6 . 1 . 7 数据接收处理系统：具有自动接收数据、自动处理数据及自动输出结果的功能。

　　6 . 2 其他仪器

　　6.2. 1 标准筛：不低于 74 μm(200 目)，应符合 GB/T 6003.1 的要求。

　　6 . 2 . 2 研钵：碳化钨研钵。

　　6 . 2 . 3 石墨坩埚：光谱纯。

　　6 . 2 . 4 载样囊：采用镍囊或镍片。 镍囊纯度应符合 GB/T 26016 的要求;镍片尺寸为 15 mm× 15 mm,纯度应符合 GB/T 26016 的要求，曲卷成口袋状放置于干燥器中备用。

　　6 . 3 标准物质

　　应选用与待测试样材质或组成一致或相近的粉末型标准物质，放置于干燥器中保存。

　　7 试样制备

　　7 . 1 待测纤维的表面有上浆剂时，按 GB/T 34520 . 1 的规定脱除上浆剂。 取 0 . 2 g~0 . 3 g 待测纤维剪短，采用碳化钨研钵研磨均匀后过标准筛，选取过筛后的纤维粉末。

　　7 . 2 将过筛后的纤维粉末置于烘箱中，105 ℃ ~110 ℃条件下烘干，置于干燥器中冷却至室温，称重至恒重得到待测试样，密封保存备用。

　　8 仪器空白测试

　　8 . 1 仪器开机后预热时间应不少于 2 h。

　　8 . 2 设置仪器工作参数。 仪器空白测试、仪器校准、试样测试的仪器工作参数保持一致。

　　8 . 3 取载样囊不加试样用镊子压平、封口，得到空白试样。

　　8 . 4 进入仪器的测试模式，手动输入 0 . 02 g~0 . 04 g 作为空白试样的质量，将石墨坩埚置于加热炉中，按仪器操作使用说明书进行测试，得到空白值。

　　8 . 5 重复 8 . 3、8 . 4 直至得到稳定的空白值应不少于 3 个，空白值的氮含量应不大于 0 . 000 3% 。

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　　9 仪器校准

　　9 . 1 校准方法

　　校准方法分为单点校准和多点校准。 单点校准适用于试样种类单一、氮含量测试范围不宽(一般不大于 10%) 的测试。 多点校准适用于氮含量测试范围较宽的测试，应选用不少于 2 种且能覆盖测量系统正常操作条件下实验值范围的标准物质进行校准，也可采用同一标准物质配比成不同氮含量的一系列标准物质进行校准。

　　9 . 2 单点校准

　　9 . 2 . 1 进入仪器的校准模式。

　　9 . 2 . 2 按 8 . 3、8 . 4 测试仪器空白，得到校准模式下的空白值。

　　9 . 2 . 3 载样囊中装入 0 . 02 g~0.04 g 的标准物质，装样过程中标准物质不应与载样囊口接触直接放置于载样囊底部，用镊子压平、封口 。

　　9 . 2 . 4 按仪器操作使用说明书测试一种大于测量系统正常操作条件下实验值范围的标准物质。 平行测试不少于 3 次，得到校准模式下标准物质的测试值。

　　9 . 2 . 5 选取校准模式下的空白值和标准物质的测试值由仪器数据接收处理系统绘制成工作曲线，对仪器进行校准。

　　9 . 3 多点校准

　　9 . 3 . 1 按 9 . 2 . 1 、9 . 2 . 2 测试仪器空白 。

　　9 . 3 . 2 按 9 . 2 . 3、9 . 2 . 4 依次从低氮含量到高氮含量测试不同氮含量的标准物质。

　　9 . 3 . 3 按 9 . 2 . 5 对仪器进行校准。

　　9 . 4 质量控制与保证

　　9 . 4 . 1 仪器校准后，选择氮含量接近待测试样的标准物质进行验证。 当标准物质的分析值与标准值之差大于附录 A 中的重复性限的 0 . 7 倍时，需重新校准。

　　9 . 4 . 2 仪器每次开机后应进行校准。 仪器长期不关机状态下，每月应校准一次，且每周应选取氮含量接近待测试样的标准物质对标准曲线有效性进行监控，当标准物质的分析值与标准值之差大于附录 A中的重复性限的 0 . 7 倍时，需重新校准。

　　10 试样测试

　　10. 1 载样囊中装入待测试样 0.02 g~0.04 g,按 9.2.3 进行装样。

　　10 . 2 进入仪器的测试模式，将石墨坩埚置于加热炉中，按仪器操作使用说明书进行测试。

　　10 . 3 测试结束后，读取测试结果。

　　10 . 4 每个试样平行测试次数不少于 3 次 。

　　1 1 测试结果计算

　　试样中氮含量的算术平均值按公式(1) ~公式(3)计算。 试样中氮含量的算术平均值按GB/T 8170规定保留至小数点后 2 位数字，当氮含量小于 0 . 1%时，结果保留 2 位有效数字。

　　GB/T 40535 . 1—202 1

　　wi …………………………( 1 )

　　S ( 2 )

　　C …………………………( 3 )

　　式中：

　　w —试样中氮含量的算术平均值，% ;

　　n —试样测试的次数;

　　wi —试样中氮含量的单次测试值，% ;

　　S —试样中氮含量的样本标准偏差，% ;

　　CV —试样中氮含量的相对标准偏差，% 。

　　12 测试报告

　　测试报告一般包括以下内容：

　　a) 试样名称、规格和来源;

　　b ) 测试环境、测试日期;

　　c) 测试仪器型号和生产厂家;

　　d) 测试依据的标准;

　　e) 测试结果;

　　f) 其他需说明的情况;

　　g) 测试人员、报告编写人员、报告审核人员。

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　　附 录 A (资料性)精密度计算

　　A.1 概述

　　本方法的精密度试验由 6 个实验室在 2020 年对 5 个水平的氮含量进行测定，每个实验室对每个水平平行测定 3 次 。

　　依据 GB/T 6379 . 2 和 GB/T 6379 . 6 规定的方法计算重复性限(狉)和再现性限(犚)。

　　A.2 重复性限计算

　　A.2 . 1 在重复性条件下获得的两次独立测试结果的绝对差值不大于重复性限(狉)，大于重复性限(狉)的情况不超过 5%,重复性限(狉)按公式(A. 1)计算，结果与试样中氮含量的算术平均值的有效位数保持一致。

　　狉= 0.095 7 + 0.006 6w …………………………( A.1 )

　　A.2 . 2 对于微量分析，当分析值的平均值小于重复性限的 2 倍时，其重复性限为该分析值的 1/2。

　　A.3 再现性限计算

　　A.3 . 1 在再现性条件下获得的两次独立测试结果的绝对差值不大于再现性限(犚)，大于再现性限(犚)的情况不超过 5%,再现性限(犚)按公式(A. 2)计算，结果与试样中氮含量的算术平均值的有效位数保持一致。

　　犚= 0.141 9 + 0.007 9w …………………………( A.2 )

　　A.3 . 2 对于微量分析，当分析值的平均值小于再现性限的 2 倍时，其再现性限为该分析值的 1/2。

　　GB/T 40535 . 1—202 1

　　参 考 文 献

　　[1] GB/T 6379 . 2 测量方法与结果的准确度(正确度和精密度) 第 2 部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法

　　[2] GB/T 6379 . 6 测量方法与结果的准确度(正确度和精密度) 第 6 部分：准确度值的实际应用