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用燃烧分析仪对碳化硅及含碳化硅混合物进行元素分析
元素分析仪是众多产品进行质量控制的重要工具。陶瓷、煤炭、钢铁、土壤等各种基体中的元素含量,都可用不同类型的仪器测定。德国Eltra产品线涵盖碳(C)、氢(H)、氮(N)、硫(S)、氧(O)分析仪以及热重分析仪,可对多种化学结合形态的碳,以及碳化硅(SiC)和含SiC 材料中的氧、氮进行测定。
碳化硅熔点高达2700 ℃,因而是耐火制品和陶瓷产品的重要原料。凭借9.6的莫氏硬度,它还用于冶金行业制造磨料和抛光材料。
PART.01 烧失量(loss on ignition)
热重法是在设定的「时间—温度—气氛」条件下连续记录质量变化的方法。通常使用马弗炉和天平来进行测量。
将炉体与天平组合在一起的热重分析仪可显著简化这一手动流程。仪器设有可加热至1 000 ℃的炉体,并在分析室内设有独立的称量单元,通过陶瓷支柱与炉体相连。旋转样品盘可依次将多达19个不同样品送至称量台。Eltra的Thermostep 热重分析仪可适应从小试样量(如20mg)到5g 以上的称样需求。使用空参比坩埚可补偿热浮力,即使在高温下也能可靠测量。陶瓷坩埚容积通常为12ml,可容纳高达5g 的试样下图是使用热重分析仪Thermostep对碳化硅标准物质Euronorm CRM No. 781-1进行进行烧失量分析的结果。如需应用方法,可联系Eltra厂家。

PART.02 碳含量的测定
1)总碳的测定测定
碳化硅样品中总碳含量有多种途径,其区别在于燃烧方式(电阻炉或高频感应炉)和检测方式。库仑法、重量法和电导法无需校准,可分别通过测量电荷量、质量或电导率来确定碳含量;但这些检测方式对化学试剂要求高,且市场上缺乏合适的仪器。
总碳也可以使用配有感应炉的元素分析仪(Eltra ELEMENTRAC CS-i)或配电阻炉的分析仪(Eltra CS-r)来检测。Eltra 的CS-d 分析仪则将两种燃烧技术组合在一起,并联合使用检测器。
陶瓷燃烧管的最高温度通常约为 1 500 ℃。为将碳化硅中的总碳完全氧化为 CO₂,电阻炉需加入硼酸铅或锡粉等助燃剂。如果使用温度约2500 ℃高频红外感应炉,则氧化效果更快、更可靠,且测量结果的波动更小。
BAM S003 在感应炉与电阻炉中 3 次测定(总碳)结果比较 /%(质量分数)

2)游离碳的测定游离
碳可以使用Eltra CS-r电阻炉分析,如果要测定极低浓度的游离碳,欧洲标准规定使用石英管(例如 Eltra CW-800M 分析仪所用)。
下表列出用 Eltra CW-800M 与陶瓷燃烧管分析仪(Eltra CS-r)对标准物质 Euronorm 781-1 进行标准符合性分析的两组结果。
850℃下不同方法测定游离碳浓度的结果%(质量分数)

PART.03 氧和氮的分析
与碳形态的测定不同,测氧氮时样品需在惰性气体(氦气)流中加热
下表是用 Eltra ELEMENTRAC ONH-p 分析仪测定 BAM S-003标准物质的结果。仪器用有证钢标准物质校准后,测定值与理论值值参考值吻合良好。惰气熔融法同样适用于其他高氮(如 Si₃N₄)或高氧(如 SiO₂、ZrO₂)陶瓷的分析。
标准物质 BAM S-003中氧、氮含量的分析

要对碳化硅及含碳化硅混合物进行全面分析,需要配置完备的技术装备。若还要考虑本文未展开的金属元素测定,则还需使用光谱仪(ICP-OES、XRF)。市场上已有可用于碳含量标准符合性分析的分析仪;但不同的分析要求需要不同的配置(感应炉、陶瓷管或石英玻璃管燃烧)。

氧和氮用惰气熔融法分析仪测定,简便而可靠。现代 TGA 分析仪不仅通过自动化减少人为误差,而且凭借载气与温度的灵活组合,为表征 SiC 及相关产品提供了多种可能。


弗尔德(上海)仪器设备有限公司隶属全球技术领先者-弗尔德集团旗下,提供先进的样品处理与分析设备及解决方案。
旗下六大品牌:德国Retsch(莱驰)粉碎、研磨、筛分设备,德国Microtrac MRB(麦奇克莱驰)多功能粒度粒形分析仪,Carbolite(卡博莱特)烘箱、高温烘箱、箱式马弗炉、灰化炉、管式马弗炉、气氛马弗炉、真空马弗炉、高温马弗炉及工业定制炉,Eltra(埃尔特)碳/氢/氧/氮/硫元素分析仪,QATM(奥德镁)切割机、镶嵌机、磨抛机、硬度计,Erweka (艾维卡) 药品药剂测试设备。
服务于全球无数实验室、制造商和科研机构,是客户最忠实的合作伙伴。弗尔德致力于和客户共同进步成长,为客户提供有效可靠的产品、流程和工艺方法,使其能够更安全、更高效、更持久地发展业务。我们希望通过不懈努力,不断推动技术进步,使世界变得更加健康和安全。
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