グラファイトの密度は？

黒鉛は工業生産や日常生活において非常に重要である。黒鉛は種類によって密度が異なり、工業生産において重要な意味を持つため、黒鉛密度の影響因子、測定方法等を理解することが重要である。

各種黒鉛の密度は？

天然黒鉛

- 片状黒鉛：一般に約2.09～2.23g/cm³。

- 土状黒鉛（微結晶黒鉛）：一般に約2.0～2.2g/cm³。

人造黒鉛

– 静水圧グラファイト密度は約1.7～1.9g/cm³に達する。等方性黒鉛は、その等方性特性により、強度、電気伝導性、熱伝導性などの特性を向上させる特殊な加工処理を施した後、高いレベルを達成することができます。

– 成型グラファイト： 通常、1.6～1.85g/cm³の範囲である。その密度は、成形圧力、原料、バインダーなどの要因に影響され、この範囲の密度は、メカニカルシールや電極などの様々な応用シナリオの基本的な要件を満たすことができます。

– 押し出しグラファイト：  1.5～1.7g/cm³前後である。押出工程では、原料の粒子配列と圧縮度が最終密度に影響する。 押出グラファイト この密度範囲では、電極材料やブラシなどの用途で良好な性能を示す。

密度に影響を与える要因

1.原材料

黒鉛の原料の性質は、最終製品の密度に影響を与える。例えば、原料の粒子径、形状、純度などは、黒鉛のかさ密度や結晶化度に影響する。

2.成形方法

成形、押出、静水圧プレスなどの成形方法の違いも影響する。例えば、等方圧加圧成形は、黒鉛材料に均等に圧力を加えることができるため、黒鉛製品の密度を高くすることができ、内部空隙を減らすことができる。

3.焼結温度と時間

焼結プロセスでは、温度と時間の制御が重要な影響を及ぼす。より高い焼結温度と適切な保持時間は、黒鉛粒子の結晶化と融合を促進し、気孔率を減少させ、その結果、密度を高めることができる。

4.気孔率：

黒鉛の気孔率は密度に直接影響する。気孔率が高いほど密度は低くなる。気孔の形成は、原料の特性、調製時のガスの排出、焼結時の収縮などの要因に関係すると考えられる。

5.不純物含有量

グラファイトに不純物が多く含まれると、結晶構造の完全性とコンパクト性に影響を及ぼし、結果として密度が低下する。

6.黒鉛化の程度

黒鉛化の度合いが高ければ高いほど、黒鉛の結晶構造はより完全なものとなり、それに伴って密度も高くなる。

黒鉛の密度測定方法

1.アルキメデスの原理（排水法）。

アルキメデスの原理によれば、液体中の物体が受ける浮力は、その物体が液体から排出する重量に等しい。空気中の黒鉛の重さと水中の黒鉛の重さ（浮力）を測定することにより、黒鉛の体積を計算することができる。そして、その質量と組み合わせることで、結果が導かれる。

2.ピクノメーター法

既知の体積のピクノメーターに液体（水など）を満たしたときの質量と、液体を満たした後に液体が溢れた後に残った質量を測定することにより、黒鉛試料の体積を密度として算出することができる。

3.直接測定法（規則的な形状の黒鉛試料の場合）

規則的な形状のグラファイト試料（立方体、立方体、円柱など）については、大きさを直接測定し、体積を計算することができる。次に、質量と組み合わせて密度を計算することができる。

グラファイトと同種の炭素材料の密度の比較

活性炭VSグラファイト

活性炭は 炭素材料 多孔質構造を持つ。細孔構造が多いため、活性炭の密度は比較的低く、一般に0.5～0.9g/cm³程度である。一方、グラファイトは活性炭よりもはるかに密度が高い。

ダイヤモンドVSグラファイト

常温常圧でのダイヤモンドの密度は約3.5～3.53g/cm³である。したがって、ダイヤモンドの密度はグラファイトの密度よりも大きい。

カーボンファイバー VS グラファイト

炭素繊維の密度は通常1.7～2.2g/cm³であるが、その密度は繊維の種類や調製工程によって異なる。そのため、黒鉛は密度範囲において炭素繊維と部分的に重なる。

カーボンナノチューブVSグラファイト

カーボンナノチューブは筒状の炭素材料であり、その密度はチューブの直径、チューブの肉厚などの要因に依存する。単層カーボンナノチューブの密度は約1.3～1.4g/cm³である。黒鉛はカーボンナノチューブより密度が高い。

工業生産における黒鉛密度の重要性

パフォーマンス評価： 黒鉛の密度は、その物理的性質と密接な関係がある。通常、密度が高いほど機械的強度、耐摩耗性に優れる、 電気 導電率など。黒鉛の密度を測定することにより、特定の用途における黒鉛の性能を事前に評価することができ、適切な黒鉛材料を選択するための基礎となる。

品質管理黒鉛製品の製造工程において、密度は重要な品質指標である。黒鉛製品が期待される密度範囲に達するように製造工程パラメータを制御することで、製品の品質安定性と一貫性を保証することができる。密度が満足できない製品は、使用時の性能と寿命に影響を及ぼす可能性がある。

結論

要約すると、グラファイトの密度は、その機械的特性、ひいては工業的用途を決定する極めて重要な要素である。グラファイトの潜在的な用途は様々な分野に広がっており、産業界におけるグラファイトの存在感はますます高まっている。