공업용 Carbon은 원유에서 추출한 Petroleum Cokes, 석탄에서 추출한 Pitch Cokes 등을 주원료로 하고 Coal Tar, Pitch, 페놀계수지 등을 결합재로 하여 성형한 후 1,000~1,300℃로 소성하여 생산된다.
Carbon을 다시 공기가 차단된 조건에서 약 2주 동안 고온(2,500~3,000℃)으로 소성시키면 6각 (Hexagonal)의 안정된 조직으로 바뀌는데 이것이 Graphite이다.

Carbon	Graphite
- 원유에서 추출한 Petroleum Cokes, 석탄에서 추출한    Pitch Cokes 등을 주 원료로 함 - Binder로 성형 후 약 1000℃~1300 ℃로 소성 - 산화 조건에서 약350 ℃까지 사용가능	- Carbon을 환원 분위기에서 약2주 동안 고온    ( 약 2500 ~3000 ℃ )에서 소성 - 산화조건에서는 약400 ℃환원 분위기에서는    약3000 ℃까지 사용 가능

	Carbon	Graphite
경도(Hs)	70~90	30~70
절삭(가공)성	불량	우수
윤활성	양호	우수
단열성	우수	불량
내식성	양호	우수
산화저항력	불량	우수
열전도율	불량	우수
전기전도율	불량	양호

비금속 원소인 Carbon은 다이아몬드,흑연, 숯, 코크스 등을 이루며 암석이나 광물 중에 탄산염의 형태로 많이 들어 있고, 생물의 몸을 이루는 성분 및 유기 화합물을 이루는 주요 성분이다.
Carbon은 결정으로 되어 있는 다이아몬드, 흑연과 모양이 일정하지 않은 무정형 탄소(Amorphous Carbon)로 크게 나눌 수가 있으며, 무정형 탄소에는 숯, 코크스, 그을음 등이 있다. 다이아몬드, 흑연, 무정형 탄소의 공통적인 성질은 매우 융해하기 어렵고 고온에서 기체로 되며,물, 알코올 등 모든 용제에는 녹지 않는다. 또 산, 염기에도 작용 받지 않으며 공기 중 에서 타면 산소와 화합하여 이산화탄소가 되기도 한다. 화학적인 반응은 무정형 탄소가 가장 활발하고 흑연이 다음이며, 다이아몬드는 전혀 반응하지 않는다.

Carbon 및 Graphite 재료는 특유의 윤활성, 내열성, 내식성, 전기전도도, 열전도도, 가공성 등 다른 재료에서 얻을 수 없는 특성을 지니고 있어 전극, 내화물, 씰(seal), 주축 등 고온 구조재료와 특수 기계부품, 인조 다이아몬드 원료, 원자로용, 반도체, 생체재료, 항공기 구조재, 전자 부품 소결용 지그 등 고기능, 고효율 부품으로 각 분야에서 광범위하게 이용한다. 특히 최근에는 기술 고도화, 자원절약, 에너지 절약에 대한 강한 사회적 요청에 따라 초고온 내열재료, 고성능 내식재료 및 전자재료, 고성능 촉매 등 고도의 기능을 가진 탄소재료 개발에 관심이 모아지고 있다.






Graphite는 산화조건에서는 400-450℃까지 (Carbon은 350℃까지)사용할 수 있으며, 산화억제제로는 특수 처리된 Graphite는 650℃까지는 사용이 가능하다. 특히, 진공로 등 환원조건하에서는 3,000℃의 고온에서도 사용할 수 있다. Graphite의 기계적 특성은 원료 및 제조방법에 따라 차이는 있으나, 일반적으로 고온으로 올라갈수록 강도가 높아지는 경향이 있다. 2,500℃의 온도에서는 상온에서보다 강도가 약 2배로 증가한다.

Graphite의 골곡강도, 인장강도 및 압축강도 사이에는 대체로 다음과 같은 관계식이 성립한다.

Graphite의 가장 쓸모있는 특성중 하나는 전류를 잘 통과시킨다는 점이다.
Graphite의 전기저항은 온도가 400-600℃까지 상승하는 동안 다소 감소하다가, 그 이상으로 상승하면 완만한 증가를 보인다. Graphite의 전기저항은 원재료 및 제조공정을 바꾸어줌으로써 조정이 가능하기때문에, 광범위한 요구조건을 맞출 수 있다.

item	unit	result	item	unit	result
Bulk density	g/㎤	1.65	Shore hardness	HS	80
Flexural strenght	kgf/㎠	918	Compress strenght	kgf/㎠	2,041
Cofficient of thermal expansion	x10-6/℃	16	Thermal conductivity	kal/m·h·℃	2.57
Porosity	%(open)	none	Oxidizing atmosphere	℃	250

- 고밀도 탄소제품의 생산을 최첨단 Injection(사출)공법으로 가공에 의존하던 복잡한 형상의 카본 응용 제품을 빠르고,
   쉽게 그리고 값싸게 대량생산, 공급하고 있다.

item	unit	result	item	unit	result
Bulk density	g/㎤	1.70	Shore hardness	HS	80
Flexural strenght	kgf/㎠	915	Compress strenght	kgf/㎠	2,035
Cofficient of thermal expansion	x10-6/℃	17	Thermal conductivity	kal/m·h·℃	1.72
Porosity	%(open)	none	Oxidizing atmosphere	℃	200

- 고밀도 탄소제품을 Extrusion(압출)공법으로 가공에 의존하던 복잡한 형상의 카본 제품을 빠르고, 쉽게 그리고 값싸게 생산,
   공급하고 있다.

item	unit	result	item	unit	result
Bulk density	g/㎤	1.68	Shore hardness	HS	70
Flexural strenght	kgf/㎠	611	Compress strenght	kgf/㎠	1,529
Cofficient of thermal expansion	x10-6/℃	17.5	Thermal conductivity	kal/m·h·℃	1.57
Porosity	%(open)	none	Oxidizing atmosphere	℃	180

- 고밀도 탄소제품을 Extrusion(압출)공법으로 가공에 의존하던 복잡한 형상의 카본 제품을 빠르고, 쉽게 그리고 값싸게 생산,
   공급하고 있다.

item	unit	result	item	unit	result
Bulk density	g/㎤	1.75	Shore hardness	HS	100
Flexural strenght	kgf/㎠	650	Compress strenght	kgf/㎠	1,930
Tensile	kgf/㎠	390	Cofficient of thermal expansion	x10-6/℃	3
Thermal conductivity	kal/m·h·℃	21	Neutral atmosphere	℃	1,600
Oxidizing atmosphere	℃	500	Porosity	%(open)	0.5

- 전량 수입에 의존하고 있는 Resin-Bonded Carbon, Graphite소재 및 응용제품을 최첨단 Dry Pressing(냉간성형) 공법으로 고도
   의 기술축적을 이루어 가공에 의존하던 박판, 고굴절카본 응용제품을 빠르고 쉽게, 그리고 값싸게 생산 및 공급하는 국내 유일의
   업체 입니다.

item	unit	result	item	unit	result
Bulk density	g/㎤	1.75	Shore hardness	HS	85
Flexural strenght	kgf/㎠	668	Compress strenght	kgf/㎠	2,109
Tensile	kgf/㎠	457	Cofficient of thermal expansion	x10-6/℃	5
Thermal conductivity	kal/m·h·℃	11.9	Neutral atmosphere	℃	400
Oxidizing atmosphere	℃	300	Porosity	%(open)	0.05

- 사용조건에 따라 수지(Resin), 금속(Metal) 함침을 하여 기계적 성질및 기능을 향상시켜 기계구조용부품 및 씰링재 로 사용한다.

item	unit	result	item	unit	result
Bulk density	g/㎤	1.6	Shore hardness	HS	65
Flexural strenght	kgf/㎠	1650	Compress strenght	kgf/㎠	1,700
Notched impact strength	kJ/㎡	8.0	Cofficient of thermal expansion	x10-6/℃	2.2
Thermal conductivity	kal/m·h·℃	0.24	Neutral atmosphere	℃	260
Oxidizing atmosphere	℃	260	Porosity	%(open)	0.02

(1) 기계용 탄소의 특징
탄소재료가 가지는 자기윤활성, 내약품성, 내열성등의 특징을 살려, 금속재료로는 사용할 수 없는 고온 공기기류, 약액등과 윤활제 사용이 불가능한 분야의 접동(摺動)재료로서 이용되고 있습니다.] 카본 베어링은 정밀기계부품 혹은 설비 내에서 폭넓은 응용 범위
- 탁월한 자체 윤활작용(Self lubricating)
- 마모성이 적으며
- 열충격에 대한 저항력이 크다.
- 내부식성이 우수하다.
- 저열팽창(열에 팽창이 되지 않는다.)
- 열전도도가 우수하다.
- 고온에서 형상의 변화가 생기지 않는다.
- 횡단면에서의 중성자 흡수가 낮다.
카본으로 만들어진 동적인 씰링 요소는 적용범위에 따라 분류된다.
- axial seals : 축 씰(shaft seal)
- radial seals :방사상 씰
- Mechanical seals
- 별도의 기계가공이 불필요한 정확한 규격의 씰 섭동면(Seal ring)
- 긴 수명
- 탁월한 열 전도성으로 인해 열 변형이 적다.
- 건식 가동상태에서의 안전성
- 내식성이 탁월하다.
압축기, 터빈에 사용되고 있으며 자기윤활성이 뛰어나 상대재질에 대한 손상을 적게하여 각종 유체에서 사용됩니다. 금속제 베인과 비하여 내마모성, 내약품성이 우수하며 더욱이 무합급유로 고속회전이 가능하기 때문에 진공펌프, 압축기에 사용되고 있습니다. 팬터그래프의 상부에 장착되어 전차에는 필수적인 집전자로 사용됩니다. 종래의 금속질에 비하여 가선손상이 적고 집전성도 뛰어납니다.


(2)전기용 카본분야 연료전지 작동은 수소와 산소가 갖고 있는 화학에너지를 전기화학 반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키는 과정이 핵심이라고 합니다.

공기극(cathode)에는 산소가, 연료극(anode)에는 수소가 공급되면서 물의 전기분해 역반응으로 전기화학 반응이 진행돼 전기, 열, 물이 발생하며 연료전지 장점은 전기를 생산하는 과정에서 열도 발생하기 때문에 에너지 총효율이 휘발유 석탄 가스 등을 이용한 화력발전에 비해 높다는 데 있다고 합니다.

또 질소산화물과 이산화탄소 배출량이 석탄 화력발전에 비해 38분의 1과 3분의 1 정도고 소음도 적어 공해 배출 요인이 거의 없는 에너지 기술이며 특히 수소뿐만 아니라 천연가스, 도시가스, 나프타, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용해 전력과 열을 생산할 수 있다는 점도 매력적이라고 합니다.

8V의 전압이 나오는데도 전자키트의 소리는 나는데 모터는 돌지 않는 이유
모터가 돌기위해 전압도 맞고 전력 즉P=VI  전압과 전류가 일정한 양이상 이 되어야 한다. 연료전지의 핵심부품인 분리판 (Separator)은 MEA (막전극접합체:Membrane Electrode Assembly)의 양쪽에 설치되어, 기체 유로를 형성하면서 전류를 흐르게 하는 역할을 한다.

특히, 강도, 내식성, 기체차단성, 도전성, 치수정밀도, 등의 기계적, 전기적의 모든 기능이 충족 되어야 한다.
종래, 연료전지 분리판은 그라파이트 재료를 사용하였으나 생산코스트의 측면으로부터 현재는 수지+카본복합재료 분리판이 많이 사용되고 있다.
수지+카본복합재 분리판은 도전재인 카본과 바인더인 수지성분을 혼합하여 몰드성형한 타입이며. 경량이고 내식성이 우수하며, 강도와 도전성의 균형이 우수하다는 등의 장점이 있다.
바인더인 수지는 페놀수지, 에폭시수지 등의 열경화성수지 이외에 열가소성수지가 사용되고 있음. 그 외에 카본, 아모포스카본, 팽창흑연 등이 사용된다. 전기용 브러시의 접동(摺動)접전기용 카본분야전기용 카본분야촉에 의해 정지부와 회전부 내부에 전류를 흐르게하는 중요한 역활을 하고 있습니다. 브러시의 성능은 모터, 발전기 등 회전기의 성능을 크게 좌우하며, 적정한 브러시를 선택하는 것이 가장 중요합니다. TOYO TANSO브러시는 가전, 전동기구등의 소형브러시를 중심으로 넓은 산업분야에서 활약하고 있습니다. 뛰어난 내마모성과 내아크성을 실현한 재료입니다. 긴 수명으로 가선(架線)에 대한 손상이 없기 때문에 보수관리가 편리합니다. 일반 산업용 모터에 사용됩니다. 쉽게 마모되거나 닳지않기 때문에 유지보수의 수고를 덜 수 있습니다. 청소기, 전동공구등의 가정전기용 모터, 전장용에 사용되고 있으며 긴 수명으로 효율성이 높은 브러시를 제공하고 있습니다.
연료전지용 분리판은 MEA(막전극접합체:Membrane Electrode Assembly)의 양쪽에 설치되며, 기체 유로를 형성하면서 전류를 흐르게 하는 역할을 함.

특히, 강도, 내식성, 기체차단성, 도전성, 치수정밀도, 등의 기능이 요구되며, 또한 저가화도 중요한 개발포인트임.
종래, 연료전지 분리판은 그래파이트 재료를 사용하였음. 그러나, 생산코스트의 측면으로부터 현재는 수지+카본복합재료 및 금속제 분리판이 경합하고 있음.
이 중에 본 고에서는 가정용 cogeneration system으로서 시장형성이 주목되고 있는 PEFC용 카본분리판에 대해서 다룸.

카본 분리판은 도전재인 카본과 바인더인 수지성분을 혼합하여 몰드성형한 타입이 주류를 이룸. 경량이고 내식성이 우수하며, 강도와 도전성의 균형이 우수하다는 등의 장점이 있음.
바인더인 수지는 페놀수지, 에폭시수지 등의 열경화성수지 이외에 열가소성수지가 사용되고 있음. 그 외에 카본, 아모포스카본, 팽창흑연 등이 사용됨.


(3) 특수흑연제품
탄소소재는 시대와 함께 보다 균질하며 미립자로 안정된 특성이 추구되고 있습니다. 미립자 구조, 정수압성형법으로 등방성 구조의 특성을 가진「등방성 흑연」입니다. 등방성 흑연제품의 특징은, 높은 신뢰성이 요구되는 원자력분야와 극도의 정밀도를 필요로하는 방전 가공분야, 기술혁신이 날로 진보되는 반도체분야등을 중심으로 우수성을 인정받아 고객 여러분과 함께 성장 해 가고 있습니다. 실리콘 단결정을 제조할 때, 석용도가니를 보호하고 유지하기 위해 , 고강도로 소모가 적은 등방성 고순도 흑연도가니가 널리 사용되고 있습니다. 흑연은ppm단위까지 순화되어 복잡한 형상의 가공이 용이하며 반도체 제조용 발열체로 필수적인 재료입니다. 플라스틱 필름에 알루미늄등을 증착시킬 때 사용하는 알루미늄 용해 도가니입니다. 강재(鋼材)나 실리콘등 금속의 산소, 수소, 질소의 농도를 측정할 때 사용되는 도가니입니다. 흑연의 용융금속에 젖지 않는 성질을 살려 각종 금속의 연속주조용 주형의 재료로 사용하며 주조물. 형상, 치수에 맞춘 최적의 재료를 제공하고 있습니다. 파인세라믹스(Fine Ceramics)제조용 주형으로 폭넓게 사용되고 있습니다. 더욱 더 대형화, 고강도화를 추구하여 다양한 시장의 수요에 응하고 있습니다. 최근 전기가공법이 획기적인 진보를 거듭하고 있습니다. 흑연은 동(銅)전극에 비해 절삭성이 뛰어나며 가공도 빠르기 때문에 금형 제작에 없어서는 안 될 중요 재료입니다. 흑연이 가지고 있는 독특한 특성에 더하여 내방사전과 플라즈마 특성을 살려, 고온가스로(爐)나 핵융합로(爐)용으로 국내외에서 각광을 받고 있습니다. 핵융합로에서 발생한 고온플라즈마를 가두기위해, 또는 진공용기를 보호하는 목적으로 사용되는 벽재입니다. 반도체 제품의 급속한 고집적화에 따라 탄소재료 표면의 탈가스량, 발진량과 불순물량의 감소등 고순도의 흑연제품이 요구되어 등방성 흑연표면에CVD법으로SiC(탄화규소)를 코팅한 PERMA KOTE이 반도체 산업분야를 중심으로 활약하고 있습니다. 반도체 웨이퍼 표면에 성막하는 에피텍셜(Epitaxial)성장의 공정에서와 팬케잌형, 통(Barrel)형 매엽형 어셉터에서 탄화규소 코팅 흑연은 없어서는 안 될 재료입니다. PERMA KOTE는 반도체 레벨의 순도가 높고 가열성과 내식성이 탁월한 탄화규소로 코팅된 흑연제품으로 에피텍셜(Epitaxial)성장용 서셉터로서 고객의 필요에 응하고 있습니다. 천연흑연을 특수처리하여 바인더를 사용하지 않고 성형한 가소성 흑연시트는 유연성, 압축복원성이 있어 상대재 와의 밀착성이 좋아 가스켓이나 패킹등의 씰재료로 적합하며 열전도성이 뛰어나 방열재로도 최적입니다.

[특성]
- 내약품성이 우수하여 화학면에서 안정되어 있다.
- 열적, 전기적으로도 이방성을 보유하고 있어 단열재외의 응용도 가능.
- 자기윤활성이 아주 강하다.
- 응력완화성이 1%로 적게 늘려주기 때문에 맬 필요가 없다.
- 유연성, 압축복원성이 있어서 상대재 와의 밀착성이 뛰어나 씰재료 로서 최적입니다.
- 열전도성이 우수하여 방열재나 열전달재로 적당한 재료입니다.

[상용용도]
- 자동차용 가스켓, EGR밸브의 BUSH
- 화학플랜트의 팩킹재
- 고온 고순도로내의 단열재, 패킹, 부품
- 방열흑연(graphite )시트

[그라핀 구조]
- 탄소에서 남은 마지막 신소재로 불리우며 2007년부터 전세계적으로 주목
- 그라파이트 층상 구조에서 고립된 단일층 (또는 10층 미만)
- sp2결합 (공유결합)을 갖는 평면 벌집모양의 구조 (결합전자 4개중 3개 사용)
- 1개의 전자는 2차원적 (2D) 평면의 상하면에 π 결합 (π-π*) : 전자전도에 중요한 역할



[그라핀 물성]
- 2차원 평면에서 전자들의 움직임이 탄도성 (ballistic conduction)
   (길이에 상관없는 전기전도성 : CNT 보다 조금 더 좋다는 평가)
- 허용전류밀도가 109 A/cm2으로서 구리/은 금속의 1,000 배 이상
  그라핀: 전기전도 향상 소재 (첨가제)
  응용분야: 연료전지용 분리판 (Separator)