ISO 21068-4:2024

Chemical analysis of raw materials and refractory products containing silicon-carbide, silicon-nitride, silicon-oxynitride and sialon — Part 4: XRD methods

This document describes methods for the determination of mineralogical phases typically apparent in nitride and oxy-nitride bonded silicon carbide refractory products using a Bragg-Brentano diffractometer. It includes details of sample preparations and general principles for qualitative and quantitative analyses of mineralogical phase composition. Quantitative determination of α-Si3N4, β-Si3N4, Si2ON2, AlN, and β’- SiAlON are described. For quantitative determination of α-Si3N4, β-Si3N4, Si2ON2, AlN and β’-SiAlON refinement procedures based on the total nitrogen content of the sample are described. NOTE ISO 21068-3 is used for the analysis of the total nitrogen content of the sample.

Analyse chimique des matières premières et des produits réfractaires contenant du carbure de silicium, du nitrure de silicium, de l’oxynitrure de silicium et du SiAlON — Partie 4: Méthodes de DRX

Le présent document décrit des méthodes destinées à déterminer les phases minéralogiques généralement présentes dans les produits réfractaires contenant du carbure de silicium lié au nitrure et à l’oxynitrure, au moyen d’un diffractomètre à géométrie Bragg-Brentano. Elle contient des détails relatifs à la préparation des échantillons ainsi que des principes généraux de l’analyse qualitative et quantitative de la composition des phases minéralogiques. La détermination quantitative de α-Si3N4, β-Si3N4, Si2ON2, AlN et β’-SiAlON est décrite. Concernant la détermination quantitative de α-Si3N4, β-Si3N4, Si2ON2, AlN et β’-SiAlON, des modes opératoire d’affinement basés sur la teneur en azote total de l’échantillon sont décrites. NOTE L'ISO 21068-3 est utilisée pour l'analyse de la teneur en azote total de l'échantillon.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 09-Jun-2024
• ICS: 81.080 - Refractories
• Technical Committee: ISO/TC 33 - Refractories
• Drafting Committee: ISO/TC 33 - Refractories
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 10-Jun-2024
• Due Date: 08-Nov-2024
• Completion Date: 10-Jun-2024

Standards Content (Sample)

International
Standard
ISO 21068-4
First edition
Chemical analysis of raw materials
2024-06
and refractory products containing
silicon-carbide, silicon-nitride,
silicon-oxynitride and sialon —
Part 4:
XRD methods
Analyse chimique des matières premières et des produits
réfractaires contenant du carbure de silicium, du nitrure de
silicium, de l’oxynitrure de silicium et du SiAlON —
Partie 4: Méthodes de DRX
Reference number
© ISO 2024
All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Apparatus . 2
5 Sampling . 2
6 Procedure . 2
6.1 Sample preparation .2
6.2 Measuring parameters .2
6.3 Qualitative analysis .3
6.4 Quantitative analysis .3
6.4.1 General .3
6.4.2 Calculation .4
7 Precision . 7
7.1 Repeatability .7
7.2 Reproducibility . .7
8 Test report . 7
Annex A (informative) X-ray diffraction data for the determination of β’-SiAlON content . 8
Bibliography .11

iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and expressions
related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World Trade
Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 33, Refractories, in collaboration with the
European Committee for Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 187, Refractory products
and materials, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna
Agreement).
A list of all parts in the ISO 21068 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.

iv
Introduction
[1]
The ISO 21068 series has been developed from the combination of EN 12698-1:2007 and EN 12698-
[2] [3] [4] [5]
2:2007 and ISO 21068-1:2008, ISO 21068-2:2008 and ISO 21068-3:2008. The last three standards
[6]
have been originally developed from the combination of Japanese standard JIS R 2011:2007 and work items
developed within CEN. Because there is a wide variety of laboratory equipment in use, the most commonly
used methods are described.
[2]
This document is derived from EN 12698-2:2007 describing XRD methods for the determination of
mineralogical phases typically apparent in nitride and oxy-nitride bonded silicon carbide refractory
products using a Bragg-Brentano diffractometer.

v
International Standard ISO 21068-4:2024(en)
Chemical analysis of raw materials and refractory products
containing silicon-carbide, silicon-nitride, silicon-oxynitride
and sialon —
Part 4:
XRD methods
1 Scope
This document describes methods for the determination of mineralogical phases typically apparent in
nitride and oxy-nitride bonded silicon carbide refractory products using a Bragg-Brentano diffractometer.
It includes details of sample preparations and general principles for qualitative and quantitative analyses of
mineralogical phase composition. Quantitative determination of α-Si N , β-Si N , Si ON , AlN, and β’- SiAlON
3 4 3 4 2 2
are described.
For quantitative determination of α-Si N , β-Si N , Si ON , AlN and β’-SiAlON refinement procedures based
3 4 3 4 2 2
on the total nitrogen content of the sample are described.
NOTE ISO 21068-3 is used for the analysis of the total nitrogen content of the sample.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 5022, Shaped refractory products — Sampling and acceptance testing
ISO 8656-1, Refractory products — Sampling of raw materials and unshaped products — Part 1: Sampling scheme
ISO 10081-4, Classification of dense shaped refractory products — Part 4: Special products
ISO 21068-1, Chemical analysis of raw materials and refractory products containing silicon-carbide, silicon-
nitride, silicon-oxynitride and sialon — Part 1: General information and sample preparation
ISO 21068-3, Chemical analysis of raw materials and refractory products containing silicon-carbide, silicon-
nitride, silicon-oxynitride and sialon — Part 3: Determination of nitrogen, oxygen and metallic and oxidic
constituents
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 21068-1 and ISO 10081-4 apply.
ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/

4 Apparatus
The aim is to have a high resolution diffractogram with well-defined peaks on a low background with
minimal artefacts due to fluorescence and Kβ peaks. A Bragg-Brentano diffractometer with a copper X-ray
tube operating at 40 kV and 20 mA to 45 mA. Primary beam monochromation is achieved using a suitable
filter or primary beam monochromator or equivalent. Secondary beam monochromation is achieved using
a graphite monochromator, energy discriminator or equivalent. The following components and settings for
data collection are used:
— goniometer with a measurement uncertainty of ≤0,5° at a confidence level of 95 %;
— suitable primary and secondary slit arrangements include variable slots or fixed slits with a primary
soller slit with a divergence ≤2,5°;
— divergence slit 1°;
— receiving slit ≤0,2 mm;
— scatter slit ≤1°.
5 Sampling
Sample shaped and unshaped products in accordance with the procedures given in ISO 5022 and ISO 8656-1.
When sampling large fragments, take care to collect samples from different points of individual pieces.
Follow the sampling and grinding procedure as described in ISO 21068-1.
6 Procedure
6.1 Sample preparation
Grind the sample using a mill so that the resultant powder can pass through a 150 µm sieve. The sample
should not be ground excessively.
NOTE Grinding the sample excessively has been found to cause the silicon nitride, and silicon phases in particular,
to reduce in intensity. This is believed to be due to a build-up of an amorphous layer on their particles due to damage
induced by the silicon carbide.
Press the powder uniformly into the cavity of the sample holder to ensure a flat surface that is exposed to
the X-ray beam. If preferred orientation of the sample becomes an issue, this can be reduced using a back fill
sample holder. The depth of the cavity shall be sufficient to exceed the critical depth of CuKα radiation for
the sample analysed.
6.2 Measuring parameters
Scan the sample on the instrument using the following parameters:
— start angle, 2θ 10°;
— end angle, 2θ 70°, 130° if β-SiAlON determination is required;
— step-size, 2θ 0,02° or continuous;
— integration time 4 s.
An additional scan us
...

Norme
internationale
ISO 21068-4
Première édition
Analyse chimique des matières
2024-06
premières et des produits
réfractaires contenant du carbure
de silicium, du nitrure de silicium,
de l’oxynitrure de silicium et du
SiAlON —
Partie 4:
Méthodes de DRX
Chemical analysis of raw materials and refractory products
containing silicon-carbide, silicon-nitride, silicon-oxynitride and
sialon —
Part 4: XRD methods
Numéro de référence
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© ISO 2024
Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette
publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
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CH-1214 Vernier, Genève
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E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Appareillage . 2
5 Échantillonnage . 2
6 Mode opératoire . 2
6.1 Préparation des échantillons .2
6.2 Paramètres de mesurage.2
6.3 Analyse qualitative .3
6.4 Analyse quantitative .3
6.4.1 Généralités .3
6.4.2 Calcul .4
7 Fidélité . 7
7.1 Répétabilité .7
7.2 Reproductibilité . .7
8 Rapport d’essai . 7
Annexe A (informative) Données de diffraction des rayons X pour le dosage de β’-SiAlON . 8
Bibliographie .11

iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L’ISO attire l’attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l’utilisation
d’un ou de plusieurs brevets. L’ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l’applicabilité de
tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l’ISO n'avait pas
reçu notification qu’un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application. Toutefois,
il y a lieu d’avertir les responsables de la mise en application du présent document que des informations
plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à l'adresse
www.iso.org/brevets. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié tout ou partie de
tels droits de brevet.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 33, Matériaux réfractaires, en
collaboration avec le comité technique CEN/TC 187 Produits et matériaux réfractaires, du Comité européen
de normalisation (CEN) conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de
Vienne).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 21068 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l’adresse www.iso.org/fr/members.html.

iv
Introduction
[1] [2]
L’ISO 21068 a été élaborée en combinant l’EN 12698-1:2007 et l’EN 12698-2:2007, ainsi que
[3], [4] [5]
l’ISO 21068-1:2008 l’ISO 21068-2:2008 et l’ISO 21068-3:2008. Les trois dernières normes ont été
[6]
rédigées à l’origine en combinant la norme japonaise JIS R 2011 et des études menées au sein du CEN. Du
fait du grand nombre de matériels de laboratoire utilisés, les méthodes les plus couramment utilisées sont
décrites.
[2]
Ce document est tiré de la Norme européenne EN 12698-2:2007 décrivant les méthodes de DRX pour la
détermination des phases minéralogiques généralement présentes dans les produits réfractaires de carbure
de silicium lié au nitrure et à l’oxynitrure à l’aide d’un diffractomètre à géométrie Bragg-Brentano.

v
Norme internationale ISO 21068-4:2024(fr)
Analyse chimique des matières premières et des produits
réfractaires contenant du carbure de silicium, du nitrure de
silicium, de l’oxynitrure de silicium et du SiAlON —
Partie 4:
Méthodes de DRX
1 Domaine d’application
Le présent document décrit des méthodes destinées à déterminer les phases minéralogiques généralement
présentes dans les produits réfractaires contenant du carbure de silicium lié au nitrure et à l’oxynitrure, au
moyen d’un diffractomètre à géométrie Bragg-Brentano.
Elle contient des détails relatifs à la préparation des échantillons ainsi que des principes généraux de l’analyse
qualitative et quantitative de la composition des phases minéralogiques. La détermination quantitative de
α-Si N , β-Si N , Si ON , AlN et β’-SiAlON est décrite.
3 4 3 4 2 2
Concernant la détermination quantitative de α-Si N , β-Si N , Si ON , AlN et β’-SiAlON, des modes opératoire
3 4 3 4 2 2
d’affinement basés sur la teneur en azote total de l’échantillon sont décrites.
NOTE L'ISO 21068-3 est utilisée pour l'analyse de la teneur en azote total de l'échantillon.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 5022, Produits réfractaires façonnés — Échantillonnage et contrôle de réception
ISO 8656-1, Produits réfractaires — Échantillonnage des matières premières et des matériaux non façonnés
préparés — Partie 1: Schéma d'échantillonnage
ISO 10081-4, Classification des produits réfractaires façonnés denses — Partie 4: Produits spéciaux
ISO 21068-1, Analyse chimique des matières premières et des produits réfractaires contenant du carbure de
silicium, du nitrure de silicium, de l’oxynitrure de silicium et du SiAlON — Partie 1: Informations générales et
préparation des échantillons
ISO 21068-3, Analyse chimique des matières premières et des produits réfractaires contenant du carbure de
silicium, du nitrure de silicium, de l’oxynitrure de silicium et du SiAlON — Partie 3: Dosage de l’azote, de l’oxygène
et des constituants métalliques et oxydés
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants les normes ISO 21068-1 et
ISO 10081-4 s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse https:// www .electropedia .org/
4 Appareillage
L’objectif est d’obtenir un diffractogramme de résolution élevée présentant des pics bien définis avec peu de
bruit de fond et le moins d’artefacts possible dus à la fluorescence et aux pics Kβ. Un diffractomètre Bragg-
Brentano muni d’un tube de rayons X en cuivre fonctionnant à 40 kV et de 20 mA à 45 mA. Un faisceau primaire
monochromatique est obtenu en utilisant un filtre adapté ou un monochromateur primaire ou tout autre
dispositif équivalent, un faisceau secondaire monochromatique est obtenu en utilisant un monochromateur
en graphite, un discriminateur d’énergie ou tout autre dispositif équivalent. La configuration expérimentale
suivante est utilisée pour le recueil des données:
— goniomètre avec une incertitude de mesure ≤ 0,5° à un niveau de confiance de 95 %;
— parmi les systèmes de fentes primaires et secondaires adaptés figurent les fentes variables ou fixes avec
une fente de Soller primaire d’une divergence ≤ 2,5°;
— fente de divergence de 1°;
— fente de réception ≤ 0,2 mm;
— fente de diffusion ≤ 1°.
5 Échantillonnage
Échantillonner des produits façonnés et non façonnés conformément avec les modes opératoires indiqués
dans l’ISO 5022 et l’ISO 8656-1.
Lors de l’échantillonnage sur des fragments de grande taille, veiller à prélever les échantillons à différents
endroits.
Suivre le mode opératoire d’échantillonnage et de broyage décrits dans l’ISO 21068-1.
6 Mode opératoire
6.1 Préparation des échantillons
Broyer l’échantillon en utilisant un broyeur de sorte que la poudre résultante puisse passer au travers d’un
tamis d’une ouverture de maille de 150 µm. L'échantillon ne doit pas être broyé de manière excessive.
NOTE Il est constaté qu'un broyage excessif de l'échantillon entraîne une réduction de l'intensité des phases de
nitrure de silicium et en particulier de silicium, probablement en raison de l’accumulation d’une phase amorphe sur
leurs particules du fait des dommages induits par le carbure de silicium.
Presser la poudre dans la cavité du porte-échantillon afin d’assurer la planéité de la surface exposée au
faisceau de rayons X. Si l'orientation préférentielle de l'échantillon pose problème, la réduire en utilisant un
porte-échantillon de remplissage. La profondeur de la cavité doit être suffisante pour être supérieure à la
profondeur critique de pénétration de la radiation CuKα pour l’échantillon analysé.
6.2 Paramètres de mesurage
Balayer l’échantillon sur l’instrument en utilisant les paramètres suivants:
— angle de départ, 2θ        10°;

— angle final, 2θ             70°, 130° si un dosage de β-SiAlON est nécessaire;
— incréments, 2θ            0,02° ou continu;
— temps d’intégration       4 s.
Un balayage supplémentaire dans les mêmes conditions que ci-dessus entre 60° et 70°
...