ISO 18757-2003 Fine ceramics (advanced ceramics advanced technical ceramics) - Determination of specific surface area of ceramic powders by gas adsorption using.pdf

1、NORME INTERNATIONALE ISO 18757 Premire dition 2003-12-01 Numro de rfrence ISO 18757:2003(F) ISO 2003 Cramiques techniques Dtermination de la surface spcifique (aire massique) des poudres cramiques par adsorption de gaz laide de la mthode BET Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceram

2、ics) Determination of specific surface area of ceramic powders by gas adsorption using the BET methodISO 18757:2003(F) ii ISO 2003 Tous droits rservs PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe, ce

3、 fichier peut tre imprim ou visualis, mais ne doit pas tre modifi moins que lordinateur employ cet effet ne bnficie dune licence autorisant lutilisation de ces polices et que celles-ci y soient installes. Lors du tlchargement de ce fichier, les parties concernes acceptent de fait la responsabilit de

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6、ral ladresse donne ci-dessous. ISO 2003 Droits de reproduction rservs. Sauf prescription diffrente, aucune partie de cette publication ne peut tre reproduite ni utilise sous quelque forme que ce soit et par aucun procd, lectronique ou mcanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans laccord

7、 crit de lISO ladresse ci-aprs ou du comit membre de lISO dans le pays du demandeur. ISO copyright office Case postale 56 CH-1211 Geneva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Version franaise parue en 2006 Publi en SuisseISO 18757:2003(F) ISO 2003 To

8、us droits rservs iii Sommaire Page 1 Domaine dapplication . 1 2 Rfrences normatives . 1 3 Termes et dfinitions . 1 4 Symboles et termes abrgs 2 5 Principe . 2 6 Mode opratoire . 3 6.1 Mode opratoire gnral . 3 6.2 Prparation des chantillons . 3 6.3 Conditions exprimentales 5 6.4 valuation des donnes

9、. 7 7 Rapport dessai 7 Annexe A (informative) Prparation des chantillons Dgazage 9 Annexe B (informative) Matriaux de rfrence 10 Bibliographie 11ISO 18757:2003(F) iv ISO 2003 Tous droits rservs Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdration mondiale dorganismes nat

10、ionaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

11、gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles donnes dans les Directives ISO/

12、CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lapprobation de 75 % au moins des c

13、omits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de proprit et averti de leur existen

14、ce. LISO 18757 a t labore par le comit technique ISO/TC 206, Cramiques techniques.NORME INTERNATIONALE ISO 18757:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 1 Cramiques techniques Dtermination de la surface spcifique (aire massique) des poudres cramiques par adsorption de gaz laide de la mthode BET 1 Domain

15、e dapplication La prsente Norme internationale donne des lignes directrices pour la dtermination de la surface spcifique (aire massique) totale externe et interne des matriaux cramiques fins disperss ou poreux (diamtre de pore ) par mesurage de la quantit de gaz physiquement adsorbe, conformment la

16、mthode de Brunauer, Emmet et Teller (mthode BET) 1 . Les grandes lignes de la mthode sont dcrites dans lISO 9277. La prsente Norme internationale nest axe que sur les dtails particuliers applicables aux cramiques fines. Il convient de noter par ailleurs que la mthode BET nest pas utilisable pour les

17、 isothermes de type 1 (matriaux microporeux ou pour lesquels le contact se fait par chimisorption) ou pour les solides qui absorbent le gaz de mesure. NOTE Pour plus de dtails sur ces sujets, voir les rfrences IUPAC 2 et 3 ou le manuel de Gregg et Sing 4. 2 Rfrences normatives Les documents de rfren

18、ce suivants sont indispensables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de rfrence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 9277:1995, Dtermination de laire massique (surface sp

19、cifique) des solides par adsorption de gaz laide de la mthode BET 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 3.1 adsorption dpt dune couche de gaz adsorb sur les surfaces externe et interne accessible dun solide 3.2 physisorption liaiso

20、n faible du gaz adsorb, rversible par de petits changements de pression ou de temprature 3.3 adsorbat gaz dadsorption gaz de mesure adsorber 3.4 adsorbant solide qui adsorbe le gaz de mesure 2nmISO 18757:2003(F) 2 ISO 2003 Tous droits rservs 3.5 surface spcifique aire massique somme de laire de la s

21、urface externe dune poudre cramique fine et de laire de la surface interne de ses macropores et micropores accessibles 3.6 isotherme dadsorption relation, temprature constante, entre la quantit dadsorbat et la pression dquilibre du gaz dadsorption 4 Symboles et termes abrgs Le Tableau 1 prsente les

22、symboles utiliss dans la prsente Norme internationale avec leurs units SI. Les symboles IUPAC 3 sont galement donns titre de comparaison. Toutes les dimensions spcifiques sont donnes par rapport la masse de lchantillon, en grammes. 5P r i n c i p e La mthode spcifie implique la dtermination de la qu

23、antit de gaz dadsorption ncessaire pour couvrir la surface externe du solide et la surface de ses pores internes accessibles par une monocouche complte dadsorbat (voir la Figure 1). Cette capacit de couverture monomolculaire peut tre calcule partir de lisotherme dadsorption laide de lquation BET. (1

24、) Tableau 1 Symboles Symbole ISO Paramtre Unit SI Symbole IUPAC aire dencombrement dune molcule de gaz adsorbe dans une monocouche complte surface spcifique (aire massique) constante BET 1 a nombre dAvogadro ( ) masse de lchantillon solide masse spcifique de gaz adsorb 1 aa quantit spcifique de gaz

25、adsorb a capacit de couverture monomolculaire; quantit dadsorbat requise pour couvrir la surface unitaire avec une monocouche complte de molcules , a capacit de couverture monomolculaire drive dune mesure multipoint capacit de couverture monomolculaire drive dune mesure en un seul point pression du

26、gaz dadsorption en quilibre avec ladsorbat pression de vapeur saturante du gaz dadsorption temps temprature volume spcifique adsorb a a Selon lISO 31-0, lunit SI cohrente pour toute grandeur de dimension un (communment appele grandeur sans dimension) est lunit un, symbole 1. a m nm 2 a m a s m 2 g 1

27、 a s C C L = 6,022 10 23 mol 1 L m g m m a m n a mol g 1 n n m mol g 1 n m n m n m, mp mol g 1 n m, sp mol g 1 p Pa p p 0 Pa p 0 t s t T K T V a m 3 g 1 V p/p 0 n a 1 (p/p 0 ) = 1 n m,mp C + C 1 n m,mp C (p/p 0 )ISO 18757:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 3 Nimporte quel gaz peut tre employ dans l

28、a mesure o il est adsorb physiquement par des liaisons faibles la surface du solide (forces de van der Waals) et o il peut tre dsorb par une diminution de la pression la mme temprature. Lazote son point dbullition (environ ) est le gaz dadsorption le plus couramment employ. Le krypton et largon la t

29、emprature de lazote liquide sont deux autres gaz frquemment employs. Ces deux derniers gaz ont une sensibilit meilleure pour lanalyse des chantillons de faible superficie (moins de de surface totale). Les rsultats des mesures avec diffrents gaz peuvent diffrer les uns des autres en raison des diffre

30、nces daires dencombrement des molcules, des diffrences daccessibilit des pores et des diffrences de temprature de mesure. Le gaz dadsorption est admis dans lenceinte contenant lchantillon, laquelle est maintenue temprature constante. Les quantits adsorbes sont mesures lquilibre avec la pression du g

31、az adsorb, , et portes sur une courbe en fonction de la pression relative, , pour donner un isotherme dadsorption. Les isothermes dadsorption peuvent tre obtenus par des mesures volumtriques ou gravimtriques, ou par la mthode du gaz porteur en oprant de faon continue ou discontinue. Des renseignemen

32、ts plus dtaills sont donns dans les rfrences 2 et 3. 6 Mode opratoire 6.1 Mode opratoire gnral Les mthodes gnrales de prparation des chantillons et une description des diffrentes techniques de mesure sont donnes en 6.2 et 6.3 de lISO 9277:1995. Les conditions particulires et des exemples de cramique

33、s fines sont dcrits de 6.2 6.4 ci-dessous. 6.2 Prparation des chantillons La mthode de prparation des chantillons est lune des tapes cruciales de lanalyse de la surface spcifique (aire massique). Lchantillon doit tre dgaz dans des conditions qui naltrent pas sa partie solide mais donnent une surface

34、 propre en dbut danalyse. De lhumidit peut avoir t adsorbe dans les pores ou la surface peut avoir t contamine par dautres rsidus de traitements ou prparations antrieurs de lchantillon. La plupart des matriaux cramiques peuvent tre dgazs temprature leve (de ) sans modifications irrversibles de la su

35、rface. Il est fortement recommand damener lchantillon NOTE La ligne en pointills reprsente la premire couche de gaz adsorb sur la surface (voir lISO 9277). Figure 1 Particule dont laire (ligne continue) est dtecte par la mthode dadsorption 77 K 1m 2 5m 2 p p/p 0 150 C 300 CISO 18757:2003(F) 4 ISO 20

36、03 Tous droits rservs une pression infrieure (de prfrence moins de ) avant le traitement thermique et pendant tout celui-ci. Un dgazage de est gnralement suffisant pour obtenir une surface dchantillon propre mais la pratique courante est une dure de . Il convient toutefois pour tout matriau que lon

37、ne connat pas de tenir compte des exemples et des conditions qui suivent. a) Si lchantillon contient une grande quantit deau, physisorbe la surface, condense dans les pores ou condense lintrieur de la surface du cristal, et si la temprature augmente trop rapidement et sans un vide suffisant ( ) au v

38、oisinage de lchantillon, des conditions hydrothermiques surviennent. Ces conditions entranent frquemment des modifications physiques de la structure du solide, par exemple petites fissures ou fermeture de pores, accompagnes de la disparition de petites particules ou de bosses en surface, et par suit

39、e une valeur plus faible de la mesure de la surface spcifique (aire massique) de lchantillon. b) Les cramiques en cru ou poudres peuvent contenir des liants organiques ou dautres additifs qui peuvent se dcomposer tempratures leves. Cette dcomposition saccompagne en premier lieu dune perte de masse d

40、e lchantillon puis de lapparition ventuelle de rsidus de combustion la surface du solide, ce qui modifie les proprits chimiques de la surface et le comportement dadsorption du gaz analys. La surface spcifique (aire massique) de lchantillon peut en tre augmente ou diminue selon linfluence des rsidus

41、sur la surface. Ceux-ci peuvent en effet boucher certains pores ou fissures et donc rduire la surface accessible ou ils peuvent former une couche rsiduelle poreuse et donc augmenter la surface mesure. Une analyse gravimtrique thermique prliminaire peut tre utilise pour dterminer la bonne temprature

42、de dgazage. La Figure 2 donne un exemple schmatique. La prparation de diffrents chantillons pour essai aux tempratures indiques A, B, C et D peut tre utilise pour dterminer la bonne temprature de dgazage. Les points reprs A 1 , B 1et C 1indiquent lchantillon aprs palier isotherme d par exemple, la t

43、emprature indique. Il est recommand par ailleurs dutiliser pour un chantillon donn des tempratures de dgazage qui se situent sur un mme plateau (voir les points X, Y ou Z la Figure 2) car cela permet de rduire le plus possible les variations de prparation de lchantillon. Pour mieux comprendre les va

44、riations au cours du processus de dgazage, il est recommand de dterminer les produits de dcomposition laide dun spectromtre de masse. En gnral, la surface spcifique (aire massique) dun chantillon passe par un maximum, fonction de la temprature, et il est recommand dutiliser la valeur la plus leve co

45、mme valeur vraie de la surface spcifique (aire massique). Il est toutefois noter quen fonction de la nature de lchantillon, des tempratures de dgazage trop leves peuvent aussi entraner des modifications irrversibles du solide; un chantillon en poudre de verre ou en microfibres peut par exemple prsen

46、ter des microfissures superficielles susceptibles de se fermer temprature leve; les carbonates peuvent galement se dcomposer et de trs petites cristallites se former donnant alors une aire suprieure celle de lchantillon initial. c) Dans les situations o lchantillon prsente pendant le dgazage une per

47、te de masse que lon nattendait pas aussi leve, il doit, aprs lanalyse, en plus dtre soumis une analyse chimique de sa composition et la spectromtrie de masse mentionne prcdemment, tre vrifi avec soin par dautres techniques telles que la diffraction aux rayons X ou la microscopie lectronique. d) Le dgazage de lchantillon temprature leve par balayage lhlium ou au gaz dadsorption nest ac