グラファイトフェルトは、原料の違いにより、アスファルト系グラファイトフェルト、ポリアクリロニトリル系（PAN系）グラファイトフェルト、ビスコース系グラファイトフェルトの3種類に分けられます。主な用途は、単結晶シリコン製錬炉の保温・断熱材です。化学業界では、高純度腐食性化学試薬のフィルター材として使用されます。
カーボンフェルトは、真空または不活性雰囲気下で2000℃以上の高温処理によってグラファイトフェルトになります。その炭素含有量はカーボンフェルトよりも高く、99%以上に達します。1960年代後半には、グラファイトフェルト製品が世界中で販売されていました。グラファイトフェルトは、原料の違いにより、アスファルト系、ポリアクリロニトリル系、ビスコース系の3種類に分けられます。
その中で、日本の呉羽化学に代表されるアスファルトは断熱業界の主流です。欧米の断熱フェルトは基本的にビスコースベースですが、国産品のほとんどはポリアクリロニトリルベースです。プロセス：ポリアクリロニトリル系カーボンフェルトまたはビスコース系カーボンフェルトを必要なサイズに切断し、円筒状に巻いて黒鉛材料で作られた容器に入れ、黒鉛容器を高温炉（高温炉とは、黒鉛管炉、中周波、高周波誘導炉、または加熱形式を備えたその他の高温炉）に入れ、真空または高純度不活性ガス保護を使用して、100〜300℃/時間の加熱速度で2200〜2500℃に加熱し、その後100℃まで自然冷却します。
ポリアクリロニトリル系グラファイトフェルトは、ビスコース系グラファイトフェルトよりも強度が高く、抗酸化能も強いですが、柔軟性が低く、体積密度が高く、断熱性能に優れています。ブロックグラファイトの高純度、耐高温性、耐腐食性、非溶融性に加えて、弾力性、任意の折り畳み、切断、グラファイト糸による縫製などの利点も備えています。グラファイトフェルトの主な用途は、単結晶シリコン製錬炉の断熱材です。化学業界では、高純度腐食性化学試薬のフィルター材として使用できます。グラファイトフェルトは、非酸化性雰囲気条件下で約3000℃の温度で使用できます。
グラファイトフェルトの主な特性
1. 導電性
グラファイトフェルトの導電性は、グラファイト繊維からなる微細構造に由来し、グラファイト自体も優れた導電性材料です。グラファイトフェルトは低抵抗条件下で電流を伝導するため、電気化学用途で非常に人気があります。
2. 耐高温性
グラファイトフェルトは優れた耐高温性を有し、通常2000℃を超える高温環境でも安定しています。真空環境や不活性ガス環境では、耐酸化温度がさらに高くなります。そのため、高温断熱材や熱処理炉ライニングなど、高温分野におけるグラファイトフェルトの応用は特に重要です。
3. 化学的安定性
グラファイトフェルトは優れた耐薬品性を有し、酸性、アルカリ性、その他の化学的腐食性環境下でも安定した状態を保ちます。特に硫酸やフッ化水素酸などの強酸性環境下において、その耐腐食性は様々な化学反応器や貯蔵タンクに使用可能です。
4. 低密度と高多孔性 グラファイトフェルトは通常、低密度で高多孔性であるため、非常に軽量で、優れたガス透過性と吸着性も備えています。高多孔性構造はグラファイトフェルトの大きな比表面積をもたらし、電気化学反応における電子輸送と物質交換を促進します。
5. 優れた断熱性能グラファイトフェルトの多孔質構造は優れた断熱効果を発揮し、特に高温環境においては、低い熱伝導率により熱伝導を効果的に低減します。グラファイトフェルトは、機器やシステム内の熱制御を確実にするための断熱材としてよく使用されます。
6. 機械的な柔軟性 グラファイトは脆い材料ですが、グラファイトフェルトのフェルト構造は比較的機械的柔軟性を備えています。様々な形状やサイズに加工できるため、様々な用途に適応できます。また、その柔軟性は他の材料との複合用途にも適しています。
| 炭素含有量 |
% |
99 |
| 灰 |
% |
0.1 |
| 体密度 |
g/cm³ |
0.1 |
| 比表面積 |
m²/g |
2.648 |
| フェルトの脱落率 |
mg/グラムあたりフェルト |
1.95 |
| 酸化速度 |
空気中600℃における重量損失/時間 |
0.6 |
| 気孔率 |
% |
95 |
| シート抵抗 |
Ω∙cm ² |
0.1 |
| 厚さ許容差 |
んん |
±7.5% |
| エネルギー効率 |
主に単セル性能試験（80mA/cm）に基づく² |
87% |
| 電圧効率 |
80mA/cm ² |
85% |
グラファイトフェルトの主な用途
1. 電気化学的応用グラファイトフェルトは電気化学分野で広く利用されており、特に燃料電池、電解セル、スーパーキャパシタなどのデバイスに使用されています。燃料電池電極：プロトン交換膜燃料電池では、グラファイトフェルトを電極材料として使用できます。高い導電性とガス拡散能力により、水素または酸素の透過と電気化学反応を効果的に促進できます。電解セル：グラファイトフェルトは、一部の電解用途において、カソードまたはアノード材料として使用されます。その導電性と化学的安定性により、電解プロセスの高い効率と耐久性が保証されます。スーパーキャパシタ：グラファイトフェルトは、比表面積が大きく導電性が高いため、スーパーキャパシタの電極材料としても使用され、効率的なエネルギー貯蔵を実現します。
2.高温熱処理分野グラファイトフェルトは、優れた耐高温性と断熱性を備えているため、高温炉の断熱材としてよく使用されます。高温炉ライニング：グラファイトフェルトは、真空炉や高温処理炉の断熱材として使用され、高温でも効果的な熱遮蔽を提供し、熱損失を防止します。結晶成長炉：単結晶シリコンなどの高純度材料の製造プロセスでは、結晶成長中の温度制御を確保するために、グラファイトフェルトが断熱層としてよく使用されます。
3. 防錆とろ過グラファイトフェルトは耐腐食性と優れた吸着性を有し、化学分野や環境分野で広く使用されています。腐食性ガスろ過：グラファイトフェルトは耐薬品性と高い多孔性を有しており、硫酸ガスの吸着・ろ過など、腐食性ガスや液体のろ過・浄化に使用できます。化学反応器ライニング：グラファイトフェルトは、腐食性の高い環境下における容器や反応器のライニング材として使用され、防食・保護の役割を果たします。
4. 航空宇宙グラファイトフェルトは、軽量、高強度、耐高温性、断熱性といった優れた特性から、航空宇宙分野で広く利用されています。主にロケットエンジン、衛星、宇宙船などの断熱層や高温保護材として使用されています。
5. 太陽エネルギーとエネルギー貯蔵グラファイトフェルトは、その優れた熱伝導性と導電性により、太陽熱利用システムやエネルギー貯蔵システムに広く使用されています。例えば、グラファイトフェルトは、ソーラーコレクターの熱吸収材として、またエネルギー貯蔵装置の導電層としても使用できます。
6. 原子力分野グラファイトフェルトは、原子炉運転の安定性と安全性を確保するために、熱中性子反射体や高温断熱材として原子炉でも使用されています。
