碳化硅中碳化硅含量的检测及全碳的换算方法

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王莉,岳远娜,回慧营, 裴培,宋明润,刘艳雁,赵鹏 ,侯天宇,白宁

建龙北满特殊钢有限责任公司质量部,黑龙江省齐齐哈尔市,161000

摘要

冶金用作脱氧剂的碳化硅一般含量范围在70-90%之间,GB/T3045-2017此标准适合碳化硅95%含量的测定。GB/T16555-2017此方法适合0.1%-99%的测定,此方法用红外碳硫仪测定总碳后减掉游离碳换算成碳化硅的方式进行检验,该方法是用红外法分析碳含量,碳化硅的分解温度为2000℃,而红外碳硫仪能达到的最高温度是1500℃。虽然在分析过程中使用助溶剂,但是仍存在试样分解不完全,会造成结果偏低,该方法稳定性差,重复性、再现行都不能满足要求。我们研发的检验方法在国标GB/T3045-2017的基础上进行改进,增加了去除杂质的过程,改方法可以溯源大国家标准物质。证明此方法分析更具有科学性和适用性。


关键词

碳化硅;重量法;全碳;检验周期;二氧化硅

正文



1  绪论

通过研发的新方法进行试验分析,得到的数据稳定,无论从量值溯源到国家标准物质,还是试样分析的稳定性,都满足标准的要求。该方法处理试样阶段加入试剂量较多,可以完全去除各类工艺生产的碳化硅产品中的杂质元素,精确低提纯碳化硅物质,得到准确的数据。 本方法的关键点试样的处理过程,经过本方法的前期处理,可以有效地提纯出碳化硅物质,去除掉其中含有的各类杂质,精准地分析脱氧剂碳化硅的含量。

2  实验部分

2.1  实验原理

试样经氢氟酸一硝酸一硫酸处理,使游离硅及二氧化硅生成挥发性的四氟化硅逸出,加入焦硫酸钾去除碳化硅中铝、硫的干扰影响。加用盐酸浸取使表面杂质溶解,过滤、洗涤、灰化,800℃±10℃高温炉中烧50分钟后放入干燥器取出,称量、灼烧直至恒重。滤液保留测定残余元素,测定残留物的质量从而计算出碳化硅的质量分数。

2.2  试剂:

2.2.1  焦硫酸钾(分析纯)           2.2.2硫酸(1+1)

2.2.3硝酸(密度为1.42g/gm)        2.2.4氢氟酸(质量分数不小于40%)

2.2.5硝酸P1.42g/L                2.2.6盐酸(1+1)

2.2.7盐酸(5+95)                2.3  试样量

2.3.1碳化硅含量50.00%99.00%称取1.000g试样,准确至0.0001g

2.3.2 测定随同试样做空白分析

2.4 分析步骤

称取试样约 1g30mL瓷锅中,精确至0.0001g,将试样移入铂金皿中,(碳高时放入800℃马弗炉灼烧2小时后取出,放入干燥器,冷却至室温。冷却后将试样移入铂金皿中,)用毛刷将残余粉末刷入铂金皿,加入少量水润湿,加入氢氟酸(1.4)20mL,硝酸(1.5)10滴,硫酸(1.2)5 滴,于850度的电热板砂浴直至硫酸烟发尽,取下冷却。加焦硫酸钾(1.1)6g。将铂金皿放入马弗炉,由低温开始加热,在200℃下保持10min。然后逐渐升温至780℃±10℃,取出稍冷。

在铂金皿中加入(1+1)盐酸(1.6)100mL,置于850度电热板上加热至微沸,将铂金皿连同酸处理的残渣进行熔盐后,倒入250毫升烧杯中煮沸,取下稍冷。将烧杯中液体用中速滤纸进行过滤,用热盐酸水(1.7)将烧杯中固体洗入漏斗,用热盐酸水(.1.7)洗涤滤纸及残渣至无铁离子(用硫氰酸铵进行测试),用热的蒸馏水洗涤滤纸及残渣至无酸性为止(用PH试纸测试)。将残渣及滤纸放入已灼烧至恒重的铂皿中,低温800度灰化滤纸后。再放入800℃±10℃高温炉中烧50分钟后放入干燥器取出,称量、灼烧直至恒重。稍冷放入干燥器中冷却至室温,称量,按式3计算碳化硅含量。

2.5结果计算

计算试样中W(SiC)的百分含量, 以质量分数(%)表示:

……………………(1

式中:

m(残)——残渣及铂皿的质量,单位为克(g);                                                      

m(空)——空铂皿的质量,单位为克(g);

m   ——试样的质量,单位为克(g)。                                                           

计算结果表示到小数点后两位。

3..允许误差应符合表1规定。

1

质量分数范围%

%

2.50

0.12

>2.5010.00

0.20

>10.0020.00

0.30

>30.0040.00

0.40

>40.0050.00

0.50

>40.0050.00

0.60

>50.00

0.70

4.样品分析对照表:                       2

名称

编号

标准值SiC

分析值

差值

碳化硅

YSBC28686-2021

72.02

71.37

0.65

碳化硅

YSBC28686-2021

72.02

71.35

0.67

碳化硅

YSBC28686-2021

72.02

71.39

0.63

碳化硅

YSBC28687-2021

83.09

82.5

0.59

碳化硅

YSBC28688-2021

83.09

82.58

0.51

碳化硅

YSBC28688-2021

83.09

82.50

0.59

碳化硅

YSBC28688-2021

83.09

82.48

0.61

碳化硅

ZBN431

90.86

90.5

0.36

碳化硅

ZBN431

90.86

90.45

0.41

碳化硅

1号试样


59.20


碳化硅

1号试样


59.38


碳化硅

1号试样


59.07


碳化硅

1号试样


59.11


碳化硅

2号试样


63.10


碳化硅

2号试样


62.95


碳化硅

2号试样


62.77


碳化硅

2号试样


63.25


5.碳化化硅中 TC的换算方法

5.1 TC=SiC%×0.2996 +F.C                                           

5.2 SiC 转换成C的换算系数—— 0.2996    

6. 试验报告结论:

通过研发的新方法进行试验分析,得到的数据稳定,无论从量值溯源到国家标准物质,还是试样分析的稳定性,都满足标准的要求。该方法处理试样阶段加入试剂量较多,可以完全去除各类工艺生产的碳化硅产品中的杂质元素,精确低提纯碳化硅物质,得到准确的数据。

本发明创造的关键点:

本方法的关键点试样的处理过程,经过本方法的前期处理,可以有效地提纯出碳化硅物质,去除掉其中含有的各类杂质,精准地分析脱氧剂碳化硅的含量。

本次论文经过了几个月的大量试验,试验的结果令人满意,在论文即将完成之日,感慨良多。感谢建龙北满特殊钢有限责任公司质量部的各位领导对本次试验的大力支持,感谢质量部各位同事对本次试验的支持与帮助。在论文查询资料过程中,参考了相关领域的文献资料,这些领域的专家们对本次论文的研究起到了举足轻重的作用,向各位专家标表示致敬,在次再次向各位领导同事表示感谢。

参考文献

GBT 16555-2017 含碳、碳化硅、氮化物耐火材料化学分析方法

JBT52042018碳化硅脱氧剂化学分析方法


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