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磁性材料中的非金属元素检测与分析

来源：弗尔德（上海）仪器设备有限公司分类：应用方案 2024-03-04 14:30:07 87阅读次数

中国是世界上最先发现物质磁性现象和应用磁性材料的国家。早在公元前3世纪，《吕氏春秋·季秋记》中就有“慈石召铁，或引之也”的记述。11世纪宋朝沈括在《梦溪笔谈》中记载了指南针的制作和使用，指南针作为中国人引以为傲的四大发明之一，其中的关键就是磁性材料。

随着材料科学和技术的不断发展，磁性材料也在不断创新和发展，例如新型磁性材料的开发、纳米磁性材料的制备等等。磁性材料作为一种古老又年轻、历史悠久却又蓬勃发展的材料，具有重要的科研意义和实际应用价值。本文中我们的研究对象主要是永磁材料。

永磁材料特性及其应用

高矫顽力材料（硬磁性材料）又称为永磁材料，其主要特点是不消耗能量就可以提供一个稳定的磁场，可以用于各种驱动器、功率源元件、传感器和仪器仪表等，具有高剩磁和高剩余磁化强度、高矫顽力、高最大磁能积、稳定性好（对于环境因素如温度、振动等的稳定性高）的优点。目前，永磁材料在电机、发电机、磁盘存储器、声学传感器等领域得到广泛应用。例如，在电机领域，稀土磁性材料可以用于制造高效率、高功率的电机，从而提高电机的性能和能源利用效率；在磁盘存储器领域，稀土磁性材料可以用于制造高密度、高速度的硬盘驱动器，从而提高存储容量和读写速度；在医学领域，永磁体可以作为MRI系统中的磁场源，用于产生强大的静态磁场，通过磁性共振来生成人体内部的高清图像。

案例分享

对磁性材料中的非金属元素进行检测的必要性

按照永磁材料的化学组成以及发展顺序，可以将其大体分成三类：铁氧体永磁材料、金属系永磁材料和稀土永磁材料。磁性材料制备过程中难以完全避免杂质的存在。以碳、硫、氧、氮、氢元素为例，一方面中这些元素在磁性材料的化学成分中本来就存在，如钢铁中的碳、氧、硫等元素；另一方面，这些元素对材料的磁性能有一定的影响，比如一些元素的掺杂可以提高磁性材料的磁性能，但有些元素的掺杂会增加材料的磁阻抗，降低磁导率。特别地，在稀土永磁制备中，尤其需要测量氢元素的含量，控制氢元素的含量在合适的范围。一般来说，稀土永磁制备中需要测量氢元素的含量的主要是在氢破工艺环节。

图1：典型的钕铁硼生产工艺

目前，钕铁硼的氢破碎就是利用稀土材料具有吸氢的特性，吸氢后发生膨胀，在膨胀的过程中，沿晶界断裂，从而达到破碎的目的。

用Eltra元素分析仪检测磁性材料中的非金属元素

测量原理：Eltra CS-i通过在分析感应炉中燃烧后产生的气态燃烧产物二氧化碳和二氧化硫来测量无机样品中的碳和硫含量，超过2000°C的高温保证了样品的完全分解，从而在一个广泛的浓度范围内进行可靠和准确的元素分析。Eltra ONH分析仪是一台惰性气体熔融燃烧分析仪，使用红外检测器检测样品中氧元素，热导检测器则检测样品中的氮元素和氢元素。

图2：Eltra CS分析仪（左）和Eltra ONH分析仪（右）

数据展示：埃尔特的元素分析仪可以用在永磁材料制备工艺的各个环节，以下三组数据分别来自不同客户测量永磁材料中的碳氢氧数据，对应前序工艺环节，测量需求分别来自原材料中的碳元素检测、氢破工艺后粉末的氢元素检测、磁材中的氧氮元素检测。ELTRA的两组设备很好地完成了客户的检测要求。

图3：A客户用Etra CS分析仪进行钕铁硼原材料中的碳元素检测

图4：B客户用Eltra ONH分析仪进行氢破后钕铁硼粉末中的氢元素检测

图5：C客户用Etra ONH分析仪进行磁材中的氧氮元素分析

以上三组数据中，碳硫分析仪运用了Eltra特有的腔室供氧法，在反应过程中氧气充满整个燃烧池，从而保证样品充分燃烧释放出待测气体，数据的平行性优势在多次重复的测定中得到了证实。氧氮氢分析仪目前可以搭载32位自动进样器，并在此基础上可以继续增加进样盘达到64位及以上进样，高效的设计非常适合需要大批量检测的机构。

关于埃尔特品牌

德国Eltra（埃尔特）专注于碳硫元素分析40多年，从最初的碳硫测定仪扩展到氧氮氢分析仪、热重分析仪Eltra已经成为元素分析领域的佼佼者。其产品广泛应用于钢铁、采矿、汽车、航空、煤炭、建筑材料以及高效研究所等机构。随着ELEMENTRAC系列启用ELEMENTS软件，埃尔特可以提供快速可靠的C/S/O/N/H分析，除了现代化的设计和方便的操作以外，还为特殊要求提供综合解决方案。Eltra元素分析仪可以根据客户要求不同提供不同的配置方案，也可根据不同的样品种类定制不同测量范围的仪器。目前CS和ONH分析仪都可以选配自动进样和自动清扫装置，尤其适合于需要大批量检测的专门机构或科研院所。如您有兴趣，随时欢迎联系我们。