1. 黒鉛の分類と特徴
1.1 天然黒鉛
天然黒鉛は、地質環境で高温高圧に長期間さらされると、炭素が豊富な有機物から形成されます。それは自然の結晶です。天然黒鉛の加工特性は主にその結晶形態に依存します。結晶形態が異なる鉱物には、異なる工業的価値と用途があります。天然黒鉛には多くの種類があります。さまざまな結晶形態に基づいて、工業的には、天然黒鉛は、緻密結晶性黒鉛、鱗片状黒鉛、隠微結晶性黒鉛の 3 つのカテゴリに分類されます。私の国では、主に鱗片状黒鉛と隠微結晶黒鉛の 2 つのカテゴリーがあります。
1.2 人造黒鉛
人造黒鉛は、結晶学における多結晶材料に似ています。人造黒鉛には多くの種類があり、その製造方法も大きく異なります。広義には、炭素（黒鉛）繊維、熱分解炭素（黒鉛）、発泡黒鉛など、有機物を炭化し、高温で黒鉛化して得られる黒鉛材料を総称して人造黒鉛と呼びます。狭義の人造黒鉛とは、通常、不純物の少ない炭素質原料（石油コークス、ピッチコークスなど）を骨材とし、コールタールピッチをバインダーとして用い、バッチ化、混合、成形、炭化（工業的には仮焼と呼ばれる）、黒鉛化等の工程を経て製造される塊状の固体材料を指します。例としては、グラファイト電極や熱間静水圧加圧グラファイトが挙げられます。
2. 天然黒鉛と人造黒鉛の違いと関連性
天然黒鉛から製造される人造黒鉛は通常狭義であることを考慮すると、この分析では、この狭義の人造黒鉛と天然黒鉛の違いと関連性に焦点を当てます。
2.1 結晶構造
天然グラファイト: 結晶の発達は比較的完了しています。鱗片状黒鉛の黒鉛化度は 98% 以上ですが、天然微結晶黒鉛の黒鉛化度は通常 93% 以下です。
人造黒鉛：結晶の発達の程度は原料と熱処理温度によって異なります。一般に、熱処理温度が高いほど黒鉛化度は高くなります。現在、工業的に生産されている人造黒鉛の黒鉛化度は通常90％以下です。
2.2 微細構造
天然鱗片状黒鉛：結晶欠陥（点欠陥、転位、積層欠陥など）のみを含み、巨視的に異方性を示す比較的単純な微細構造を有する単結晶。天然微結晶黒鉛は、不純物を除去した後の粒子が小さく、ランダムに配列し、細孔があり、巨視的に見て等方的な特性を示します。
人造黒鉛：石油コークスやピッチコークスなどの炭素質粒子から変態した黒鉛相、粒子周囲のコールタールバインダーから変態した黒鉛相、粒子の蓄積やコールタールバインダーの熱処理後に形成された細孔などを含む多相材料と考えることができます。
2.3 物理的形態
天然黒鉛：通常は粉末状で存在し、単独で使用できますが、通常は他の材料と組み合わせて使用されます。
人造黒鉛：粉末状、繊維状、ブロック状などさまざまな形状がありますが、狭義の人造黒鉛は通常ブロック状であり、使用するには特定の形状に加工する必要があります。
2.4 物理化学的性質
物理化学的特性の点では、天然黒鉛と人造黒鉛にはいくつかの共通点がありますが、相違点もあります。たとえば、天然グラファイトと人造グラファイトはどちらも熱と電気の良好な伝導体です。しかし、同じ純度および粒子サイズの黒鉛粉末の場合、天然鱗片状黒鉛が最も優れた熱伝導率および電気伝導率を有し、次に天然微結晶黒鉛、最も低いのは人造黒鉛である。グラファイトは優れた潤滑性とある程度の可塑性を備えています。天然フレークグラファイトは結晶構造がより発達しているため、摩擦係数が低くなり、最高の潤滑性と最高の可塑性をもたらします。次に緻密な結晶性黒鉛と隠微結晶性黒鉛が続き、人造黒鉛が最悪です。
3. 天然黒鉛および人造黒鉛の応用分野
グラファイトは多くの優れた特性を備えているため、冶金、機械、電気工学、化学産業、繊維、防衛産業に幅広く応用されています。天然黒鉛と人造黒鉛の応用分野はある程度重複しますが、異なる点もあります。
3.1 冶金産業
冶金産業では、天然フレークグラファイトは耐酸化性に優れているため、マグネシアカーボンレンガやアルミナカーボンレンガなどの耐火材料の製造に使用できます。人造黒鉛は製鋼の電極として使用できますが、天然黒鉛から作られた電極は電気製鋼炉の厳しい運転条件で使用するのが困難です。
3.2 機械産業
機械産業では、グラファイト材料は耐摩耗性および潤滑材料として一般的に使用されています。天然鱗片状黒鉛は潤滑性に優れ、潤滑油の添加剤としてよく使用されます。腐食性媒体を輸送する機器には、運転中に潤滑油を添加する必要がない人造黒鉛製のピストンリング、シール、軸受が広く使用されています。天然黒鉛と高分子樹脂の複合材料もこの分野で使用できますが、耐摩耗性は人造黒鉛には及びません。
3.3 化学産業
人造黒鉛は耐食性、熱伝導率の良さ、透過性の低さなどの特徴を持ち、化学工業の熱交換器、反応槽、吸収塔、フィルターなどの機器の製造に広く使用されています。天然黒鉛と高分子樹脂の複合材料もこれらの分野で使用できますが、熱伝導率や耐食性は人造黒鉛には劣ります。
