기타 그라파이트란 ? 흑연구조에 대한 설명입니다.
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작성자 DURU Carbon ENG 댓글 0건 조회 1,026회 작성일 22-04-07 11:08본문
안녕하세요.
30년 경력의 카본 그라파이트 전문 제조업체 두루 카본 ENG입니다.
30년 넘게 그라파이트를 제조하면서 쌓인 노우하우 그리고 해외 선진 국가들의 그라파이트 활용 사례등을 시간이 허락하는 대로 포스트 할까 합니다.
일반 실생활에는 크게 사용되지 않는 생소한 재질인 그라파이트에 대해서 조금이나마 알고 있는 지식을 공유하고자 합니다.
그럼 우선적으로 그라파이트란 ?? 그리고 흑연구조에 대해서 설명드리고자 합니다.
최대한 쉽게 쉽게 (실은 전문 지식이 없어요....ㅜㅜ) 설명 드리도록 하겠습니다.
카본 :
요즘 참 쉽게 일상 생활에서 접할 수 있는 신소재 입니다. 하다못해 고가의 자전거에도 사용되고, 낚시대에도 사용되고, 심지어 항공, 우주, 그리고 자동차등에도 사용됩니다. 고가의 스포츠 용품들은 거의 다 카본이 들어간다고 봐도 무방합니다. 베드민턴 라켓, 골프채, 양궁화살, 하다못해 스포츠 내의 등에도 카본이 들어갑니다.
무엇인가 고성능이고, 고기능이고, 카본제를 사용하면 얄미운 라이벌을 이길 수 있을것 같고, 그런 이미지의 신소재 재질이 바로 카본입니다. 물론 항공기 날개 소재로 사용되기도 하고, 경주용 자동차에도 엄청나게 많이 사용되어집니다.
하지만, 카본이란 재질은 실상은 탄소 가루 (숯가루 혹은 탄가루)를 뭉쳐놓은것이라고 보면 됩니다. 이런 뭉친 탄소 가루를 실로 뽑아서 만든것이 탄소 섬유이고, 이것을 직조한것이 카본 시트 입니다. 위에 나열한 대부분의 제품들이 이런 탄소 시트를 한땀 한땀 잘라서 이어 붙이고, 레진을 함침해서 구워낸 재품입니다.
어지간한 강도와, 비철금속보다 더 가벼운 특성으로 고성능 운송장치나 스포츠 용품에 많이 사용되어집니다.
그리고 이러한 카본을 뭉쳐놓은것이 그라파이트....는 아닙니다. ^^
그라파이트 :
위에 카본에 대한 설명에서 말씀드린대로 카본이란 물질은 탄소 가루를 뭉쳐놓은 것 에 가깝습니다. 따라서 카본내의 탄소 원자의 배열 역시 불규칙적일 수 밖에 없습니다. 즉 불규칙한 탄소 원자의 배열로 인하여 아주 강한 강도가 나오지 않고, 탄성 또한 좋지 안습니다. (물론 골프채, 낚시대 등의 탄성이 좋은 재품도 일부 있기는 합니다) 이러한 카본 뭉치를 비활성 기체하에서 3000도의 고온으로 장기간 구워낸것이 그라파이트 입니다.
불활성 기체란 아르곤과 같이 연소되지 않는 기체를 말합니다. 이러한 기체를 채운 고온 챔버에서 카본 덩어리를 약 2500도 ~ 3000도 온도에서 몇달동안 구워내어 만드는 것이라서 카본 보다는 상대적으로 매우 고가 입니다. 조금 더 전문적으로 말씀드리면 침상코크스(Needle Coke)가 주원료로 사용되고, 카본 바인더 물질이 첨가되어서 몇달에 걸쳐서 비활성 상태로 구워내는것이 그라파이트이며, 이때 블럭 또는 원통형으로 형태를 만들고, 압력을 가하는 방향에 따라서 등방성, 이방성 (Extruded Graphite / Isostatics Graphite)로 나뉘게 됩니다.
전세계에서 이러한 그라파이트를 만드는 회사는 매우 많은데, 그중에서 유명한 회사가 있는 나라들은 독일, 프랑스, 우크라이나, 러시아, 중국 그리고 일본입니다. 이중 일본 회사는 우리나라의 고가 시장은 거의 싹쓸이하고 있는 상황이라서 수입 대체가 매우 시급합니다. (참고로 우리회사는 가급적 일제 재료를 사용 안할려고 노력중에 있으나, 그게 쉽지 않습니다.)
그러면, 이러한 고가의 그라파이트가 왜 산업현장에서 많이 사용되는지는 아래 그라파이트가 가지고 있는 특성을 알면 이해하실 수 있습니다.
1. 내열성 : 매우 고온에서도 열충격에 강합니다. 다시 말해서 비활성상태에서는 3,000도 이상의 고온에서도 끄덕 없습니다.
2. 열팽창성이 낮다 : 일반 상식으로는 열이 가해지면 물체는 팽창합니다. 이를 열팽창성이라고 하는데,
그라파이트는 고온에서도 팽창하는 비율이 매우 낮습니다. 따라서 고온상태에서 정밀한 작업을 할때
그라파이트를 애용합니다.
예를 들어서 금괴를 만들때 사용하는 금형은 거의 100% 그라파이트입니다. 1000도가 넘는 금 용융액을
금형에 부었을때 금형이 열팽창하면, 금괴 모양이 커지죠 ? 이러한 현상을 막기 위하여 그라파이트 금형을
사용합니다.
3. 전기 전도성이 좋다. : 전기를 상당히 잘 통합니다. 물론 백금, 구리만큼은 아니지만, 가격대비 상당히 좋은 전기
전도성을 가지고 있습니다. 따라서 이를 이용하여 전극으로 사용하기도 하고, 전기 발열 히터로 많이 사용합니다.
즉, 전기를 잘 통하고 + 내열성이 좋고 + 열팽창계수가 낮고 = 공업용 히터 이렇게 됩니다.
4. 자기 윤활성이 좋다 : 이 말은 특별한 윤활유나, 윤활제가 없더라도 그 자체로도 잘 미끄러집니다. 옛날 연필심을
깍은 가루가 미끌미끌하고 경칩등에 바르면 삐그덕 소리가 안났던 기억을 하시는 분도 계실듯 합니다.
이러한 특성을 살려서 공업용 베어링에 사용되기도 합니다. 이런 베어링은 특수한 환경하에서 사용하는데요,
예를 들어 인화성 물질을 취급하는 곳, 또는 원유나 천연가스등의 폭발 위험성이 있는곳, 그리고 상시 물속에서
사용해야 하는 곳 등에서 사용합니다.
실제로 외국에서는 그라파이트 베어링 + 그라파이트 실링등을 매우 많이 사용합니다.
5. 절삭성이 좋다 : 기본적으로 연필심과 비슷한 성질을 가지고 있어서 가공할때 매우 용이하게 깍입니다. (물론
죽어라 하고 가공이 어려운 그라파이트 재질도 있습니다만, 그래도 철보다는 가공성이 좋습니다. ^^)
이러한 절삭성을 살려서 EDM 가공용 전극재료로 사용됩니다. - 금형 만들때 방전가공(EDM)이라는 가공을
하는데, 옛날에는 구리를 가공해서 전극으로 사용했었으나, 이제는 그라파이트로 전극을 만들어 사용합니다.
6. 내화학성이 매우 뛰어나다 : 산이나 알카리에 반응하지 않습니다. 따라서 이러한 특수 용액을 사용하는 제조공장
혹은 산업체에서 열교환기, 베어링, 메커니컬 씰링등에 그라파이트 제품을 다량 사용합니다. 특히나
염산 제조 공정에 사용되는 노즐은 거의 100% 그라파이트 제질을 사용하여 가공합니다.
7. 정전기가 발생되지 않는다. : 이게 무척 중요한데요, 원유 시추산업등에서 사용되는 베어링이나 기타 기계적 부품에
정전기가 발생되면 잘못하면 매우 큰 재앙적인 화재 ---> 원유유출 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서 이러한
가연성 유증기가 발생되는 산업체에 그라파이트 제품이 다량으로 사용되어지며, 이들은 매우 고가의 Mechanical
그라파이트 원료를 사용하여 가공됩니다. (우리 일상생활에서 쉽게 볼수 있는 주유소의 주유기안에도 그라파이트로 된
펌프 부품이 사용되고 있습니다)
이외에 요즘 각광을 받고 있는 수소전지용 분리판 (Bipolar Plate)에 가장 적합한 재질이 바로 그라파이트이며, 반도체 산업에서
빼놓을 수 없는 실리콘 잉곳 (웨이퍼 제작용 실리콘 덩어리)를 소결하는 도가니도 역시 고순도 그라파이트로 제작됩니다.
사실 그라파이트라는 재질은 옛날부터 있어왔고, 유럽계 그라파이트 회사나 일본 그라파이트 회사를 보면은 회사 연혁이 100년이
넘는 회사들이 매우 많습니다. 또한 그라파이트 원재료에 따라서 천연 그라파이트 vs 인조 그라파이트로 나뉘며, 천연 그라파이트는
러시아, 캐나다, 스리랑크, 북한등에서 채굴되고, 인조 그라파이트는 침상 코크스를 불황성 상태에서 고온으로 태워서 만들어집니다.
간단히 다시 설명드리면, 카본은 정형화되지 않은 상태로 C 원소가 뭉친 형태라고 한다면, 그라파이트는 이들 C 원소들을
정형화된 육각형으로 재 배열한 덩어리라고 생각하시면 됩니다. 이러한 그라파이트는 탄성이 거의 없으며, 압축강도가 뛰어나고,
철보다는 가볍고 (그래도 엄청 묵직합니다) 그 특이한 물리적 전기적 화학적 특성으로 인하여 21세기 산업 현장에서 더욱 더
그 활용범위가 넓어져 가고 있습니다.
간략하게 그라파이트가 사용되는 산업군으로는
- 제강산업
- 비철금속 산업
- 연속주조 산업
- 전기 모터산업
- 풍력발전산업
- 태양광 산업
- 원전 산업
- 항공산업
- 가스터빈 발전 산업
- 수소연료전지 산업
- 반도체 산업
- OLED산업
- 원유채취산업
- 산, 알카리 제조 산업
- 특수 베어링 산업
- 진공펌프
- 금형제조산업
- 인조다이어몬드 산업
- 귀금속 제련 산업
- 철도 산업
- 유리 산업
- 기타 등등...입니다.
각 산업별 사용되는 그라파이트 종류도 다양해서, 앞으로 각 산업체별 어떤 부분에 그라파이트가 사용되고,
또한 외국의 사례는 어떠한지 알려드리겠습니다.
참고로 그라파이트의 활용범위가 매우 넓은 국가는 유럽입니다. 저희도 처음 보는 제품을 사용하기도 하고,
또한 다양한 물리적, 전기적, 그리고 화학적 특성을 가지고 있는 그라파이트 원료 생산업체도 매우 많습니다.
그리고 인건비 비싸기로 유명한 독일에서도 그라파이트 원료를 생산하고, 또 그 원료를 가지고 제품을 가공하는
것을 보면 우리나라에서 그라파이트 산업의 전망은 우리가 하기 나름이라고 굳게 믿고 있습니다.
감사합니다.
30년 경력의 카본 그라파이트 전문 제조업체 두루 카본 ENG입니다.
30년 넘게 그라파이트를 제조하면서 쌓인 노우하우 그리고 해외 선진 국가들의 그라파이트 활용 사례등을 시간이 허락하는 대로 포스트 할까 합니다.
일반 실생활에는 크게 사용되지 않는 생소한 재질인 그라파이트에 대해서 조금이나마 알고 있는 지식을 공유하고자 합니다.
그럼 우선적으로 그라파이트란 ?? 그리고 흑연구조에 대해서 설명드리고자 합니다.
최대한 쉽게 쉽게 (실은 전문 지식이 없어요....ㅜㅜ) 설명 드리도록 하겠습니다.
카본 :
요즘 참 쉽게 일상 생활에서 접할 수 있는 신소재 입니다. 하다못해 고가의 자전거에도 사용되고, 낚시대에도 사용되고, 심지어 항공, 우주, 그리고 자동차등에도 사용됩니다. 고가의 스포츠 용품들은 거의 다 카본이 들어간다고 봐도 무방합니다. 베드민턴 라켓, 골프채, 양궁화살, 하다못해 스포츠 내의 등에도 카본이 들어갑니다.
무엇인가 고성능이고, 고기능이고, 카본제를 사용하면 얄미운 라이벌을 이길 수 있을것 같고, 그런 이미지의 신소재 재질이 바로 카본입니다. 물론 항공기 날개 소재로 사용되기도 하고, 경주용 자동차에도 엄청나게 많이 사용되어집니다.
하지만, 카본이란 재질은 실상은 탄소 가루 (숯가루 혹은 탄가루)를 뭉쳐놓은것이라고 보면 됩니다. 이런 뭉친 탄소 가루를 실로 뽑아서 만든것이 탄소 섬유이고, 이것을 직조한것이 카본 시트 입니다. 위에 나열한 대부분의 제품들이 이런 탄소 시트를 한땀 한땀 잘라서 이어 붙이고, 레진을 함침해서 구워낸 재품입니다.
어지간한 강도와, 비철금속보다 더 가벼운 특성으로 고성능 운송장치나 스포츠 용품에 많이 사용되어집니다.
그리고 이러한 카본을 뭉쳐놓은것이 그라파이트....는 아닙니다. ^^
그라파이트 :
위에 카본에 대한 설명에서 말씀드린대로 카본이란 물질은 탄소 가루를 뭉쳐놓은 것 에 가깝습니다. 따라서 카본내의 탄소 원자의 배열 역시 불규칙적일 수 밖에 없습니다. 즉 불규칙한 탄소 원자의 배열로 인하여 아주 강한 강도가 나오지 않고, 탄성 또한 좋지 안습니다. (물론 골프채, 낚시대 등의 탄성이 좋은 재품도 일부 있기는 합니다) 이러한 카본 뭉치를 비활성 기체하에서 3000도의 고온으로 장기간 구워낸것이 그라파이트 입니다.
불활성 기체란 아르곤과 같이 연소되지 않는 기체를 말합니다. 이러한 기체를 채운 고온 챔버에서 카본 덩어리를 약 2500도 ~ 3000도 온도에서 몇달동안 구워내어 만드는 것이라서 카본 보다는 상대적으로 매우 고가 입니다. 조금 더 전문적으로 말씀드리면 침상코크스(Needle Coke)가 주원료로 사용되고, 카본 바인더 물질이 첨가되어서 몇달에 걸쳐서 비활성 상태로 구워내는것이 그라파이트이며, 이때 블럭 또는 원통형으로 형태를 만들고, 압력을 가하는 방향에 따라서 등방성, 이방성 (Extruded Graphite / Isostatics Graphite)로 나뉘게 됩니다.
전세계에서 이러한 그라파이트를 만드는 회사는 매우 많은데, 그중에서 유명한 회사가 있는 나라들은 독일, 프랑스, 우크라이나, 러시아, 중국 그리고 일본입니다. 이중 일본 회사는 우리나라의 고가 시장은 거의 싹쓸이하고 있는 상황이라서 수입 대체가 매우 시급합니다. (참고로 우리회사는 가급적 일제 재료를 사용 안할려고 노력중에 있으나, 그게 쉽지 않습니다.)
그러면, 이러한 고가의 그라파이트가 왜 산업현장에서 많이 사용되는지는 아래 그라파이트가 가지고 있는 특성을 알면 이해하실 수 있습니다.
1. 내열성 : 매우 고온에서도 열충격에 강합니다. 다시 말해서 비활성상태에서는 3,000도 이상의 고온에서도 끄덕 없습니다.
2. 열팽창성이 낮다 : 일반 상식으로는 열이 가해지면 물체는 팽창합니다. 이를 열팽창성이라고 하는데,
그라파이트는 고온에서도 팽창하는 비율이 매우 낮습니다. 따라서 고온상태에서 정밀한 작업을 할때
그라파이트를 애용합니다.
예를 들어서 금괴를 만들때 사용하는 금형은 거의 100% 그라파이트입니다. 1000도가 넘는 금 용융액을
금형에 부었을때 금형이 열팽창하면, 금괴 모양이 커지죠 ? 이러한 현상을 막기 위하여 그라파이트 금형을
사용합니다.
3. 전기 전도성이 좋다. : 전기를 상당히 잘 통합니다. 물론 백금, 구리만큼은 아니지만, 가격대비 상당히 좋은 전기
전도성을 가지고 있습니다. 따라서 이를 이용하여 전극으로 사용하기도 하고, 전기 발열 히터로 많이 사용합니다.
즉, 전기를 잘 통하고 + 내열성이 좋고 + 열팽창계수가 낮고 = 공업용 히터 이렇게 됩니다.
4. 자기 윤활성이 좋다 : 이 말은 특별한 윤활유나, 윤활제가 없더라도 그 자체로도 잘 미끄러집니다. 옛날 연필심을
깍은 가루가 미끌미끌하고 경칩등에 바르면 삐그덕 소리가 안났던 기억을 하시는 분도 계실듯 합니다.
이러한 특성을 살려서 공업용 베어링에 사용되기도 합니다. 이런 베어링은 특수한 환경하에서 사용하는데요,
예를 들어 인화성 물질을 취급하는 곳, 또는 원유나 천연가스등의 폭발 위험성이 있는곳, 그리고 상시 물속에서
사용해야 하는 곳 등에서 사용합니다.
실제로 외국에서는 그라파이트 베어링 + 그라파이트 실링등을 매우 많이 사용합니다.
5. 절삭성이 좋다 : 기본적으로 연필심과 비슷한 성질을 가지고 있어서 가공할때 매우 용이하게 깍입니다. (물론
죽어라 하고 가공이 어려운 그라파이트 재질도 있습니다만, 그래도 철보다는 가공성이 좋습니다. ^^)
이러한 절삭성을 살려서 EDM 가공용 전극재료로 사용됩니다. - 금형 만들때 방전가공(EDM)이라는 가공을
하는데, 옛날에는 구리를 가공해서 전극으로 사용했었으나, 이제는 그라파이트로 전극을 만들어 사용합니다.
6. 내화학성이 매우 뛰어나다 : 산이나 알카리에 반응하지 않습니다. 따라서 이러한 특수 용액을 사용하는 제조공장
혹은 산업체에서 열교환기, 베어링, 메커니컬 씰링등에 그라파이트 제품을 다량 사용합니다. 특히나
염산 제조 공정에 사용되는 노즐은 거의 100% 그라파이트 제질을 사용하여 가공합니다.
7. 정전기가 발생되지 않는다. : 이게 무척 중요한데요, 원유 시추산업등에서 사용되는 베어링이나 기타 기계적 부품에
정전기가 발생되면 잘못하면 매우 큰 재앙적인 화재 ---> 원유유출 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서 이러한
가연성 유증기가 발생되는 산업체에 그라파이트 제품이 다량으로 사용되어지며, 이들은 매우 고가의 Mechanical
그라파이트 원료를 사용하여 가공됩니다. (우리 일상생활에서 쉽게 볼수 있는 주유소의 주유기안에도 그라파이트로 된
펌프 부품이 사용되고 있습니다)
이외에 요즘 각광을 받고 있는 수소전지용 분리판 (Bipolar Plate)에 가장 적합한 재질이 바로 그라파이트이며, 반도체 산업에서
빼놓을 수 없는 실리콘 잉곳 (웨이퍼 제작용 실리콘 덩어리)를 소결하는 도가니도 역시 고순도 그라파이트로 제작됩니다.
사실 그라파이트라는 재질은 옛날부터 있어왔고, 유럽계 그라파이트 회사나 일본 그라파이트 회사를 보면은 회사 연혁이 100년이
넘는 회사들이 매우 많습니다. 또한 그라파이트 원재료에 따라서 천연 그라파이트 vs 인조 그라파이트로 나뉘며, 천연 그라파이트는
러시아, 캐나다, 스리랑크, 북한등에서 채굴되고, 인조 그라파이트는 침상 코크스를 불황성 상태에서 고온으로 태워서 만들어집니다.
간단히 다시 설명드리면, 카본은 정형화되지 않은 상태로 C 원소가 뭉친 형태라고 한다면, 그라파이트는 이들 C 원소들을
정형화된 육각형으로 재 배열한 덩어리라고 생각하시면 됩니다. 이러한 그라파이트는 탄성이 거의 없으며, 압축강도가 뛰어나고,
철보다는 가볍고 (그래도 엄청 묵직합니다) 그 특이한 물리적 전기적 화학적 특성으로 인하여 21세기 산업 현장에서 더욱 더
그 활용범위가 넓어져 가고 있습니다.
간략하게 그라파이트가 사용되는 산업군으로는
- 제강산업
- 비철금속 산업
- 연속주조 산업
- 전기 모터산업
- 풍력발전산업
- 태양광 산업
- 원전 산업
- 항공산업
- 가스터빈 발전 산업
- 수소연료전지 산업
- 반도체 산업
- OLED산업
- 원유채취산업
- 산, 알카리 제조 산업
- 특수 베어링 산업
- 진공펌프
- 금형제조산업
- 인조다이어몬드 산업
- 귀금속 제련 산업
- 철도 산업
- 유리 산업
- 기타 등등...입니다.
각 산업별 사용되는 그라파이트 종류도 다양해서, 앞으로 각 산업체별 어떤 부분에 그라파이트가 사용되고,
또한 외국의 사례는 어떠한지 알려드리겠습니다.
참고로 그라파이트의 활용범위가 매우 넓은 국가는 유럽입니다. 저희도 처음 보는 제품을 사용하기도 하고,
또한 다양한 물리적, 전기적, 그리고 화학적 특성을 가지고 있는 그라파이트 원료 생산업체도 매우 많습니다.
그리고 인건비 비싸기로 유명한 독일에서도 그라파이트 원료를 생산하고, 또 그 원료를 가지고 제품을 가공하는
것을 보면 우리나라에서 그라파이트 산업의 전망은 우리가 하기 나름이라고 굳게 믿고 있습니다.
감사합니다.
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