CARBON
カーボン
カーボンの紹介
カーボン(Carbon)とは
カーボン(Carbon)は「元素記号:C」の元素で、炭素を意味します。
カーボン = 炭素
炭素の元素だけから成る一定の結晶構造を持つ物質には、「グラファイト(黒鉛)」や「ダイヤモンド」があります。どちらも元素記号 C であらわせる物質ですが、構成する原子配列や結晶様式が異なるため、炭素の同素体※と呼びます。
また、炭素化合物(一部を除いた有機化合物)を蒸し焼きにすれば、炭素が得られることから、「炭素繊維(カーボンファイバー)」・「木炭/活性炭」・「コークス」など、きちんとした結晶構造を持たない無定形炭素があり、出発原料の違いにより性質や名称が異なります。
これら、炭素および炭素を主成分とする製品を総称して、一般的に「カーボン」と呼ばれています。また、一部のコミュニティでは、炭素繊維(カーボンファイバー)を利用したカーボンコンポジット製品を「カーボン」と略して呼ぶ傾向もあるようです。
その他では、炭素および炭素化合物を空気中で燃やすと、酸素と結びつき二酸化炭素(co2)が発生しますから、この二酸化炭素(Carbon Dioxide:カーボン・ダイオキサイド)の略語から、「カーボン・オフセット」や「カーボン・ニュートラル」など、“カーボン”と名の付く言葉も生まれています。また、二酸化炭素の排出が少ない社会のことを「低炭素社会」とも呼びますが、語源は同じです。
※ 炭素の同素体には、サッカーボール状の構造を持った「フラーレン(C60など)」、グラファイトを円筒状に丸めたような構造の「カーボンナノチューブ」、ダイヤモンドよりも硬い「ロンズデーライト」などもあります。
グラファイト(Graphite)とは
グラファイトは、六角形格子状に結合している炭素原子のシートが積層している、カーボン(炭素)だけから成る物質で、黒鉛(またはカーボングラファイト)とも呼びます。
グラファイト = 黒鉛
グラファイトには、天然の鉱物から採れる天然黒鉛(石墨)と、石油・石炭系の原料からつくられる人造黒鉛があります。
この材料は、鉛筆の芯の原料にも使われていますから、まず黒いこと、軽いこと、電気を通すなど、大体どんな材質なのか想像できるかと思います(鉛筆の芯は、黒鉛粉末と粘土を捏ねて成形・焼成したものです)。
人造黒鉛ブロックの作り方は、一般に原料の石油コークスやピッチコークを粉砕機で粒子状にしてメッシュで分級、これにコールタールピッチを加えてペースト状に捏合、それから成形 → 焼成 → 黒鉛化のプロセスを経て黒鉛材料になります。この製法から分かるように、グラファイトは黒鉛結晶構造をもつ炭素粒子の焼結体です。
尚、グラファイトは、弊社で主に取り扱うカーボン素材のひとつになります。
⇒ グラファイト材とカーボン材の写真見本は、こちらをご覧下さい
⇒ 炭素材および炭素製品については、こちらに詳しく書いてありますので参照してください。
グラファイトの特徴
(1) 熱に対する性質が優れている。
耐熱性、熱伝導性が有り、急激な熱変化にも耐えられます。高温で寸法変化が少なく、また、高温下で強度が増します。
(2) 電気を通す(導電性)
モーターのブラシ、電池の電極、パンタグラフのすり板(電車の集電装置部品)など、各種電極材として電気部品に使われるのはこの性質が有るからです。また、グラファイトの電気抵抗を利用して、電磁誘導加熱の発熱体や、直接電気を流して高温炉の発熱体(ヒーター)としても使用します。
(3) 軽くて加工が容易
アルミより軽く、精密な機械加工も容易に行えます。
(4) 耐薬品性がある。
常温では、ほとんどの酸・アルカリに耐え、ガラス、石英とも反応しません。また、ほとんどの融解金属と反応しない性質があります。
(5) 自己潤滑性がある。
自己潤滑性で相手部品をいためず、機械用軸受や摺動シール材(ベーン・メカニカルシール)等で使用されています。
※このような他の材料には無い優れた特性が有りますから、半導体・電機・自動車、航空宇宙などの各産業で幅広く使用されています。
グラファイトの種類について
グラファイトは、成形方法の違いから CIP材(シップざい)・押出材・モールド材の、3つの種類に分類されます。成形後は焼成 → 黒鉛化のプロセスを経て、黒鉛構造の組織になります。
■CIP材 ※CIP = Cold Isostatic Press(冷間静水圧プレス)
等方性黒鉛とも呼ばれます。成形は原料をゴムの容器型に入れ、6面を等圧でプレスする方法ですから、力が均一に掛かり、どの面も強度にバラツキの少ない材料です。きめ(肌理)が細かく、他の成形方法に比べ機械的特性は優位です。
■押出材
異方性黒鉛です。成形は原料を押出型に入れ、片方から圧力をかけノズルから押し出す方法で作るので、このように呼びます。きめ(肌理)が荒いですが、炉材のプレート・トレーなどの大きいものや簡易的使用用途には優れた効果が出る場合もあります。
■モールド材(型押材)
原料を金型に入れ、プレスして成形します。このためプレス面と他の面との強度に差があります。小型材料の大量生産方式に適した成形方法です。
その他カーボン材について
■CFRP(炭素繊維強化プラスチック)
炭素繊維(CF)と樹脂(主にエポキシ等の熱硬化性樹脂)の複合素材で、カーボンコンポジットとも呼ばれています。比重が1.5~1.8ですから鉄の7.8に比べ軽量な素材で、同じ質量であれば非強度・非弾性率とも鉄より優れた特性があります。ただ、マトリックス(母材)が樹脂のため、表面の硬さ・耐熱温度・耐薬品性などの性質は、使用する樹脂に影響されます。
■C/Cコンポジット(炭素繊維強化炭素複合素材)
炭素繊維と炭素または黒鉛マトリックスの先進複合材料で、通常のグラファイト材よりも強度、耐衝撃性が優れています。この特性を利用して、F1や航空機のブレーキ材(ディスクロータ・パッド)、ロケットのノズル部などに採用されています。
炭素繊維を基材に樹脂あるいはピッチを含浸させ、焼成して炭素化(必要に応じて黒鉛化)する含浸法、あるいは炭素繊維基材に炭化水素を熱分解して得られる炭素を沈積させるCVD法によって製造されています。
■グラファイトシート(黒鉛シート)
シート状に成形したグラファイト材で、高い熱伝導率、軽量で熱に強いなどの特性があります。ガスケット・パッキンなどのシール用、クッション・スペーサー用、電子部品の放熱用などの用途で使用されます。“膨張黒鉛シート”と“黒鉛化高分子フィルム”の2タイプを扱っています。
■放電加工用グラファイト
放電加工機の電極用グラファイト材です。銅電極と比較すると軽量で切削性が良いですから中~大型電極に適し、荒・中仕上・仕上など各種グレードの放電加工用グラファイト材があります。
■ガラス状カーボン(ガラス状炭素・グラッシーカーボン)
ガラスではなく熱硬化性樹脂を炭素化した素材で、気体を通さない、電気を通す、酸性に強い、耐摩耗性があるなどの特徴があります。ショア硬度が100(HS)以上と硬く、かさ密度は1.5g/cm3前後、板厚が数mm程度の素材です。
性能は少し落ちますが、グラファイト製品にガラス状カーボンを表面処理することも可能です。
■黒鉛粉末
天然黒鉛を粉砕・粒子化した鱗状(りんじょう)黒鉛粉末や土状(どじょう)黒鉛粉末のほか、石油・石炭燃料より作られた人造黒鉛の粉末などがあります。
■特定用途向けカーボン
燃料電池用、半導体製造プロセス用、軸受用、摺動シール用、電動モータのブラシ用など、特定用途向けの特殊カーボン材があります。
※カーボン材とカーボン製品については、こちらよりお気軽にお問い合わせください。
炭素製品の概要
炭素とは、原子番号 6、元素記号 C の元素です。
有機物の主な構成元素は炭素であり、ほとんどの有機物は炭素化合体として存在しています。これらの有機物を不活性雰囲気の環境下で加熱(800℃~1000℃)すると、熱的に分解され炭素が得られます(炭素を空気中で加熱すると、400~500℃あたりから酸化が始まり蒸発します)。これらから得られた炭素は、石炭・コークス・木炭・煤(すす)のように、微小な黒鉛結晶の構造をした不規則な炭素の集合体であるため、無定形炭素と呼びます。また、ほとんどの有機物は炭素の原料にもなり、様体は気相・液相・固相とありますから、多種多様の無定形炭素が存在することになります。
また、規則的な原子配列を持つ炭素の結晶体については、ダイヤモンド・グラファイト(黒鉛)・グラフェンなど炭素の同素体があり、無定形炭素と区別して扱われます。これら炭素の同素体は、炭素原子の結合状態により性質が大きく異なります。例えば、グラファイトは炭素の原子が横方向に結合しているシート状のものが積層している構造なので、水平方向の力に弱いですが、ダイヤモンドは炭素の原子同士が3次元的に結合しているので、どの方向からの圧力にも耐えることが出来ます。電気的性質を見ると、グラファイトは電気を通しやすい電気伝導体ですが、ダイヤモンドは広いエネルギーギャップを持つため絶縁体です。
これらを総称して「炭素製品」あるいは「カーボン製品」と呼び、同じ炭素製品の中でも大きさ・形状・特性値などにより、かなり多くの種類に分類されています。一見して分かりづらいと思える炭素製品でも、大きく分ければ上記の「無定形炭素」と「炭素の同素体」、そして、「炭素製品と他素材の複合材」くらいしか存在しないので、使用用途から絞って行けば目的の炭素製品が必ず見つかるはずです。
一般に“カーボン”というと、フォーミュラ・ワン(F1:世界最高峰自動車レース)や航空機の機体などに使用されているCFRP(炭素繊維強化プラスチック)を指すことも多い様ですが、CFRPは炭素繊維の束とプラスチックの複合素材であり、弊社が取り扱うカーボン製品の一部の素材になります。また、カーボングラファイト(黒鉛)という素材は、鉛筆の芯(黒鉛粉末と粘土を捏ねて成形・焼成したもの)というグラファイトの応用製品が身近にありますので、大体どんな材質なのか想像できると思います。
弊社では高純度のカーボングラファイトを中心に、様々なタイプの炭素製品を取り扱っています(材質を指定する際にはご留意ください)。また、カーボンの材質が不明な場合は、お客様より伺った用途や使用条件等の情報をもとに、材質選定にもご協力させて頂きます。先ずはお気軽にお問い合わせ下さい。
炭素および炭素材について
炭素材および炭に関連した物質を、リストアップしたものです。※下線は弊社取扱い品
- 炭素(たんそ):原子番号 6・元素記号Cの元素
- カーボン(Carbon):英語で炭素の意味
- 黒鉛(こくえん):炭素の同素体。黒い鉛と書くが鉛成分は含まれていない
- 黒煙(こくえん):有機物が不完全燃焼の時に発生する煙で、炭素が主成分
- グラファイト(Graphite):英語で黒鉛の意味
- 石墨(せきぼく):黒鉛からなる天然の鉱物。鉛筆の芯にも使用されるので石墨と呼ぶ
- 黒鉛粉末:天然黒鉛または人造黒鉛を粉末状に粉砕し分級したもの
- 木炭(もくたん):木材を炉の中で蒸焼きにしたもの。低規則性炭素
- 石炭(せきたん):化石燃料。人造黒鉛の原料にもなる
- 活性炭(かっせいたん):木材や椰子殻などの有機物を、固相のまま炭素化したもの
- 墨(すみ):油煙や松煙などから採取した煤(スス)を膠(ニカワ)で練り固めたもの
- 炭(すみ):狭義では木炭・竹炭など、広義では炭素を主成分とする燃料全般を指す
- ダイヤモンド:炭素の同素体。原子の結合状態が密で硬度が高い
- 炭素繊維:ポリアクリルニトリル繊維やピッチ系繊維を高温で焼成し炭素化したもの
- CFRP(炭素繊維強化プラスチック):炭素繊維と樹脂の複合素材
- 植物性炭素繊維:綿花やセルロースなどの植物繊維を高温で焼成し炭素化したもの
- C/Cコンポジット(シーシーコンポジット):炭素繊維と炭素の複合素材
- カーボンブラック:無定形炭素質の微粒子。主にゴムの原料で使われる
- 炭素鋼:鉄と炭素の合金
- 二酸化炭素:炭素の酸化物(気体は炭酸ガス・固体はドライアイス)
- グラフェン:炭素の同素体
- フラーレン:炭素の同素体(新素材)
- カーボンナノチューブ:炭素の同素体(新素材)
- カーボンナノホーン:炭素の同素体(新素材)
カーボン材の見本
人造黒鉛(CIP成形材)
【説明】
原料になる数μm~数10μmの炭素粉末とバインダ(結合材)を冷間静水圧プレスで成形。その後、約3,000℃で黒鉛化した素材
【特徴】
肌理が細かい、押出し成形材に比べ長寿命
【用途】
機械構造用・半導体製造プロセス用・黒鉛ルツボなど幅広い
人造黒鉛(押出し成形材)
【説明】
原料になる炭素粉末とバインダ(結合材)を押出型にて成形。その後、約3,000℃で黒鉛化した素材
【特徴】
肌理がやや粗い、CIP材より低コスト
【用途】
精錬用電極材、高温炉のトレー材など
CFRP(炭素繊維強化プラスチック)
【説明】
炭素繊維と樹脂の複合材
左写真は、プリプレグ法で成形したドライカーボンのクロス材。炭素繊維の向きが一方向のUD材もある
【特徴】
アルミより軽量・高引張強度・高弾性・X線透過など。
【用途】
医療(X線)、航空宇宙・自動車レース・スポーツ用品など
C/Cコンポジット(炭素繊維強化炭素複合素材)
【説明】
炭素繊維と炭素の複合材
【特徴】
炭素繊維の高弾性と炭素の耐熱性を併せもつ
【用途】
航空宇宙産業・自動車レース用ブレーキ・角ルツボなど
放電加工用グラファイト電極
【説明】
放電加工機用の電極材
【特徴】
肌理が細かい・加工性が良い・銅電極より軽量・銅電極では加工不可な深堀りの形状も可
【用途】
放電加工機の電極材
グラファイトシート
【説明】
シート状のグラファイト(黒鉛)。出発原料(膨張黒鉛 or 高分子フィルム)により特性が一部異なる。
【特徴】
高い熱伝導性、高いシール性能
【用途】
ガスケットやパッキンなどのシール材、放熱や熱伝達の媒体など
※ 掲載している素材の写真はイメージです。
※ ご希望によりサンプル片のご提供もいたします(一部有料)
※ カーボン材とカーボン製品については、こちらよりお気軽にお問い合わせください。
商品紹介
時代先端のテクノロジーとして産業用に利用されている、本物のカーボンファイバーを使用した、見た目もクールなグッズたちです。
財布・小物
革製品のステッチ(縫い目)カラーは、「ブラック」または「レッド」からお選びいただけます。
ロゴ入れが可能です。工程…約2週間~(版代他別途費用が掛かります)
長財布
■ CARBON 長財布 ■
カーボン×レザーの「長財布」
本革素材とソフトカーボンがコラボした長財布です。
カーボンのクロス柄がアクセント。
カーボン好きなら持つ悦びと、使う喜びが湧いてきそうなアイテムです。
カードも紙幣もたくさん収納できます。
Product by CARBON-izm
二つ折り財布
■ CARBON 二つ折り財布 ■
カーボン×レザーの「二つ折り財布」
本革素材とソフトカーボンを組み合わせた、二つ折り財布です。
本物のカーボンクロスは、眺める角度によって織り柄が様々に変化して見えます。
他の素材には無いカーボン独特の風合いがありますので、見ていて飽きのこないアイテムだと思います。
もちろん、お財布の機能もじゅうぶんあります。
Product by CARBON-izm
名刺入れ
■ CARBON 名刺入れ ■
カーボン×レザーの「名刺入れ」
本革素材とソフトカーボンを組み合わせた、名刺入れです。
・素材:本革×カーボン
・カラー:ブラック
・サイズ:W110×H15×D75mm
・日本製
・専用ケース付属
カーボンクロスの一本に見える糸は、直径数ミクロンの繊維を数千本まとめた炭素繊維の束です。この繊維の束を、タテ・ヨコ交互に編んでいくことにより、カーボン独特の質感に見えます。
Product by CARBON-izm
ステーショナリー・雑貨
システム手帳
■ CARBON システム手帳 ■
カーボン×レザーのシステム手帳
本革とカーボンのシステム手帳バインダー、ワイドリフィルに対応しています。
カーボン素材はワンポイントで使用されておりますが、デザイン的には“本革素材”より“カーボンクロス”の存在が勝ってみえます。
・ワイドリフィル対応・6穴システム手帳用バインダー
・素材:本革×カーボン
・カラー:革:ブラック 赤ステッチ
・対応リフィルサイズ:6穴バイブル・6穴ワイドタイプリフィル
・フランクリンプランナー用リフィル対応:コンパクトサイズ
・サイズ:高さ192mm×幅140mm×リング径 25mm
Product by CARBON-izm
スケール
■ ドライカーボン製定規 150mm ■
CFRP(炭素繊維強化プラスチック)製のミニスケール
クロス柄の本体にホワイトの目盛線が斬新でクール。
ドライカーボンは、熱膨張係数が低い材料なので、伸び縮みしにくい(狂いが少ない)性質があります。
さらに弾性係数が高く曲がりにくい特性がありますので、軽量でありながら堅牢です。
Product by CARBON-izm
ボールペン
カーボン軸のノック式ボールペン。
CBC002
- 商品内容:CBC002=1本・化粧箱=1箱
- ボールペン(黒)
- 全長140mm・軸の直径11mm・重量34g
- 化粧箱サイズ:長さ185mm×幅45mm×高さ22mm
カーボンのキャップ式ボールペン。
CBA001
- 商品内容:CBA001=1本・化粧箱=1箱
- ボールペン(黒)
- 全長140mm・軸の直径12mm・重量50g
- 化粧箱サイズ:長さ185mm×幅45mm×高さ22mm
カーボン軸のボールペン。スクリューキャップタイプ。
CBC001
- 商品内容:CBC001=1本・化粧箱=1箱
- ボールペン(黒)
- 長さ135mm・直径11mm・重量30g
- 化粧箱サイズ:長さ185mm×幅45mm×高さ22mm
※ 現行のロットは外したキャップが軸に付かないタイプに仕様変更されております。
Product by CARBON-izm
バッグ・カバン
本物のカーボンファブリック(炭素繊維の織物)に柔らかい透明樹脂をコートしたソフトカーボンを使用し、様々な天然皮革や織物生地が組み合わせられる、オリジナルのバックです。
ソフトカーボンバッグ ※試作品
炭素繊維は、低燃費ジェット旅客機や自動車最高峰レース(F1)のボディにも採用されている時代先端の素材であり、機能面では軽量で引張りに強いカーボン(炭素繊維)特有の性質、デザイン性では眺める角度によって様々に変化するカーボン独特の織り目などが特徴です。
このカーボン生地は、弊社で試行を繰り返し、見た目や耐久性を向上させたファブリックを使用しています。
なお、現時点で販売価格・時期は未定となっております。
このソフトカーボンバックに、ご興味がありましたらお声掛けください(オーダーメイドも承ります)。
カーボン・グラファイトの精密機械加工に関するお問い合わせは、
お電話・メールにて承っております。
カーボン加工 | グラファイト加工 | マシニングセンタ | NCフライス | 精密CNC旋盤 | 精密CNC平面研削 | フライス盤 | 普通旋盤 | サーフェイス研磨 | センタレス研磨 | 2.5・3次元モデル
カーボン材全般 | グラファイト製品 | 高温度・高温炉用部材 | 半導体製造装置用部材 | 黒鉛ルツボ・発熱体 | 太陽電池製造用部材 | 燃料電池用分離板 | 焼結用黒鉛鋳型 | カーボンブラシ | 電極板・電極棒 | 放電加工用電極 | 中性子反応装置部材 | 航空宇宙産業用機材 | 軸受・摺動材
- ご質問やご相談に関することなど
お気軽にご相談ください - TEL:03-3591-6245 TEL:03-3591-6245 FAX:03-3591-1071 FAX:03-3591-1071