游离碳

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游离碳(F.C)是一种 游离态 的物质,一般用在工业碾磨和表面处理上的工业磨料。日常生活中常见的有黑色铅笔芯, 石墨

简介

游离碳 游离态在化学上,指一元素不与 同种元素 化合,而能单独存在的状态。元素以单质形态存在则为游离态。不同金属的 化学活动性 不同,它们在自然界中存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属,在自然界中能以游离态存在,如金、铂、银。

简单的说游离碳和化合物相对,不易化合或很易从化合物中分离的碳,就是单质的碳,元素以单质形态存在叫游离,游离碳就是以单质存在的碳元素。

硬质合金 (WC)中 碳化钨 理想的碳含量是6.13%的质量比,当含碳量过高时,产品中将有明显的渗碳组织。产品终会有明显多余的游离碳。

游离碳会极大降低碳化钨硬质合金的强度与耐磨性。

金相检测中C型孔表示了渗碳的(C-type):游离碳。

影响

游离碳 化学成分对磨料性质影响较大,对碳化硅磨料而言, 碳化硅 含量越高,其硬度与磨削性能就越好,一级品碳 化硅结晶块通常含有98%左右SiC,杂质(主要有 二氧化硅 、硅、碳、铁、铝、钙、镁)约占2%。 刚玉 中化学成分同样对磨料性质有较大影响, 白刚玉 由于比 棕刚玉Al2O3 含量高,因而其硬度高于棕刚玉,性脆,具有良好切削性能; 黑刚玉 因Al2O3含量较低,故其硬度较低,而韧性较好,适用于制作涂附磨具。其它化学成分存在及含量多少,对刚玉性质也有较大影响,棕刚玉中 TiO2 含量增加,能使刚玉韧性增加;白刚玉中Na2O一种有害成分,由于它存在使得生成β——Al2O3结晶硬度降低,切削性能差,易破碎;如果在白刚玉冶炼过程中加入 Cr2O3 ZrO2 等化学成分,可以制造成 铬刚玉锆刚玉 ,使白刚玉性能得到改善,提高其韧性。

存在形式

游离碳 最常见的两种单质是高硬度的 金刚石 和柔软滑腻的石墨,它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是 四面体 4配位,类似脂肪族化合物;石墨每个碳都是三角形3配位,可以看作无限个 苯环 稠合起来。

1. 金刚石(diamond)

最为坚固的一种碳结构,其中的 碳原子 以晶体结构的形式排列,每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合,成空间网状结构,最终形成了一种硬度大、活性差的固体。金刚石的熔点超过3500℃,相当于某些恒星表面温度。主要作用:装饰品、切割金属材料等

2.石墨(graphite)

石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软,有滑腻感,具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起,层与层只见键合比较脆弱,因此层与层之间容易被滑动而分开。主要作用:制作铅笔,电极,电车缆线等

3. 富勒烯 (fullerene)

1985年由美国德克萨斯州罗斯大学的科学家发现。富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。

4.其他碳结构

无定形碳 (Amorphous,不是真的异形体,内部结构是石墨)

碳纳米管Carbon nanotube)

六方金刚石 (Lonsdaleite,与金刚石有相同的键型,但原子以六边形排 富勒烯

列,也被称为六角金刚石)

赵石墨(Chaoite,石墨与 陨石 碰撞时产生,具有六边形图案的原子排列)

汞黝矿结构(Schwarzite,由于有 七边形 的出现,六边形层被扭曲到“负曲率”鞍形中的假想结构)

纤维碳(Filamentous carbon,小片堆成长链而形成的纤维)

碳气凝胶 (Carbon aerogels,密度极小的多孔结构,类似于熟知的硅气凝胶)

碳纳米泡沫 (Carbon nanofoam,蛛网状,有分形结构,密度是碳气凝胶的百分之一,有铁磁性)

测定

目前,优质材料的开发在材料研究中占有及其重要的地位。众所周知,硬质合金的强度通常取决于合金的粘结剂量、碳含量和碳化物粒度等,游离碳过高,会直接影响合金的硬度、强度等性能。举例介绍一下气体容量法测定单晶碳化钨中的游离碳含量。单晶碳化钨是一种添加了少量铝、 铁氧化物 的新型高温烧结碳化物。

称取试样0.500 g~1.000g于一个铂金皿中,加入 氢氟酸 5 mI, 硝酸 10 mL,于沸水浴上加热溶解约15 min。补加氢氟酸5 mL,硝酸10 mI。,加热溶解约10 rain;再加 硫酸硫酸铵 溶液4~5 mL,加热溶解约15 min;再加氢氟酸3 mL,硝酸5 mI。继续加热溶解约20 rain(若有 钨酸 或白色沉淀物生成,可补加2~3 m(氲氟酸使其溶解)。取下铂金皿于冷水中冷却,待不溶物沉于杯底后,用铂金钳夹住铂金皿上沿轻摇,若不溶物全部分散于溶液中,底部无沉淀,则说明碳化钨溶解完全;若摇动,底部少量沉淀聚拢不散开,说明有少量碳化钨未溶解,需继续水浴加热溶解。用 酸洗石棉 抽滤,热水洗12~14次,抽干,转入瓷舟中,放入温度为140℃的 恒温干燥箱 中烘1 h,于725℃ 管式炉 中,预烧5 min,用气体容量法吸收两次,测定游离碳含量 。

引用来源

中文名
游离
外文名
F.C
类别
化学
定义
种游离态的物质
形式
金刚石等