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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