カーボングラファイトは、非晶質炭素とグラファイトを混合して形成される化合物です。黒からスチールグレーまで、さまざまな色合いのものがあります。
カーボングラファイトの特徴
使用したいカーボン グラファイトには、非常に特徴的な特徴がいくつかあります。そのいくつかについて簡単に説明します。
温度に対する耐性
カーボングラファイトは、200°C ～ 600°C の温度での酸化用途で非常に優れた性能を発揮します。また、約 3000°C の温度での非酸化用途でも同様に優れた性能を発揮します。
熱膨張係数が低いため、-35°C ～ -270°C の極低温用途に最適です。わずかな変化で、このような条件下でも形状とサイズを維持できます。
耐腐食性
カーボングラファイトは、非常に多くの腐食性要素に耐えることができます。二酸化硫黄、石油、その他多くの化学物質を含む用途でも、影響を与えることなく使用できます。
これは、炭素原子が六角形構造を形成する共有結合によって強力に結びついているためです。この結合の強さにより、このような化学物質によるあらゆる腐食に耐えることができます。
自己潤滑性
ファンデルワールス力は グラフェン層 カーボングラファイト内部のグラフェン層は非常に弱いため、カーボングラファイトと接触している他の表面でグラフェン層が簡単に剥がれてしまう可能性があります。
カーボングラファイトは、動的フィルムを形成することで、それらの間の粗い表面を埋めます。これにより、乾燥した環境でも潤滑が可能になります。
気孔率
カーボングラファイトは製造中に焼成され、ガス放出プロセスで炭化水素が除去されます。高熱によってこのガスが押し出され、非晶質炭素構造に多孔質ネットワークが残ります。
多孔質ネットワークにより、樹脂や金属などの添加剤を簡単に含浸させることができます。これにより、カーボングラファイトの機械的特性と化学的特性が強化されます。
カーボングラファイトの製造方法
非晶質炭素とグラファイトを組み合わせることで、カーボングラファイトを作成できます。これら 2 種類の炭素は、物理的および機械的特性が異なることに注意してください。
アモルファスカーボンの望ましい特性には、耐摩耗性、物理的強度、硬さなどがあります。グラファイトには自己潤滑性をもたらす弱くて柔らかい構造があります。
まず、この2つを混ぜ合わせ、次に結合剤としてコールタールピッチを加え、混合物を希望の形状の型に入れて圧縮します。
圧縮成形後、これらの部品は極めて高温で焙焼されなければなりません。この処理は、コールタールピッチを炭化させるために行われます。
カーボンとグラファイトを配合した強固な部材で、圧縮にも強く、極度に重い荷重試験を受けても影響がありません。
次に、カーボングラファイトをオーブンに入れて非常に高温で焼きます。これによりガス放出が起こり、固体構造から炭化水素が放出されます。
ここで、カーボングラファイトは、穴のネットワークによって多孔性を実現します。基本的には、固体の黒いスポンジのような構造になります。
化学的および機械的特性を強化するために、これらの穴に金属、樹脂、その他多くの充填剤を含浸させることができます。用途に応じて、熱特性を改善し、強化します。
カーボングラファイトとグラファイト
カーボングラファイトとグラファイトはどちらも炭素でできていますが、2 つの異なる要素です。まず、グラファイトは特定のデザインで構造化された炭素原子だけでできていることがわかっています。
これにより、ダイヤモンドと同様に炭素の同素体になります。一方、アモルファスカーボンと純粋なグラファイトをバインダーを使用して混合すると、グラファイトカーボンが得られます。
これにより、両方のコンポーネントの物理的特性と機械的特性が融合され、カーボングラファイトはグラファイトよりも物理的および機械的特性が優れています。
カーボングラファイトの利点
アプリケーションでカーボン グラファイトを使用すると、主にその特性からさまざまな利点が得られます。以下では、そのいくつかについて詳しく説明します。
高温域アプリケーション
グラファイト電極は、非酸化、酸化、極低温の用途など、幅広い温度範囲で使用できます。これにより、約 -270°C から 3000°C をわずかに超える温度までの動作が可能になります。
湿った環境と乾燥した環境
自己潤滑性があるため、乾燥条件のアプリケーションでは潤滑剤を追加する必要はありません。また、この潤滑剤は、湿った環境のアプリケーションにおけるオイルやグリースとは異なり、洗い流されることもありません。
寸法安定性
カーボングラファイトの熱膨張係数は非常に低いため、温度がそのサイズに大きな影響を与えません。つまり、極端な温度条件でも簡単に膨張/収縮したり変形したりしないということです。
耐摩耗性
カーボン グラファイトは摩耗しにくいため、優れた性能が保証されます。これは、優れた熱特性と自己潤滑性を備えているためです。
耐腐食性
化学的に不活性であるため、腐食性環境にも容易に適用できます。また、塩などの多孔質含浸剤による酸化の影響からも保護されます。
高い熱伝導性
これは、カーボン グラファイトが、摩擦によってアプリケーションで発生した熱を放散または伝達できることを意味します。熱伝導率が低い材料は、通常、動作時の熱伝達率が非常に低くなります。
特殊部品用カーボングラファイト
特殊な部品を交換しなければならない状況に遭遇したことがあれば、カーボン グラファイトが選択肢の 1 つになるはずです。ほとんどの人は、いくつかの理由から、そのような部品の代替品としてカーボン グラファイトを好みます。
カーボングラファイトは、優れた天然の自己潤滑特性を備えているだけでなく、高温や腐食にも耐えることができます。さらに、強度と硬度を兼ね備えているため、部品の耐久性が保証されます。
熱的に安定しているため、腐食や化学的な影響を受けやすい場所でも安心して使用できます。汎用性を高めるために、酸化防止剤や樹脂を簡単に含浸させることもできます。
精密に機械加工できれば、在庫切れの部品も入手できます。最も目立たない部品でも、長期間の使用に耐える保証付きで機械加工できます。
カーボングラファイトの用途
カーボングラファイトは、さまざまな業界の非常に多くの用途に使用できる多用途の素材です。これは、高温に耐え、自己潤滑性があり、優れた熱特性を備えていることが大きな理由です。
作成できるコンポーネントに基づいて、そのアプリケーションを分析できます。その一部を以下に示します。
- ボールバルブシート
- 各種ブッシュとベアリング
- 各種産業用ポンプに使用される羽根の製造
- 特殊部品の製造
- 極低温用途のメカニカルシール面やシールリングなどの各種シール
- 摩耗プレート
結論
カーボングラファイトは、さまざまな用途に使用すると、さまざまな利点を提供できます。高温に耐えられる炭素結合により、カーボンとグラファイトのさまざまな要素が組み合わされています。
グラファイトの自己潤滑特性とカーボンの強度および耐摩耗性を融合させ、さまざまな含浸剤で強化することで、優れた化学的および機械的特性を備えた強力な材料を実現します。
その他のリソース:
黒鉛 – 出典: ウィキペディア
グラファイトの特性 – 出典：ブリタニカ
