元素分析仪适用于大量产品的质量控制。广泛选择的基体，如陶瓷，钢，煤或土壤，可以检查它们的元素浓度与不同类型的仪器。ELTRA GmbH(位于Düsseldorf，德国)的产品范围包括C, H, N, O, S和热重分析仪，允许对不同化学结合中的碳，以及碳化硅和含有碳化硅的材料中的氮和氧进行符合标准的测定。亚博网站下载然而，根据要确定的参数，必须满足符合标准的分析的需求可能会有很大的不同。
碳化硅具有2700°C的高熔点，因此被认为是陶瓷和耐火制品的基本原料。碳化硅的另一个特点是耐强酸和氯，也耐高温。由于具有9.6莫氏硬度，它也被用于冶金工业的抛光和磨料的生产。
欧洲标准系列EN ISO 21068(2008)规定了碳化硅和由碳化硅组成的原材料的化学分析。亚博网站下载第1部分重点介绍取样，第2部分介绍硅、碳和燃失的化学分析，第3部分包括金属分析和氮和氧浓度的测定。
ELTRA燃烧分析仪最适用于含碳化硅的陶瓷和耐火制品的质量控制。本文概述了当处理这些材料时元素分析仪的限制和可能性。亚博网站下载
热重量参数
ISO 21068的第二部分描述了热重量参数的测定，例如，失火性。热重测量是基于连续记录质量变化作为时间、大气和温度组合的函数。该标准明确规定了马弗炉和天平在此过程中的应用。标准中描述的所有方法都使用一个由陶瓷材料、钢或铂制成的限定样品容器，在规定的温度250°C至1050°C之间进行预热。样品的重量并不总是确定的(例如，干燥LOD的损失250)或2 - 5g至1kg(200°C和400°C时空气质量变化)。在称重样品并应用定义的温度程序(例如，LOI)后850加热至850°C并保持3小时)，热坩埚必须在干燥器中冷却，然后称重。
配有熔炉和天平组合的热重分析仪大大简化了手动程序。这些分析仪通常有一个可加热到1000°C的内腔和一个单独的称重传感器，该称重传感器通过陶瓷底座连接到熔炉上。旋转旋转转盘放置在o 19个不同的样品，一个接一个地放在台座上进行称重。市场提供的热重分析仪可用于小样品量（例如20 mg）和5 g或更多样品量（例如埃尔特拉温步通过使用空的参考坩埚，热浮力得到补偿，即使在高温下也能可靠地进行测量。陶瓷坩埚的体积一般为12毫升，允许样品重量高达5克。这确实不是非常实用，因为填充水平很高。到目前为止，DIN EN ISO 21068-2标准没有提到自动热重分析。
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图1所示。埃尔特拉热重分析仪热步
如果使用热重分析仪测定LOI850（850°C下的点火损失），如果不是100%，则可能在很大程度上满足标准规范。
在一系列测试中，将标准的欧洲CRM No. 781-1称入在ELTRA的Thermostep中预热至850°C的坩埚中。图2给出了一个典型的测量曲线，表1包含了等效结果。将标准品在105°C下干燥一夜，然后在三个坩埚中分别装入1g。LOI850用恒温计测得的值与标准中规定的游离碳值有很好的相关性。
表1。加热至850°C/3小时后，标准CRM 781-1的重量损失
| 样品没有。 |
重量损失/质量百分比 |
用于比较：游离碳/质量百分比（信息值） |
| 1 |
36.9 |
37.22 |
| 2 |
37.1 |
37.22 |
| 3. |
37.2 |
37.22 |
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图2。典型测量曲线LOI
热重法的一个好处是，样品在被加热后，不会被置于周围的空气中;然而，由于选择的称重和测量过程，它只是代表一个接近ISO标准。目前，该方法不可能适应进一步的参数，这部分是由于所需的高温(LOI)1050)分别。对于大样本重量（LOI200由于缺乏参考材料，工艺验证仍然是一项困难的任务。
碳含量的测定
总碳的测定
ISO 21068系列的第2部分还解释了碳化硅及其碳含量的分析。必须仔细区分总碳含量和SiC结合碳含量。根据这两种结合的关系，标准中规定了不同的分析方法。有几种方法测定碳化硅样品中的总碳含量，其燃烧方法不同（电阻炉或感应炉）在检测方法中。库仑法、重量法和电导法不需要校准。可以通过测量重量、电导率或电荷来测定碳含量。这些检测方法对化学品的要求很高；此外，市场上没有提供足够的仪器。
本标准允许的替代程序包括使用带电阻炉的元素分析仪(ELTRA cs - 580)或感应炉(ELTRA ELEMENTRAC CS-d)以及红外单元检测。实现了探测器的联合使用和两种燃烧技术的结合ELTRA CS-d分析仪的（图3）。
图3。ELTRA的ELEMENTRAC CS-d具有独特的双炉技术
陶瓷管电阻炉的工作温度比感应炉低。陶瓷燃烧管允许的最高温度为1500°C。为了安全地将碳化硅中的全部碳氧化成CO2在美国，电阻炉需要加入锡粉或硼酸铅等加速剂。由于温度约为2500°C，碳化硅的氧化通常在感应炉中进行得更可靠、更快;此外，测量结果的变化较少(见表2)。电阻炉的加速剂用于氧化(硼酸铅)或局部温升(锡粉)，而感应炉的金属加速剂需要首先保证燃烧。因为碳化硅没有适当的导电性。
表2。3个测量值的比较(C全部的)BAM S003在感应炉和电阻炉中的质量百分比/%
| 感应炉CS-i |
电阻炉cs580与锡粉 |
认证的价值 |
| 29.95 ± 0.05 |
29.82 ± 0.07 |
29.89±0.07 |
对不同程序的校准方法进行更明确的定义将是标准的一个受欢迎的扩展。尽管[1-2]提到了理想的校准材料，但使用碳酸钙或石墨的校准仅详细描述了使用导热电池的检测方法（第5.4.5章）。表2中给出的结果是通过石墨校准获得的。亚博网站下载
游离碳的测定
用元素分析仪可以毫不费力地确定这个参数。该标准规定使用带有电阻炉和红外检测的分析仪;然而，直接确定受到限制(第6.4.1章)。由于游离碳含量的上限为2%，仅通过燃烧进行分析是不允许的，例如，欧盟标准CRM 781-1的信息值为37.22%。因此，直接燃烧对游离碳的表征基本上仅限于纯碳化硅。要测量极低浓度，该标准规定使用石英管(例如，在ELTRA的cw - 800分析器)。本文“总碳的测定”一节中描述的分析仪不适合这种应用;由于使用不同的炉，陶瓷管不能简单地换成石英管。由于其渗透结构，陶瓷管不适合测定极低浓度。表3给出了参照材料BAM-S003和欧洲781-1标准的符合标准的分析结果，使用ELTRA的CW-800进行了分析。用陶瓷燃烧管(ELTRA CS-580)分析仪测定了标准品。表3的结果显然支持在检测低碳浓度时使用石英管炉。如果浓度足够高，带有陶瓷管的分析仪也将能够提供有意义的测量结果。在这种情况下，元素分析仪的校准是非常重要的。虽然高浓度可以用纯碳酸钙(12%碳)或石墨(100%碳)轻松校准，但低浓度只能用合成碳标准品或昂贵的参考材料校准。
表3。在850°C下用不同方法测定游离碳浓度的结果，按质量%计
| 标准 |
石英管炉 |
陶瓷管炉 |
认证的价值 |
| BAM S003 |
0.045±0.005 |
0.01±0.001 |
0.0493 |
| CRM 781 - 1 |
36.99±0.1 |
37.1 ± 0.1 |
37.22（资料性） |
碳化硅含量的测定
碳化硅含量可由总碳和游离碳含量的差异确定;然而，只有当游离碳含量为总碳含量的50%或更少时，才允许这样做。例如，这适用于BAM S-003标准，但不适用于CRM 781-1。
如果结合碳和游离碳之间的关系超过25%，就可以进行直接分析。如果CRM 781-1样品没有表面碳(表3)，可以直接用感应炉或电阻炉进行分析(表4)。
表4。用感应炉测定CRM 781-1中850°C氧化后结合碳化硅的质量百分率
| 标准 |
感应炉燃烧后碳含量 |
计算束缚碳含量 |
| CRM 781 - 1(加热) |
10.9 ± 0.1 |
11.03 |
氧和氮的分析
DIN EN 21068系列的第三部分着重于氮和氧的测定。与碳种类的测定不同，样品必须在惰性气体流动(氦)中加热，以测量其氮和氧的含量。惰性气体熔合法已建立多年，也用于检测金属。只有在电极/脉冲炉中才能实现约2800°C的规定温度。下电极和上电极对石墨坩埚施加电压，该石墨坩埚包括先前已用惰性气体净化的样品。分析质量受到现有电力线(推荐功率约为5kw)和所用焊剂(镍篮或胶囊)纯度的强烈影响。这些材料主要亚博网站下载用于降低熔点，以便从熔融样品中放电碳化硅中存在的气体。
表5显示了通过以下方法获得的BAM S-003标准的结果：ELTRA ONH-p分析仪的．分析使用了一根5千瓦的电源线和预边缘镍篮。在经过认证的钢标准校准后，达到了与认证/信息值的良好一致性。初级物质(如KNO)3.)亦可用于校正;然而，这些物质首先必须溶解和稀释，然后在镍胶囊中干燥。这种测量原理不允许直接分析液体标准品。惰性气体熔合法可以毫不费力地应用于其他含氮高的陶瓷(如Si)的分析3.N4)或氧气（例如，SiO2, ZrO2)的内容。
表5所示。BAM标准SOO3中氧、氮含量分析
| O测量 |
O认证 |
N测量 |
N(的价值) |
| 942±20ppm |
909±35 ppm |
108±15 ppm |
93±22ppm |
结论
根据DIN EN ISO 21068标准系列对碳化硅和含碳化硅混合物的全面分析涉及到复杂的技术设备。app亚博体育如果还考虑到金属的测定(本文中没有详细说明)，则需要额外使用分光计(ICP、OES、XRF)。市场提供符合标准的碳浓度分析分析仪;然而，不同的分析规格需要不同的配置(感应炉，燃烧在陶瓷或石英玻璃管)。氮气和氧气是可靠和容易测定的分析仪采用惰性气体熔合。对于该标准的未来更新，更广泛地处理热重方法将是非常值得推荐的。现代的TGA分析仪不仅通过自动化最小化了人为错误，而且由于载气和温度的灵活使用，还提供了多种可能性来表征SiC和相关产品。
参考资料及进一步阅读
- Römp Chemie lexkon, 10岁th第二版（2002年）
- EN ISO 21068（2008）第1、2、3部分
本信息来源、审查和改编自ELTRA GmbH提供的材料。亚博网站下载
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