ISO 21068-12024 含碳化硅、氮化硅、氮氧化硅和sialon的原材料和耐火制品的化学分析第1部分一般信息、术语和样品制备标准立项发展报告

含碳化硅、氮化硅、氮氧化硅和sialon的原材料和耐火制品的化学分析第1部分：一般信息、术语和样品制备标准立项发展报告EnglishTitleStandardizationDevelopmentReport:Chemicalanalysisofrawmaterialsandrefractoryproductscontainingsilicon-carbide,silicon-nitride,silicon-oxynitrideandsialon—Part1:Generalinformation,terminologyandsamplepreparation摘要随着现代高温工业技术的快速发展，含碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）、氮氧化硅（Si₂ON₂）及赛隆（Sialon）等非氧化物耐火材料在钢铁冶金、陶瓷制造、航空航天及废物焚烧等高温领域的应用日益广泛，对其化学组成的精准分析已成为保障产品质量和服役性能的关键环节。然而，由于该类材料化学稳定性极高、物相组成复杂，传统化学分析方法和样品制备流程难以满足准确性及可重复性要求，国际范围内亟需统一的技术规范。在此背景下，国际标准化组织（ISO）发布了ISO21068-1:2024标准，系统规定了含上述非氧化物材料化学分析的一般信息、术语定义和样品制备方法。本报告全面梳理了该标准的立项背景、适用范围、主要技术内容、关键术语体系及样品制备流程，深入分析了其相较于旧版标准的技术改进，详细介绍了主要起草单位的技术贡献，并对标准实施后的预期效益及未来发展方向进行了展望。本报告旨在为耐火材料行业技术人员、标准化工作者及相关研究人员提供系统参考，促进该国际标准在我国的转化实施，推动耐火材料分析检测技术的规范化与国际化发展。关键词：碳化硅；氮化硅；赛隆；耐火材料；化学分析；样品制备；国际标准Keywords:Siliconcarbide;Siliconnitride;Sialon;Refractoryproducts;Chemicalanalysis;Samplepreparation;Internationalstandard一、引言1.1研究背景耐火材料是服务于高温工业过程的基础材料，其质量直接关系到冶金、建材、化工等支柱产业的安全高效运行。近年来，随着高炉大型化、炼钢工艺连续化以及特种陶瓷产业的高速发展，以碳化硅、氮化硅、氮氧化硅和赛隆（Sialon）为代表的非氧化物耐火材料凭借优异的耐高温性、抗热震性和抗渣侵蚀性能，在众多高端应用场景中逐步替代传统氧化物耐火材料，成为高温技术领域的战略性材料。然而，这类材料因其极高的化学稳定性和复杂的物相组成，给化学分析工作提出了严峻挑战。不同生产厂家的产品在杂质元素种类、含量范围及物相分布等方面差异显著，而各实验室所采用的样品制备方法、试剂规格和分析流程也不尽相同，导致分析结果缺乏可比性。这一标准化缺失的状况，已对国际贸易中的质量仲裁、技术交流中的数据互认以及下游用户的质量管控构成了实质性障碍。1.2标准修订的必要性ISO21068系列标准最早制定于2008年，其中第1部分主要规定了一般信息、术语和样品制备的基本框架。然而，十余年间，耐火材料的生产工艺和分析技术均取得了长足进步：一方面，新型赛隆材料和高纯氮化硅产品的不断涌现，对痕量杂质元素的分析灵敏度提出了更高要求；另一方面，微波消解、X射线荧光光谱（XRF）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等现代仪器分析方法的引入，使传统以重量法和滴定法为核心的分析体系面临技术升级的迫切需要。在此背景下，国际标准化组织ISO/TC33（耐火材料技术委员会）启动了对ISO21068-1的修订工作，历经多轮国际研讨与草案论证，最终形成了ISO21068-1:2024新版标准，于2024年5月3日正式发布。1.3标准基本信息该标准由国际标准化组织（ISO）发布，归口管理为ISO/TC33耐火材料技术委员会，分类号为耐火材料领域。标准状态为现行，语言为英语，电子版提供加密PDF格式，售价355元人民币。相较于旧版标准，新版在术语体系、样品制备方法及规范性引用文件方面进行了系统更新。二、标准适用范围与定位2.1适用范围ISO21068-1:2024适用于含碳化硅、氮化硅、氮氧化硅和赛隆的原材料及耐火制品的化学分析，覆盖的产品形态包括但不限于：以碳化硅为主要成分的耐火砖、捣打料、浇注料，以氮化硅结合碳化硅形式存在的复合耐火材料，以赛隆结合刚玉形式存在的特种陶瓷材料，以及上述材料的生产原料粉末。该标准是ISO21068系列的第1部分，旨在为后续各具体分析方法标准提供统一的基础框架。在分析对象上，该标准所涉及的化学分析项目包括主要成分（SiC、Si₃N₄、Si₂ON₂、Sialon等）的定量测定以及Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、MgO、TiO₂、K₂O、Na₂O等杂质成分的测定，同时也涵盖游离硅、游离碳和总碳的测定。2.2系列标准的结构定位ISO21068系列标准共分为多个部分，其中第1部分作为纲领性文件，规定了适用于整个系列的一般性规则和基础性操作要求。第2部分及后续部分则分别规定了各具体成分的测定方法。第1部分的核心作用体现在三个方面：统一术语含义，避免各方法之间因术语歧义造成理解偏差；规范样品制备流程，确保不同实验室对同一批样品进行分析时所获得的制样条件具有一致性；协调各方法之间的衔接关系，使系列标准在整体上形成逻辑自洽的有机体系。三、标准主要技术内容3.1术语体系术语定义是ISO21068-1:2024的核心内容之一。该标准在术语选择上既考虑了耐火材料行业的传统表达习惯，又充分纳入了近年来的技术发展成果。标准中系统定义了以下核心术语：碳化硅指化学式为SiC的化合物，在耐火材料中通常以α-SiC（六方晶系）和β-SiC（立方晶系）两种晶型存在。标准对各晶型的适用范围和稳定性特征进行了说明，为后续分析方法中物相鉴别的结果判定提供了依据。氮化硅指化学式为Si₃N₄的化合物，主要包括α-Si₃N₄和β-Si₃N₄两种晶型。标准中对氮化硅的表述涵盖了其在耐火材料中作为结合相或主晶相的不同存在形式。氮氧化硅则为化学式Si₂ON₂的化合物，其化学性质介于氮化硅和二氧化硅之间，在特定高温环境下作为中间相存在。赛隆是Si-Al-O-N体系中一系列固溶体的总称，其中以β'-Sialon和α'-Sialon最为常见。此外，标准还对一系列分析化学相关的通用术语进行了规范，包括"试样""分析试样""灼烧减量""基准试剂"等。对于样品制备环节的术语，如"縮分""研磨""过筛""干燥"等，也给出了明确的定义和操作指向。3.2样品制备技术要求样品制备是化学分析中决定结果准确性的关键前置环节。含碳化硅、氮化硅等非氧化物材料硬度极高、韧性大，其样品制备比其他耐火材料更具技术难度。ISO21068-1:2024对样品制备流程做出了全面而细致的规定。在取样方面，标准规定实验室接收的原始样品应具有代表性，并记录样品的来源、批号、质量及外观特征。针对不同形态的样品，标准规定了差异化的预处理路径：块状样品需经颚式破碎机粗碎至粒径小于5mm，然后经对辊破碎机或盘磨机中碎至粒径小于1mm；颗粒状或粉状样品则可直接进入研磨环节。研磨环节是样品制备的核心工序。由于碳化硅的莫氏硬度高达9.5，对研磨设备的磨耗极大，标准特别强调了研磨设备材质的选用原则，提出应优先采用碳化钨材质研磨体，以减少研磨过程中引入的污染。对于待测元素包含铁、钨等元素的样品，标准进一步要求对研磨引入的污染量进行评估和校正。在过筛和混匀方面，标准规定分析试样应全部通过粒径为0.125mm（120目）的试验筛，并采用圆锥四分法或分样器法进行混匀和縮分，确保样品的均一性。对于待测成分可能存在偏析的样品，标准建议采用振动磨等设备进行进一步细化处理。此外，标准还对样品的干燥条件、储存容器和标识管理进行了规范，要求样品应存放于具有磨口塞的玻璃瓶或聚乙烯瓶中，标明样品编号、日期和分析项目等信息，并在干燥器中保存备测。3.3规范性引用文件与一般操作规则ISO21068-1:2024以规范性引用的方式，整合了ISO8656-1（耐火制品取样）、ISO12677（X射线荧光光谱分析-熔铸玻璃片法）等多项相关国际标准，使系列标准之间形成技术配套关系。标准还对分析工作中涉及的安全问题予以强调，指出含碳化硅、氮化硅材料的分析过程中可能涉及氢氟酸等强腐蚀性试剂，要求实验室建立完善的安全操作规程和废弃物处理制度。四、标准修订的主要技术改进4.1术语体系的更新与完善与2008年版相比，ISO21068-1:2024在术语方面进行了系统梳理。新版标准不再将"赛隆"概念仅局限为β'-Sialon一种形式，而是将α'-Sialon以及近年研发的O'-Sialon等新型赛隆材料纳入标准的覆盖范围。同时，新版对"分析试样"和"试验试样"等概念进行了明确区隔，避免了实际应用中因概念混淆导致的操作偏差。4.2样品制备方法的现代化升级旧版标准制定时，研磨设备主要以刚玉（氧化铝）材质为主，对于高硬度非氧化物材料的研磨效率和污染控制都存在一定局限。新版标准充分吸收行业技术进步成果，引入碳化钨研磨体、无污染粉碎技术、自动化縮分设备等现代制样手段，有效提升了研磨效率和样品纯度保障能力。同时，新版还明确了微波消解等现代前处理技术所涉及的样品粒度要求和称样量范围，为后续仪器分析方法的应用奠定了基础。4.3与仪器分析方法的衔接随着XRF、ICP-OES等现代仪器分析方法在耐火材料分析领域的普及，旧版标准中部分以传统湿法化学为核心的样品制备要求已不完全适用。新版标准针对仪器分析方法的特点，增设了熔融制样和压片制样的指导性内容，使样品制备环节更好地服务于多种分析方法的需要。五、主要起草单位及技术贡献5.1ISO/TC33耐火材料技术委员会ISO21068-1:2024由国际标准化组织ISO/TC33耐火材料技术委员会归口管理。ISO/TC33成立于1948年，是国际标准化组织中专门负责耐火材料领域标准制定的技术委员会，其秘书处设于英国标准协会（BSI）。该委员会的工作范围涵盖耐火材料及其原料的术语、分类、取样、测试方法和产品规范，目前拥有来自全球20余个参与成员国和观察成员国的标准化专家网络。在ISO21068-1:2024的修订过程中，ISO/TC33组建了专门的工作组，汇集了来自中国、德国、日本、美国、奥地利等耐火材料强国的技术专家。工作组先后组织召开了多次国际会议和网络研讨会，对术语定义、样品制备参数等技术细节进行了逐项论证。5.2中国相关单位的参与值得特别指出的是，中国作为全球最大的耐火材料生产国和消费国，在ISO/TC33中发挥着日益重要的实质性参与作用。中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司（简称"中钢洛耐院"）作为国内耐火材料分析检测领域的权威机构，长期承担ISO/TC33国内技术对口单位的职责，积极参与了ISO21068-1:2024的修订工作。该院检测中心在非氧化物耐火材料化学分析方面拥有丰富的实践经验，建立了涵盖碳化硅质、氮化硅质和赛隆质材料的完整分析测试体系，为国际标准的修订提供了大量详实的实验数据和实践经验。在标准讨论过程中，中钢洛耐院专家就碳化硅材料研磨过程中的污染控制、赛隆材料的分解处理方法等关键技术问题提出了建设性意见，多方面的修改建议获得了工作组的采纳。此外，全国耐火材料标准化技术委员会（SAC/TC193）在标准修订期间积极组织国内相关单位开展试验验证工作，为标准技术指标的科学性提供了有力的数据支撑。六、标准的应用价值6.1对国际贸易和技术交流的支撑作用ISO21068-1:2024作为含非氧化物耐火材料化学分析的全球性基础标准，为国际贸易中产品质量评定和质量仲裁提供了统一的技术依据。标准的实施将有效促进不同国家和地区实验室之间分析数据的互认，降低贸易壁垒。6.2对下游行业的指导意义以钢铁冶金行业为例，碳化硅质和氮化硅质耐火材料被广泛应用于高炉炉腹、鱼雷罐、铁水预处理喷枪等关键部位，其化学成分的稳定性直接影响使用寿命和安全性能。通过采用该标准所规定的统一分析框架，下游用户可以对多批次、多供应商的产品进行有效的横向对比，为耐火材料的科学选型和质量管理提供可靠的决策依据。在废物焚烧、石油化工、陶瓷窑具等领域，准确的化学分析同样是保障工艺安全和产品品质的重要前提。6.3对分析测试实验室的规范价值该标准为开展非氧化物耐火材料化学分析的实验室提供了统一的操作蓝图。实验室可根据标准建立并完善内部质量管理体系，规范化样品管理和操作流程。标准中对样品制备细节的规定，有助于减少实验室间的系统误差，提升测量结果的精密度和准确度，为实验室认可和能力验证提供明确依据。七、结论与展望ISO21068-1:2024的正式发布，标志着含碳化硅、氮化硅、氮氧化硅和赛隆的原材料及耐火制品化学分析领域的国际标准化工作迈上了新的台阶。该标准以科学的术语体系为逻辑基础，以严谨的样品制备流程为操作保障，为系列分析