高频感应燃烧红外吸收法测定碳化硅中硫含量

鲁毅，柳洪超，郭国建，吴立军，尤瑜生

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

高频感应燃烧红外吸收法测定碳化硅中硫含量

鲁毅，柳洪超，郭国建，吴立军，尤瑜生

（中国兵器工业集团第五三研究所，济南 250031）

采用高频感应燃烧红外吸收法测定碳化硅中硫含量，分别考察了取样量，助熔剂种类、用量对测定结果的影响。结果显示：取样量为 90～140 mg，铁屑用量为 0.8 g，钨锡助熔剂用量为 1.6 g，可以得到稳定可靠的测定结果。测定结果的相对标准偏差为 3.4%（n=10），加标回收率为 94.8%～106.1%。

高频感应；红外；碳化硅；硫含量

碳化硅在自然界中几乎不存在，它主要由石英砂、石油焦等原料炼制而成，是一种典型的人工合成材料。碳化硅具有耐高温、耐腐蚀、耐磨削、高化学稳定性、高热导率等优异性能，在机械、电子、复合材料等领域有着广泛的应用［1-4］。碳化硅中的 S 元素通常被认为是有害元素，会导致碳化硅使用性能的降低［5-6］。随着社会发展，人们对碳化硅的性能提出了更高的要求，准确测定碳化硅中S的含量具有非常重要的现实意义。目前碳化硅中S含量的测定方法主要为管状炉燃烧碘量滴定法，此方法的原理是使用淀粉水溶液将样品经高温分解生成的SO2转换成 H2SO3，再用 I2滴定 H2SO3并以淀粉指示剂呈蓝色作为滴定终点。该方法存在分析时间长、滴定终点难以判断、检出限高、重复性差等缺点［7-9］，难以满足生产、科研对测试快速、准确、精度高的要求。

高频燃烧红外吸收法是近年快速发展起来的一种新型定量分析方法，具有分析速度快、测量结果精密度好、准确性高等优点，广泛应用于合金［10-11］、矿物［12-13］、土壤［14］中碳硫含量的测定。笔者将该方法应用于碳化硅中硫含量的测定，分别考察了取样量，助熔剂种类、用量等因素对测定结果的影响，并利用精密度试验与加标回收试验验证了方法的重复性和准确性。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

高频红外碳硫分析仪：CS-844 型，美国 LECO公司；

电子分析天平：AL104 型，感量为 0.0001 g，瑞士梅特勒-托利多公司；

502-294 钨锡助熔剂、501-077 高纯铁屑助熔剂：美国 LECO 公司；

528-018 陶瓷坩埚：美国 LECO 公司，使用前于1600℃灼烧 2 h，冷却 5 min 后放在干燥器中备用；

碳硫标准物质：GBW 01307，硫含量标称值为0.009%，中国鞍钢钢研究所；

碳硫标准物质：GBW 01146a，硫含量标称值为0.0019%，钢铁研究总院国家钢铁材料测试中心。

1.2 实验方法

开机预热 1 h 后，准确称量一定量标准物质于坩埚中，加入适量助熔剂后进行工作曲线校正。校正完成后以相同的步骤进行样品测试，仪器自动计算出碳化硅中硫的含量。

2 结果与讨论

2.1 取样量

因为碳化硅中硫含量较低，为得到较为准确的测定结果，理论上取样量要稍大一些；但过大的取样量可能导致 SiC 分解不充分，使可能包裹其中的硫无法充分释放，进而影响测定结果。考察取样量对测定结果的影响，结果见表1。由表1 可知，取样量在 90～140 mg 之间时，测定结果重复性较好。取样量大于 140 mg 时重复性差主要是样品燃烧不充分造成的，而取样量小于 90 mg 重复性差可能是因为仪器重复性误差较大及样品不均匀。

表1 取样量对测定结果的影响

2.2 助熔剂

碳化硅的导磁性非常差，自身基本无法产生感应电流，所以在测试前需要外加助熔剂。实验发现仅使用铁屑助熔剂时碳化硅基本不分解；而使用铁屑加钨锡的混合体系时出峰较快且熔样平滑，分析结果稳定，所以釆用此三元助熔体系。

为确定最佳助熔剂配比及用量，固定取样量为120 mg，改变铁屑和钨锡助熔剂的用量分别进行测量，结果见表2。由表2 中数据可知，当铁屑用量为0.8 g、钨锡助熔剂用量为 1.6 g 时，测定结果趋于稳定，相对标准偏差为 3.5% ；低于这一用量时，由于燃烧不充分，测定结果相对偏差较大，重复性不好；而高于这一用量时，测量重复性变化不明显。由于过大的助熔剂用量一方面浪费试剂，另一方面可能引入新的误差，所以铁屑、钨锡助熔剂的最佳用量分别为 0.8，1.6 g。

表2 助熔剂用量及配比对测定结果的影响

2.3 精密度试验

在确定的最佳实验条件下，将试样连续测定10 次，计算测定结果的标准偏差和相对标准偏差，结果见表3。由表3 可知，测定结果的标准偏差为0.00022%，相对标准偏差为 3.4%。

表3 精密度试验结果 %

2.4 回收试验

在样品中加入已知硫含量的标准样品，分别配制 3 组，测定其回收率，结果见表4。由表4 数据可知，样品加标回收率在 94.8%～106.1% 之间，可以满足碳化硅中硫含量的准确测定。

表4 回收试验结果 %

3 结语

高频感应燃烧红外吸收法测定碳化硅中硫含量，分析速度快，测量精密度、准确度均满足分析要求，是一种值得推广应用的新方法。

［1］ 何柏林，孙佳 .碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料的研究进展及应用［J］.硅酸盐通报，2009，28(6): 97-102.

［2］ 盛况，郭清，张军明，等 .碳化硅电力电子器件在电力系统的应用展望［J］.中国电机工程学报，2012，32(30): 1-7.

［3］ 沈云进，卞强，漆虹，等 .多孔碳化硅及氧化铝／碳化硅复合膜的制备与性能［J］.膜科学与技术，2013，33(1): 27-31.

［4］ 赵军伟，常永强，聂飞，等 .氮化硅结合碳化硅耐磨材料在矿山机械的应用［J］.中国矿业，2014，23(4): 118-120.

［5］ 邢素丽，王军，曾竟成，等 .溶胶凝胶法制备碳化硅陶瓷及其影响因素［J］.长沙电力学院学报：自然科学版，2002，17(1): 82-84.

［6］ 邢素丽，王军，曾竟成，等 .新型碳化硅先驱体的制备及其性能研究［J］.宇航材料工艺，2002(3): 27-29.

［7］ 薛瑞红 .浅析电弧炉燃烧—碘量法测定硫存在的问题［J］.科技情报开发与经济，2011，21(5): 194-195.

［8］ 李敏 .燃烧碘量法测定硫铁矿中含硫量［J］.矿业快报，2003(4): 16-17.

［9］ 严恒太 .管式炉通氧燃烧碘量法测定石油产品中硫［J］.冶金分析，2004，24(4): 83-84.

［10］ 张平，焦凤菊，石颖，等 .高频燃烧红外吸收法分析高碳铬铁中碳、硫［J］.铸造技术，2012，33(4): 473-475.

［11］ 杨丽，张庸，张继民，等 .高频燃烧 - 红外吸收法测定钎料中低碳［J］.冶金分析，2013，33(9): 34-37.

［12］ 钟科 .高频炉直接燃烧 - 红外光谱法测定硅铝酸盐矿石粉中硫量［J］.理化检验：化学分册，2009，45(2): 112-113.

［13］ 徐金龙，田琼，李红权，等 .高频炉直接燃烧 - 红外光谱法测定铁矿石中硫的应用［J］.理化检验：化学分册，2013，49(2): 124-126.

［14］ 莫达松，刘守廷，蒋天成，等 .高频红外碳硫分析仪测定土壤、粘土中的硫［J］.化学分析计量，2007，16(4): 54-55.

Determination of Sulfur in SiC by High Frequency Induction Combustion Infrared Absorption Method

Lu Yi, Liu Hongchao, Guo Guojian, Wu Lijun, You Yusheng
(CNGC Institute 53, Jinan 250031, China)

Sulfur content in SiC was determined by high frequency induction combustion infrared absorption method. The in fl uence of sampling amount, fl ux type and fl ux amount on the measurement results were investigated. The results indicated that the most stable and reliable test results appeared when the sampling amount was 90-140 mg, the amount of scrap iron was 0.8 g, and the amount of tungsten and tin fl uxing agents was 1.6 g, respectively. The resulting relative standard deviation was 3.4%(n=10) and the recovery rate was 94.8%-106.1%.

high frequency induction; infrared; SiC; sulfur content

O657.33

A

1008-6145(2014)05-0044-02

联系人：鲁毅；E-mail: titi_ly@sina.com

2014-07-06

10.3969／j.issn.1008-6145.2014.05.015