黒鉛は、特定の条件下、特に高温で空気にさらされると収縮し、酸化して厚みを失うことがある。しかし、不活性雰囲気下での熱処理により、黒鉛は強度を増し、機械的強度が向上する。
酸化と収縮
黒鉛は酸素に弱く、高温で空気に触れると500℃付近で酸化が始まる。この酸化プロセスは、特定の条件下では1日あたり最大1%という急速な質量減少につながります。このような条件に繰り返しさらされると、グラファイトは厚みを失い、最終的には構造的な欠陥につながる。この収縮は、材料が酸素と相互作用してグラファイト構造を破壊する直接的な結果である。熱処理と強化
逆に、黒鉛を不活性雰囲気中で加熱すると、炭素原子構造が無秩序な状態から純黒鉛の完全な3次元結晶へと変化する黒鉛化と呼ばれるプロセスを経る。このプロセスでは、グラファイトを3000℃まで加熱し、グラフェン分子の小さなドメインを成長させて整列させ、より大きくまっすぐな層へと導く。この整列と成長によってグラファイトの機械的強度が向上し、温度が上昇するにつれて強くなる。室温で発生する内部応力は、プロセス温度の上昇とともに減少し、機械的強度の向上にさらに寄与する。
デザインと機能性への影響
