グラファイト
グラファイト(graphite、石墨、黒鉛)は、炭素から成る元素鉱物。六方晶系(結晶対称性はP63/mmc)、六角板状結晶。構造は亀の甲状の層状物質、層毎の面内は強い共有結合(sp的)で炭素間が繋がっているが、層と層の間(面間)は弱いファンデルワールス力で結合している。それゆえ、層状に剥離する(へき開完全)。電子状態は、半金属的である。
グラファイトが剥がれて厚さが原子1個分しかない単一層となったものはグラフェンと呼ばれ、金属と半導体の両方の性質を持つ。
素材としては、地中鉱物として得られる天然グラファイトと、コークスにタールやピッチを加えて練和・成形・焼成・超高温結晶化処理して得られる人造グラファイトに分けられる。
天然グラファイトの採掘は、中国、スリランカのサバラガムワ、メキシコのソノラ、カナダのオンタリオ州、北朝鮮、マダガスカル、アメリカのニューヨーク州などで商業的に行われている。日本でも、かつて富山県で千野谷黒鉛鉱山が稼働していた。
硬筆(鉛筆やシャープペンシルの芯)に使われることから石墨(せきぼく)の和名を持ち、鉱物名として使われることが多い。
元素分析以前には鉛を含むと思われており、ラテン語で鉛を意味する plumbum に由来する plumbago と呼ばれていた。このため、英語で black lead 、日本語でもこれを直訳して黒鉛(こくえん)とも呼ぶ。ただし、実際には鉛はまったく含まれていない。グラファイトという名は、それが判明したのち、plumbago という名が不適切とされたことで提案されたものである。
鉄への添加物 炭素を含有する鋳鉄においては炭素がグラファイトとして晶出、その形状は冷却温度や合金成分によって異なり、グラファイトの形状により鋳鉄の特性や品質を左右する。その形状は一般的な鋳鉄、例えばねずみ鋳鉄などにおいては片状となるがダクタイル鋳鉄では球状となる。 複数の特性を活かした用途例 金属電気精錬炉(アーク炉)の電極棒(耐熱性、導電性)
電気鉄道車両のパンタグラフ摺り板、電動機電極ブラシ、車軸接地電極ブラシ(耐熱性、潤滑性、導電性)
車両用ブレーキパッド(耐熱性、潤滑性)温度上昇時の性能低下が少ない。適度な潤滑性で衝撃や騒音、摩耗が小さい。
帯電防止塗料や樹脂の基材(導電性、耐酸性、耐アルカリ性)電磁波シールド、レーダー波吸収塗料、防爆器具塗料など。
耐熱塗料や耐熱樹脂の基材(耐熱性、熱伝導性、耐酸性、耐アルカリ性)耐久性と軽量化要求が非常に厳しい航空機、軍用機器、携帯用通信機の筐体や塗料、業務用携帯用のライトや電子機器の筐体や空冷フィンなど。
耐火煉瓦の原材料、溶鉱炉や金属溶融炉の内面ライニングブロックや内面タイル(耐熱性、耐酸性、耐アルカリ性)左記特徴に加えて熱膨張率が小さいので、割損や剥離損傷を生じにくくメンテナンスコストを低減し、炉の寿命を延ばせる。