游离碳

游离碳（F.C）是指处于游离态的碳元素，即不与其他碳元素结合而成的单一碳元素。这种碳元素广泛应用于工业碾磨和表面处理领域，包括黑色铅笔芯和石墨等常见物品。

物理特性

游离碳在化学上指的是元素不与同种元素化合，而是能够单独存在的状态。在这种状态下，元素以单质形态存在，称为游离态。在自然界中，一些化学性质不活泼的金属，如金、铂、银，常以游离态存在于自然界。对于碳来说，游离碳是指不易化合或很容易从化合物中分离出来的碳，也就是单质的碳。

工业应用

钨钢（WC）的理想碳含量为6.13%的质量比。当碳含量过高时，产品中会出现明显的渗碳组织，导致产品中含有过多的游离碳。游离碳的存在显著降低了碳化钨硬质合金的强度和耐磨性。在金相检测中，C型孔代表的是游离碳。

影响因素

化学成分对磨料的性质有着重要影响。对于碳化硅磨料，碳化硅含量越高，其硬度和磨削性能就越好。一级品碳化硅结晶块通常含有98%左右的SiC，杂质约占2%，主要包括二氧化硅、硅、碳、铁、铝、钙、镁。刚玉的化学成分对其性质也有很大影响。白刚玉因其较高的Al2O3含量而具有更高的硬度和良好的切削性能，而黑刚玉因其较低的Al2O3含量而具有更好的韧性。其他化学成分的存在及其含量的多少也会对刚玉的性质产生重大影响。例如，棕刚玉中TiO2含量的增加会使刚玉的韧性增强，而白刚玉中Na2O的存在会导致生成的β-Al2O3结晶硬度降低，切削性能变差且易于破碎。在白刚玉冶炼过程中加入Cr2O3或ZrO2等化学成分，可以制成红刚玉或锆刚玉，从而改善白刚玉的性能并提高其韧性。

存在形式

游离碳最常见的两种单质形式是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨。这两种碳结构的晶体结构和键型均有所不同。金刚石中的碳呈四面体4配位，形成空间网状结构，赋予其极大的硬度和较差的活性。石墨中的碳原子则以平面层状结构键合在一起，层与层之间的键合较弱，因此层与层之间容易滑动分离。此外，还有多种其他的碳结构，包括富勒烯、无定形碳、碳纳米管、六方金刚石、赵石墨、汞黝矿结构、纤维碳、碳气凝胶以及碳纳米泡沫等。

测定方法

为了开发优质的材料，测定游离碳含量的方法至关重要。钨钢的强度通常受合金的粘结剂含量、碳含量和碳化物粒度等因素的影响。游离碳含量过高会影响合金的硬度和强度等性能。下面介绍一种通过气体容量法测定单晶碳化钨中游离碳含量的方法。首先，称取0.500 g至1.000 g的试样置于铂皿中，加入氢氟酸和硝酸，然后在沸水浴上加热溶解。接着，加入硫酸硫酸铵溶液，再次加热溶解。随后，加入氢氟酸和硝酸，继续加热溶解。如果有钨酸或白色沉淀物生成，可补充氢氟酸使其溶解。取出铂金皿冷却后，使用酸洗石棉过滤，用水洗涤多次，烘干后转移至瓷舟中。在恒温干燥箱中烘焙1小时后，放入管式炉中预烧5分钟，然后用气体容量法吸收两次，即可测定游离碳含量。

参考资料

游离碳的英语怎么说.沪江网 .2024-08-14

游离碳.[科普中国]-游离碳.2024-08-14

金刚石.中国大百科全書 .2024-08-14

石墨.中国大百科全書 .2024-08-14

气体容量法测定单晶碳化钨中的游离碳含量.万方数据.2024-08-14