1. 흑연의 분류 및 특성
1.1 천연 흑연
천연 흑연은 지질 환경에서 고온 및 고압에 장기간 노출되어 탄소가 풍부한 유기물로 형성됩니다. 그것은 자연의 결정체이다. 천연 흑연의 가공 특성은 주로 결정 형태에 따라 달라집니다. 결정 형태가 다른 광물은 산업적 가치와 용도가 다릅니다. 천연흑연에는 여러 종류가 있습니다. 다양한 결정 형태에 따라 산업적으로 천연 흑연은 조밀한 결정질 흑연, 편상 흑연, 미결정 흑연의 세 가지 범주로 나뉩니다. 우리나라에는 주로 편상 흑연과 미정질 흑연이라는 두 가지 주요 범주가 있습니다.
1.2 인조흑연
인조 흑연은 결정학의 다결정 재료와 유사합니다. 인조 흑연에는 다양한 종류가 있으며, 생산 공정도 매우 다양합니다. 유기물을 탄화시킨 후 고온 흑연화 과정을 거쳐 얻은 모든 흑연재료를 넓게 보면 탄소(흑연)섬유, 열분해탄소(흑연), 발포흑연 등 인조흑연이라고 할 수 있다. 좁은 의미로 인조흑연은 일반적으로 불순물 함량이 낮은 탄소질 원료(석유코크스, 피치코크스 등)를 골재로 하고, 콜타르피치를 바인더로 사용하여 배치(Batching), 혼합, 성형, 탄화(공업적으로는 하소), 흑연화 등의 공정을 거쳐 생산된 괴상형 고체물질을 말한다. 예로는 흑연 전극과 열간 등압 성형 흑연이 있습니다.
2. 천연흑연과 인조흑연의 차이점과 연관성
천연흑연을 원료로 제조된 인조흑연은 일반적으로 협의의 의미로 사용되는 점을 고려하여, 본 분석에서는 이러한 협의의 천연흑연과 인조흑연의 차이점과 연관성에 중점을 두고자 한다.
2.1 결정 구조
천연 흑연: 결정 개발이 비교적 완료되었습니다. 편상 흑연의 흑연화도는 98% 이상인 반면, 천연 미결정 흑연의 흑연화도는 일반적으로 93% 미만입니다.
인조흑연: 결정발현 정도는 원료와 열처리 온도에 따라 달라집니다. 일반적으로 열처리 온도가 높을수록 흑연화 정도가 높아집니다. 현재 공업적으로 생산되는 인조흑연의 흑연화도는 보통 90% 이하이다.
2.2 미세구조
천연 플레이크 흑연: 결정학적 결함(점 결함, 전위, 적층 결함 등)만 포함하고 거시적으로 이방성 특성을 나타내는 상대적으로 단순한 미세 구조를 갖는 단결정입니다. 천연 미결정 흑연은 불순물 제거 후 결정립이 작아지고 결정립이 무작위로 배열되며 기공이 생겨 육안으로 등방성 특성을 나타냅니다.
인조흑연 : 석유코크스, 피치코크스 등의 탄소질 입자로부터 변형된 흑연상, 입자를 둘러싸는 콜타르 바인더로부터 변형된 흑연상, 콜타르 바인더의 입자 축적 또는 열처리 후에 형성된 기공을 포함하는 다상물질로 간주할 수 있다.
2.3 물리적 형태
천연흑연 : 보통 분말 형태로 존재하며 단독으로 사용하기도 하지만, 다른 물질과 혼합하여 사용하는 경우가 많다.
인조흑연 : 분말형, 섬유상, 블록형 등 다양한 형태가 있으나 협의의 의미로 인조흑연은 일반적으로 블록형이므로 특정한 형태로 가공하여 사용하여야 한다.
2.4 물리화학적 성질
물리화학적 특성에 있어서 천연흑연과 인조흑연은 공통점도 있지만 차이점도 있습니다. 예를 들어, 천연 흑연과 인조 흑연은 모두 열과 전기의 우수한 전도체입니다. 그러나 순도와 입자 크기가 동일한 흑연 분말의 경우 천연 편상 흑연이 열 및 전기 전도도가 가장 높고, 천연 미결정 흑연이 가장 좋으며, 인조 흑연이 가장 낮습니다. 흑연은 우수한 윤활성과 어느 정도의 가소성을 가지고 있습니다. 천연 편상흑연은 결정구조가 더욱 발달하여 마찰계수가 낮아 윤활성과 가소성이 가장 우수합니다. 그 다음은 조밀한 결정성 흑연과 미결정성 흑연이고, 인조 흑연은 최악이다.
3. 천연흑연과 인조흑연의 응용분야
흑연은 많은 우수한 특성을 가지고 있어 야금, 기계, 전기 공학, 화학 산업, 섬유 및 방위 산업에 폭넓게 응용됩니다. 천연흑연과 인조흑연의 적용분야는 어느 정도 겹치기도 하지만 서로 다릅니다.
3.1 금속산업
야금 산업에서 천연 플레이크 흑연은 우수한 내산화성으로 인해 마그네시아-탄소 벽돌 및 알루미나-탄소 벽돌과 같은 내화 재료를 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 인조 흑연은 제강에서 전극으로 사용할 수 있지만, 천연 흑연으로 만든 전극은 전기 제강로의 까다로운 작동 조건에서 사용하기 어렵습니다.
3.2 기계산업
기계 산업에서 흑연 재료는 일반적으로 내마모성 및 윤활 재료로 사용됩니다. 천연 플레이크 흑연은 윤활성이 좋아 윤활유의 첨가제로 자주 사용됩니다. 부식성 매체를 운반하는 장비에는 인조 흑연으로 만든 피스톤 링, 씰 및 베어링이 널리 사용되며 작동 중에 윤활유를 추가할 필요가 없습니다. 천연 흑연과 고분자 수지의 복합재료도 이 분야에 사용될 수 있지만 내마모성은 인조 흑연만큼 좋지 않습니다.
3.3 화학산업
인조흑연은 내식성, 우수한 열전도성, 낮은 투과성 등의 특성을 갖고 있어 화학산업에서 열교환기, 반응조, 흡수탑, 필터 등의 장비 제조에 널리 사용됩니다. 천연흑연과 고분자 수지의 복합재료도 이들 분야에 사용될 수 있지만 열전도율과 내식성은 인조흑연만큼 좋지 않다.
