游離碳（F.C）是指處于游離態的碳元素，即不與其他碳元素結合而成的單一碳元素。這種碳元素廣泛應用于工業碾磨和表面處理領域，包括黑色鉛筆芯和石墨等常見物品。
物理特性
游離碳在化學上指的是元素不與同種元素化合，而是能夠單獨存在的狀態。在這種狀態下，元素以單質形態存在，稱為游離態。在自然界中，一些化學性質不活潑的金屬，如金、鉑、銀，常以游離態存在于自然界。對于碳來說，游離碳是指不易化合或很容易從化合物中分離出來的碳，也就是單質的碳。
工業應用
鎢鋼（WC）的理想碳含量為6.13%的質量比。當碳含量過高時，產品中會出現明顯的滲碳組織，導致產品中含有過多的游離碳。游離碳的存在顯著降低了碳化鎢硬質合金的強度和耐磨性。在金相檢測中，C型孔代表的是游離碳。
影響因素
化學成分對磨料的性質有著重要影響。對于碳化硅磨料，碳化硅含量越高，其硬度和磨削性能就越好。一級品碳化硅結晶塊通常含有98%左右的SiC，雜質約占2%，主要包括二氧化硅、硅、碳、鐵、鋁、鈣、鎂。剛玉的化學成分對其性質也有很大影響。白剛玉因其較高的Al2O3含量而具有更高的硬度和良好的切削性能，而黑剛玉因其較低的Al2O3含量而具有更好的韌性。其他化學成分的存在及其含量的多少也會對剛玉的性質產生重大影響。例如，棕剛玉中TiO2含量的增加會使剛玉的韌性增強，而白剛玉中Na2O的存在會導致生成的β-Al2O3結晶硬度降低，切削性能變差且易于破碎。在白剛玉冶煉過程中加入Cr2O3或ZrO2等化學成分，可以制成紅剛玉或鋯剛玉，從而改善白剛玉的性能并提高其韌性。
存在形式
游離碳最常見的兩種單質形式是高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨。這兩種碳結構的晶體結構和鍵型均有所不同。金剛石中的碳呈四面體4配位，形成空間網狀結構，賦予其極大的硬度和較差的活性。石墨中的碳原子則以平面層狀結構鍵合在一起，層與層之間的鍵合較弱，因此層與層之間容易滑動分離。此外，還有多種其他的碳結構，包括富勒烯、無定形碳、碳納米管、六方金剛石、趙石墨、汞黝礦結構、纖維碳、碳氣凝膠以及碳納米泡沫等。
測定方法
為了開發優質的材料，測定游離碳含量的方法至關重要。鎢鋼的強度通常受合金的粘結劑含量、碳含量和碳化物粒度等因素的影響。游離碳含量過高會影響合金的硬度和強度等性能。下面介紹一種通過氣體容量法測定單晶碳化鎢中游離碳含量的方法。首先，稱取0.500 g至1.000 g的試樣置于鉑皿中，加入氫氟酸和硝酸，然后在沸水浴上加熱溶解。接著，加入硫酸硫酸銨溶液，再次加熱溶解。隨后，加入氫氟酸和硝酸，繼續加熱溶解。如果有鎢酸或白色沉淀物生成，可補充氫氟酸使其溶解。取出鉑金皿冷卻后，使用酸洗石棉過濾，用水洗滌多次，烘干后轉移至瓷舟中。在恒溫干燥箱中烘焙1小時后，放入管式爐中預燒5分鐘，然后用氣體容量法吸收兩次，即可測定游離碳含量。
參考資料 >
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氣體容量法測定單晶碳化鎢中的游離碳含量.萬方數據.2024-08-14