遊離碳

遊離態在化學上，指一元素不與同種元素化合，而能單獨存在的狀態。元素以單質形態存在則為遊離態。不同金屬的化學活動性不同，它們在自然界中存在形式也各不相同。少數化學性質不活潑的金屬，在自然界中能以遊離態存在，如金、鉑、銀。

簡單的說遊離碳和化合物相對，不易化合或很易從化合物中分離的碳，就是單質的碳，元素以單質形態存在叫遊離，遊離碳就是以單質存在的碳元素。

硬質合金（WC)中碳化鎢理想的碳含量是6.13%的質量比，當含碳量過高時，產品中將有明顯的滲碳組織。產品終會有明顯多餘的遊離碳。

遊離碳會極大降低碳化鎢硬質合金的強度與耐磨性。

金相檢測中C型孔表示了滲碳的（C-type):遊離碳。

化學成分對磨料性質影響較大，對碳化硅磨料而言，碳化硅含量越高，其硬度與磨削性能就越好，一級品碳 化硅結晶塊通常含有98%左右SiC，雜質（主要有二氧化硅、硅、碳、鐵、鋁、鈣、鎂）約佔2%。剛玉中化學成分同樣對磨料性質有較大影響，白剛玉由於比棕剛玉中Al2O3含量高，因而其硬度高於棕剛玉，性脆，具有良好切削性能；黑剛玉因Al2O3含量較低，故其硬度較低，而韌性較好，適用於製作塗附磨具。其它化學成分存在及含量多少，對剛玉性質也有較大影響，棕剛玉中TiO2含量增加，能使剛玉韌性增加；白剛玉中Na2O一種有害成分，由於它存在使得生成β——Al2O3結晶硬度降低，切削性能差，易破碎；如果在白剛玉冶鍊過程中加入Cr2O3 ZrO2等化學成分，可以製造成鉻剛玉、鋯剛玉，使白剛玉性能得到改善，提高其韌性。

最常見的兩種單質是高硬度的金剛石和柔軟滑膩的石墨，它們晶體結構和鍵型都不同。金剛石每個碳都是 四面體4配位，類似脂肪族化合物；石墨每個碳都是三角形3配位，可以看作無限個苯環稠合起來。

1. 金剛石（diamond）

最為堅固的一種碳結構，其中的碳原子以晶體結構的形式排列，每一個碳原子與另外四個碳原子緊密鍵合，成空間網狀結構，最終形成了一種硬度大、活性差的固體。金剛石的熔點超過3500℃，相當於某些恆星表面溫度。主要作用：裝飾品、切割金屬材料等

2.石墨（graphite）

石墨是一種深灰色有金屬光澤而不透明的細鱗片狀固體。質軟，有滑膩感，具有優良的導電性能。石墨中碳原子以平面層狀結構鍵合在一起，層與層只見鍵合比較脆弱，因此層與層之間容易被滑動而分開。主要作用：製作鉛筆，電極，電車纜線等

3.富勒烯（fullerene）

1985年由美國德克薩斯州羅斯大學的科學家發現。富勒烯中的碳原子是以球狀穹頂的結構鍵合在一起。

4.其他碳結構

無定形碳（Amorphous，不是真的異形體，內部結構是石墨）

碳納米管（Carbon nanotube）

六方金剛石（Lonsdaleite，與金剛石有相同的鍵型，但原子以六邊形排 富勒烯

列，也被稱為六角金剛石）

趙石墨（Chaoite，石墨與隕石碰撞時產生，具有六邊形圖案的原子排列）

汞黝礦結構（Schwarzite，由於有七邊形的出現，六邊形層被扭曲到“負曲率”鞍形中的假想結構）

纖維碳（Filamentous carbon，小片堆成長鏈而形成的纖維）

碳氣凝膠（Carbon aerogels，密度極小的多孔結構，類似於熟知的硅氣凝膠）

碳納米泡沫（Carbon nanofoam，蛛網狀，有分形結構，密度是碳氣凝膠的百分之一，有鐵磁性）

目前，優質材料的開發在材料研究中佔有及其重要的地位。眾所周知，硬質合金的強度通常取決於合金的粘結劑量、碳含量和碳化物粒度等，遊離碳過高，會直接影響合金的硬度、強度等性能。舉例介紹一下氣體容量法測定單晶碳化鎢中的遊離碳含量。單晶碳化鎢是一種添加了少量鋁、鐵氧化物的新型高溫燒結碳化物。

稱取試樣0.500 g～1.000g於一個鉑金皿中，加入氫氟酸5 mI，硝酸10 mL，於沸水浴上加熱溶解約15 min。補加氫氟酸5 mL，硝酸10 mI。，加熱溶解約10 rain；再加硫酸一硫酸銨溶液4～5 mL，加熱溶解約15 min；再加氫氟酸3 mL，硝酸5 mI。繼續加熱溶解約20 rain(若有鎢酸或白色沉澱物生成，可補加2～3 m(氳氟酸使其溶解)。取下鉑金皿於冷水中冷卻，待不溶物沉於杯底后，用鉑金鉗夾住鉑金皿上沿輕搖，若不溶物全部分散於溶液中，底部無沉澱，則說明碳化鎢溶解完全；若搖動，底部少量沉澱聚攏不散開，說明有少量碳化鎢未溶解，需繼續水浴加熱溶解。用酸洗石棉抽濾，熱水洗12～14次，抽干，轉入瓷舟中，放入溫度為140℃的恆溫乾燥箱中烘1 h，於725℃管式爐中，預燒5 min，用氣體容量法吸收兩次，測定遊離碳含量。