笔芯是铅笔内部那根在纸上画出痕迹的细芯。虽然“铅笔”这个名字里带有“铅”字，笔芯本身并不含铅这种金属，而是由石墨——碳的一种存在形式——与黏合材料混合制成，黏合材料把整根笔芯粘合在一起。本站展示的是一支自动铅笔的笔芯，直径 0.7 毫米，是标准尺寸之一。

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自动铅笔笔芯有一套标准尺寸。国际标准 ISO 20318-2 按标称直径（即包装盒上印的尺寸）对笔芯分类，标称直径从 0.2 毫米到 2 毫米不等，其中包括 0.3、0.5、0.7 和 0.9 毫米。本站展示的笔芯属于 0.7 毫米规格。

标称直径只是一个标签，标准针对每种规格分别规定了允许的实际粗细范围。标准中指出，有些规格有 2 种标注方式：0.3 和 0.35 毫米，以及 0.9 和 1 毫米。只要笔芯和铅笔标注的规格相同，即使来自不同厂家，二者也应当能够配套使用。

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ISO 20318-2 将黑色笔芯定义为一种固体书写材料，由黑色着色材料（如石墨）与黏合剂制成。石墨是纯碳的一种存在形式，其碳原子在层内紧密结合成平面层状结构，但层与层之间的结合力很弱。铅笔在纸上划过时，石墨会脱落并留在纸面上，形成笔迹。

正是这种层间弱结合使石墨质地柔软、触感滑腻，这也是石墨可以用作润滑剂的原因。美国新英格兰北部毒物控制中心指出，笔芯的成分是石墨，而不是会引起铅中毒的金属铅。

笔芯还分不同的硬度等级，用字母和数字标注。在 ISO 20318-2 中，硬度等级从最硬的 9H 到最软的 6B 不等。笔芯越硬，画出的线条越浅；笔芯越软，线条就越深。HB 是中间等级，派通（Pentel）称其 HB 笔芯相当于美制 2 号铅笔。

该标准为 0.7 毫米规格列出了八个硬度等级，从 4H 到 2B。标准也承认，目前尚无科学的硬度等级定义，因此判定等级在一定程度上仍依赖人工判断，而不能仅靠测量。