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耐火材料中的非金属元素检测与分析——以碳化硅和氮化硅材料为例

耐火材料在现代工业中扮演着极其重要的角色,尤其是在高温工业过程中,如钢铁生产、玻璃制造、水泥生产等。它们的主要功能是保护设备免受高温和腐蚀的影响,确保生产过程的安全和效率。耐火材料的性能不仅取决于其主要的矿物组成,还受到微量元素,特别是碳(C)、硫(S)、氧(O)、氮(N)和氢(H)等元素含量的影响。这些元素的分析对于理解和改善耐火材料的性能至关重要。在本文中,将以碳化硅和氮化硅材料为例,来说明耐火材料中的非金属元素检测与分析的应用。


耐火材料中的非金属元素

碳(C)

碳是一种重要的非金属元素,常见于石墨、碳素砖和某些复合耐火材料中。碳的主要作用是提高耐火材料的耐热震性和导热性能,同时也能提升其耐蚀性。在高温条件下,碳可以与氧反应生成CO或CO2气体,从而减少耐火材料中其他元素的氧化。


硫(S)

硫通常被视为耐火材料中的有害杂质。在高温下,硫会与其他元素反应生成硫化物或硫酸盐,这可能导致材料的结构弱化,降低其耐火性能。因此,控制耐火材料中的硫含量对于保证其性能稳定性至关重要。


氧(O)

氧是耐火材料中最常见的元素之一,主要以氧化物的形式存在。耐火材料的基本组成通常包括氧化铝(Al2O3)、硅酸(SiO2)等氧化物。这些氧化物的比例直接影响到材料的耐火度、热稳定性和化学稳定性。但氧的过量可能会导致材料氧化,特别是对于含碳耐火材料,增加材料的损耗和降低性能。因此,精确分析耐火材料中的氧含量对于评估和优化其性能至关重要。


氮(N)

氮元素的加入使得耐火材料在耐热、抗热震、耐腐蚀、导热性能以及机械性能等方面得到了显著的提升,但在应用时也需要考虑其在高温氧化环境中的稳定性。


非金属元素如碳(C)、硫(S)、氧(O)、氮(N)和氢(H)在耐火材料中的存在对其性能有着显著的影响。这些元素的作用可以是双重的,既有利也有弊,具体取决于耐火材料的类型和使用环境。碳在某些耐火材料中,如石墨和碳化硅(SiC)材料中,提供了极佳的耐热性、导热性和耐化学腐蚀性。


常用分析方法 

燃烧红外吸收法(碳、硫)

碳化硅(SiC)作为耐火材料,其总碳含量主要取决于其化学式SiC中碳的理论含量,理论上SiC中碳的质量分数约为29.95%。然而,在实际生产的碳化硅耐火材料中,总碳含量可能会略有不同,主要因为原材料的纯度、生产过程中的化学反应完全性等因素的影响。通常,高质量的碳化硅耐火材料的总碳含量会接近理论值,但可能会因为游离碳的存在而略有增加。同时,其游离碳的含量在不同类型的碳化硅耐火材料中会有较大的变化。一般而言,游离碳的含量可以从0.1%到5%不等,具体的含量取决于材料的生产工艺、用途以及性能要求。


  • 总碳的测定

GB/T 16555 含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析法


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GB/T 3045 普通磨料 碳化硅化学分析方法


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碳化硅


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用Eltra元素分析仪器对碳化硅中的碳硫元素进行检测


  • 游离碳的测定

GB/T 3045 普通磨料 碳化硅化学分析方法

1.直接法


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碳化硅-游离碳


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2. 间接法


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碳化硅-游离碳


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Eltra特有的专利双炉元素分析仪 CS-d可用于碳硫元素分析


惰性气体熔融分析法(氧、氮)


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GB/T16555 含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析法中对测定总氮、总氧的原理做了表述。事实上,惰性气体熔融分析法是分析耐火材料中氧氮含量的常用方法。样品在高温下,氧元素和石墨坩埚中的碳元素结合生成CO2,氮元素转化为N2。通过红外光谱法测定氧含量,热导法测定氮,Eltra ONH-p可以对耐火材料中的氧氮元素含量进行稳定分析。


氮化硅


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用Eltra元素分析仪器对氮化硅中的氧氮元素进行检测


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带自动进样器和自动清扫装置的ONH分析仪


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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,提供最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•Gero(卡博莱特•盖罗)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制药行业测试设备。

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德国Retsch(莱驰)  2024-11-02  |  阅读:37
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