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第1章 概论 1

1.1 炭材料——人类文明的标志 1

1.2 碳的同素异构体 4

1.3 炭／炭复合材料的优良性能 5

1.4 炭／炭复合材料的研究必要性 7

参考文献 10

第2章 炭纤维及其预制体 12

2.1 炭纤维的种类与制造过程 12

2.1.1 聚丙烯腈基炭纤维 13

2.1.2 沥青基炭纤维 15

2.1.3 黏胶基炭纤维 16

2.2 炭纤维预制体的种类及编制过程 16

2.2.1 机炭刹车盘炭纤维预制体的制造 17

2.2.2 国内炭刹车预制体的制备技术 22

2.2.3 几种主要的炭／炭复合材料预制体 24

参考文献 32

第3章 炭／炭复合材料的化学气相沉积与结构 33

3.1 炭／炭复合材料的制备方法 33

3.1.1 炭／炭复合材料的制备技术 33

3.1.2 多元物理场CVI制备炭／炭复合材料 38

3.2 炭／炭复合材料的微观结构 42

3.2.1 炭／炭复合材料的微观结构 42

3.2.2 炭／炭复合材料的石墨化 47

3.2.3 多元物理场CVI制备炭／炭复合材料的微观结构 49

3.2.4 特殊结构的热解炭 72

3.2.5 各向同性热解炭 78

3.2.6 各向同性炭工艺参数研究 90

3.2.7 金相观察 100

3.2.8 SEM分析 101

3.2.9 TEM分析 104

3.2.10 小结 108

3.3 化学气相渗透的工艺参数 109

3.3.1 化学气相渗透的工艺参数 109

3.3.2 多元物理场CVI的工艺参数研究 116

3.3.3 微正压ICVI增密炭／炭复合材料工艺的研究 167

3.3.4 微正压ICVI工艺对热解炭结构的影响 182

3.3.5 微正压CVI制备炭／炭复合材料的力学性能 190

3.4 热解炭的CVI理论 195

3.4.1 热解炭的沉积机理 195

3.4.2 多元物理场CVI热解炭的过程分析 196

3.4.3 多元物理场CVI热解炭的沉积机理 226

3.5 炭／炭复合材料的性能与表征 243

3.5.1 炭／炭复合材料性能 243

3.5.2 多元物理场CVI制备炭／炭复合材料的性能 249

参考文献 263

第4章 炭／炭复合材料的液相浸渍／炭化与结构 279

4.1 炭／炭复合材料的液相浸渍现状 279

4.1.1 浸渍剂的选择 280

4.1.2 树脂浸渍／炭化工艺 289

4.1.3 沥青浸渍／炭化工艺 291

4.2 炭质中间相及沥青炭化机理 293

4.3 液相浸渍／炭化设备 300

4.4 液相浸渍／炭化工艺制度选择 301

4.4.1 沥青浸渍／炭化工艺制度 301

4.4.2 树脂浸渍／固化／炭化工艺制度 303

4.5 液相浸渍用原料的检测与分析 304

4.6 液相浸渍法原料的选定及性能研究 305

4.6.1 树脂浸渍剂的性能研究 305

4.6.2 沥青浸渍剂的性能研究 310

4.6.3 液相浸渍工艺过程中添加剂的选定 321

4.7 沥青及树脂炭化研究 322

4.7.1 树脂炭化研究 322

4.7.2 沥青炭化研究 323

4.8 液相浸渍／炭化补充增密复合工艺研究 328

4.8.1 纯沥青浸渍增密工艺研究 328

4.8.2 “CVD预增密＋沥青浸渍补充增密”复合工艺研究 331

4.8.3 树脂浸渍／炭化补充增密研究 338

4.9 液相浸渍／炭化增密效率的影响因素分析 340

4.9.1 炭／炭复合材料预增密工艺的影响 340

4.9.2 浸渍剂的理化性质的影响 342

4.9.3 工艺条件的影响 343

4.9.4 中间热处理及其他影响因素 346

4.10 液相浸渍补充增密炭／炭复合材料的石墨化性研究 347

4.10.1 沥青炭和树脂炭的可石墨化研究 347

4.10.2 沥青浸渍补充增密的国外样品的可石墨化性分析 353

4.10.3 自制浸渍沥青补充增密样品的可石墨化性研究 356

4.10.4 浸渍呋喃树脂补充增密样的可石墨化性分析 360

参考文献 363

第5章 炭／炭复合材料石墨化研究 370

5.1 炭／炭复合材料石墨化机理 370

5.1.1 炭材料的石墨化机理 370

5.1.2 炭／炭复合材料中炭纤维／热解炭界面应力石墨化 373

5.1.3 炭／炭复合材料摩擦面应力石墨化 380

5.2 炭／炭复合材料石墨化调质 387

5.2.1 石墨化对炭／炭复合材料力学性能的影响 387

5.2.2 石墨化对炭／炭复合材料导电性能的影响 394

5.2.3 石墨化对炭／炭复合材料导热性能的影响 399

5.3 炭／炭复合材料石墨化表征 404

5.3.1 炭／炭复合材料石墨化度的XRD表征 404

5.3.2 炭／炭复合材料石墨化度的拉曼光谱表征 412

参考文献 417

第6章 抗氧化耐烧蚀炭／炭复合材料的制备及性能研究 423

6.1 抗氧化炭／炭复合材料概述 423

6.2 炭材料抗氧化涂层技术研究 424

6.2.1 炭材料的氧化及抗氧化防护方法 424

6.2.2 抗氧化涂层体系研究 428

6.2.3 抗氧化涂层的制备工艺 433

6.2.4 抗氧化涂层的研究现状 435

6.2.5 超高温抗氧化涂层系统的发展趋势 437

6.3 耐烧蚀炭／炭复合材料概述 437

6.3.1 耐烧蚀炭／炭复合材料的发展及应用 437

6.3.2 耐烧蚀炭／陶基复合材料的研究进展 440

6.4 C/C-(Zr,Si)C复合材料的制备及性能表征 442

6.4.1 实验原材料 442

6.4.2 C/C-(Zr,Si)C复合材料的制备 442

6.5 抗氧化SiC基涂层的制备及性能研究 444

6.5.1 化学气相反应法制备SiC涂层研究 444

6.5.2 MoSi2-Mo5Si3/SiC涂层的制备及抗氧化性能研究 453

6.5.3 ZrC-SiC复合涂层的制备工艺研究 463

6.6 C/C-(Zr,Si)C复合材料的制备及力学性能 470

6.6.1 化学气相反应法制备SiC涂层炭／炭复合材料的结构及力学性能 470

6.6.2 C/C-ZrC复合材料的制备及力学性能 478

6.6.3 C/C-ZrC-SiC复合材料的制备及力学性能 490

6.7 C/C-(Zr,Si)C复合材料的高温烧蚀性能研究 493

6.7.1 化学气相反应法制备SiC涂层烧蚀性能研究 493

6.7.2 C/C-ZrC复合材料烧蚀性能研究 502

6.7.3 C/C-ZrC-SiC复合材料烧蚀性能研究 509

参考文献 512

第7章 二维炭／炭复合材料——燃料电池用炭纸研究 521

7.1 绪论 521

7.1.1 质子交换膜燃料电池基本结构 522

7.1.2 质子交换膜燃料电池工作原理 523

7.1.3 质子交换膜燃料电池气体扩散层 524

7.1.4 炭纸改性 528

7.2 浸渍-模压法制备炭纸的研究 530

7.2.1 实验原料和方法 530

7.2.2 实验方案 531

7.2.3 浸渍模压工艺制备炭纸的工艺研究 535

7.2.4 热处理温度对炭纸组织结构及性能的影响 546

7.2.5 石墨添加剂对炭纸组织结构及性能的影响 553

7.3 化学气相沉积法制备炭纸的研究 559

7.3.1 实验设备和方法 559

7.3.2 实验过程 559

7.3.3 沉积温度对炭纸性能的影响 561

7.3.4 沉积时间对炭纸性能的影响 571

7.4 碳纳米管改性制备炭纸的研究 574

7.4.1 纳米碳管的性能及其分散 574

7.4.2 实验设计及检测方法 580

7.4.3 实验步骤 582

7.4.4 纳米碳管分散性分析与结果讨论 585

7.4.5 炭纸的制备和性能研究 593

7.4.6 炭纤维纸表面形态分析 597

参考文献 609

第8章 炭／炭复合材料的摩擦性能与应用研究 614

8.1 炭／炭复合材料在飞机制动领域的应用 614

8.1.1 粉末冶金刹车盘与炭／炭刹车盘的工艺对比 618

8.1.2 粉末冶金刹车盘与炭／炭刹车盘的性能对比 626

8.1.3 国内在炭／炭刹车盘方面的研究现状 629

8.1.4 炭／炭复合摩擦材料的失效 630

8.2 炭／炭复合材料在湿式摩擦材料中的应用 630

8.2.1 湿式摩擦材料工作原理及应用概况 631

8.2.2 主要设计参数 632

8.2.3 国内外湿式摩擦材料研究概况 633

8.2.4 湿式摩擦材料的发展及现状 634

8.2.5 湿式摩擦材料的失效形式 639

8.2.6 油槽型式对性能的影响 640

8.2.7 炭／炭复合材料在湿式摩擦材料的应用情况 644

8.2.8 C/C-SiC复合材料摩擦磨损性能的影响因素 653

8.2.9 C/C-SiC复合材料制备用原材料 654

8.2.10 超声渗硅法制备湿式C/C-SiC复合材料 659

8.2.11 C/C-SiC复合材料的性能表征 666

8.2.12 C/C-SiC复合材料的微观结构以及力学性能 672

8.2.13 摩擦力矩曲线和动摩擦因数分析 684

8.2.14 制动速度对C/C-SiC复合材料动摩擦因数的影响 687

8.2.15 制动压力对C/C-SiC复合材料动摩擦因数的影响 691

8.2.16 吸收能量对C/C-SiC复合材料动摩擦因数的影响 696

8.2.17 摩擦机理分析 700

8.2.18 2D C/C-SiC材料的性能分析 704

8.3 炭／炭复合材料在汽车制动方面的应用 711

8.4 炭／炭复合材料在列车制动中的应用 715

参考文献 716

第9章 微纳米碳球制备技术及碳化钙-氯仿体系研究 721

9.1 微纳米碳球制备技术 721

9.1.1 化学气相沉积法 722

9.1.2 电弧放电法 724

9.1.3 水热法 724

9.1.4 溶剂热法 725

9.1.5 模板法 725

9.1.6 超声波法 726

9.1.7 溶胶凝胶法 726

9.1.8 C60转化法 727

9.1.9 激光诱导热蒸发法 727

9.1.10 爆炸法 727

9.1.11 电子等离子放电 727

9.1.12 有机金属热解法 727

9.2 微纳米碳球的反应热力学 728

9.2.1 CaC2-CHCl4体系的反应热力学 728

9.2.2 CaC2-CHCl3体系的反应热效应和绝热温度 729

9.3 工艺因数对碳化钙-卤代烃体系制备微纳米碳球的影响 730

9.3.1 试验过程及工艺路线 730

9.3.2 催化剂对体系反应温度和压力的影响 731

9.3.3 氩气压强对二茂铁催化制备碳球的影响 744

9.3.4 反应物量对制备碳球形貌和结构的影响 749

9.3.5 块体碳化钙对合成碳产物的形貌和结构的影响 750

9.3.6 高温热处理对微纳米碳球形貌和结构的影响 752

9.4 微纳米碳球的生长机理 755

9.4.1 界面能理论 755

9.4.2 CVD法制备碳球的生长机理及模型 756

9.4.3 高温条件制备微纳米碳球的生长机理及其模型 757

9.4.4 CaC2-CHCl3体系合成碳球的生长模型 758

9.5 微纳米碳球性能及其应用 761

9.5.1 锂离子电池负极材料 761

9.5.2 催化剂载体 762

9.5.3 用作模板制备空心球状材料 764

9.5.4 复合材料的增强体 764

9.5.5 其他方面的应用 765

参考文献 765