碳材料工艺学第六讲

炭素工艺学考点1、填空题沥青熔化的目的在于O,并使（）,减少（）。

正确答案：排除沥青中的水分；机械杂质沉淀；其膨胀性2、问答题如何评价炭材料生产用石油焦的质量？正确答案：炭材料生产用石油焦的质（江南博哥）量可用灰分、硫分、挥发分、锻后焦真密度、粉焦量和杂质元素含量来衡量。

灰分含量是石油焦的主要质量指标，硫分对于炭材料生产来说是一种有害元素。

石油焦的挥发分高低显示了焦炭的焦化程度，其对锻烧操作有较大的影响。

锻后焦的真密度大小标志着石油焦的石墨化难易程度，锻后焦真密度越大，石油焦越易石墨化，并且石典化产品电阻率较低。

为r更全面地分析炭材料用石油焦的使用性能，有时还需要检测石油焦的堆积密度、振实密度与锻后焦的电阻率、热膨胀系数和机械性能长可破碎性、脆性和磨损率。

3、判断题弹性后效通常是随着压力的增大而增加。

O正确答案：对4、填空题体密度可以表示材料或制品的宏观组织结构的（），制品的气孔率越大，则体密度（），宏观组织结构越O.正确答案：宏观组织结构；越低；疏松5、问答题影响浸渍效果的工艺因素有哪些？正确答案：对于采用煤沥青作为浸渍剂来说，影响浸涉质量和浸涉效果的工艺囚素有浸渍前焙烧炭坯的预热温度、浸渍剂沥青的熔化预热温度、浸泄系统的真空度及抽真空时间、浸渍罐的预热温度、浸渍时所加压力的大小及加压时间等。

此外，浸渍剂沥青的组分构成、哇琳不溶物含量和流变性能对浸渍效果也有明显的影响。

6、判断题适宜的糊料温度，使糊料具有一定的流动性，使成型种不出或少出裂纹废品。

O正确答案：对7、判断题混捏时间的长短，对混捏质量影响不大。

（）正确答案：错8、问答题挤压废品类型有哪些，其产生的原因是什么？正确答案：（1）裂纹。

裂纹是挤压成型最常见的废品类型，裂纹可分为横向裂纹、纵向裂纹和网状裂纹等。

（2）体积密度不合格。

产生生坯体积密度不合格的原因有：1）糊料中勃结剂用量过大，糊料中骨料颗粒内部颗粒的孔隙没有被勃结剂填满；2）压机压缩比太小，压型时糊料交流程度不够，压机吨位不够：3）预压压力低，预压时间短；4）型嘴温度较高，下料温度较低；5）压型速率较快；6）西甜中颗粒较大并且大颗粒所占比率较大，干料堆积密度低。

第六节正确选用DLC (类金刚石)涂层类金刚石diamond-like carbon，简称DLC薄膜，涂层的主要成分为碳，是以sp3、sp2键结合为主体，并混合有少量sp1键的远程无序立体网状非晶态结构，这种结构使得DLC薄膜具有一系列优良的物理化学性能，如红外波段透明、硬度高、摩擦系数小、化学性能稳定、热膨胀系数小等，从而使该薄膜在光学、电学、材料、机械、医学、航空航天等领域广泛应用。

由于制备技术和方法不同，DLC膜可能完全由碳元素组成，也可能含有大量的氢，因此一般来说，可将DLC薄膜分为含氢碳膜和不含氢碳膜。

根据薄膜中原子的键合方式(C-H、C-C、sp3、sp2等)及各种键比例不同，DLC膜又有不同的称谓：◎非晶碳(amorphous carbon，a-C)膜，膜中sp2键含量较高；◎含氢非晶碳(hydrogenated amor-phous carbon，a-C:H)膜；◎四面体非晶碳(tetra-hedral amorphous carbon，ta-C)膜，sp3键含量超过70%，也称非晶金刚石膜。

事实上，目前对DLC薄膜尚无明确的定义和统一的概念，但若以其宏观性质而论，国际上广为接受的标准为硬度达到天然金刚石硬度20%的绝缘无定形碳膜就称为DLC薄膜。

一、DLC膜的制备技术：DLC薄膜已经开发了许多种沉积方法，大体上可以分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。

PVD方法是在真空下加热或离化蒸发材料(石墨)，使蒸发粒子沉积在基片表面形成薄膜的一种方法。

按照加热方式不同，热蒸发有激光蒸发、电弧蒸发、电子束加热等方法。

溅射沉积是用高能离子轰击靶物质(石墨)，与靶表面原子发生弹性或非弹性碰撞，结果部分靶表面原子或原子团溅射出来，沉积在基板上形成薄膜。

CVD方法是在真空室内通入碳的氢化物、卤化物、氧化物，通过气体放电，在一定条件下促使它们发生分解、聚合、氧化、还原等化学反应过程，在基板上形成DLC薄膜的方法。

碳材料的制备与应用技术碳材料是一种性质特殊的材料，它具有多种优异的性能，如高强度、高导电性、高吸附能力和高高温耐性等，因此在许多技术领域中得到了广泛应用。

本文将介绍碳材料的制备与应用技术。

一、碳材料的制备1.碳纤维制备技术碳纤维是一种高性能的纤维材料，制备工艺相对成熟。

其主要制备工艺为聚丙烯腈(PAN)纤维制备工艺、炭素母体纤维制备工艺和炭素母体预制块制备工艺等。

其中，采用PAN纤维制备工艺生产出的碳纤维质量稳定，性能优异；而采用炭素母体纤维制备工艺生产的碳纤维具有纤维直径均匀、晶体结构紧密等特点。

而炭素母体预制块制备工艺则是将炭素母体材料预制为块状，再通过高温烧结制备出碳纤维。

2.碳纳米管制备技术碳纳米管是一种纤维状材料，具有高强度、高导电性、高吸附能力等多种性能。

目前，碳纳米管制备技术主要有两种，即物理法和化学法。

物理法主要包括电弧放电法、激光热解法等技术，其中电弧放电法是目前最为成熟的技术之一；化学法主要包括化学气相沉积法、水热合成法等，化学气相沉积法是产量最大的制备技术之一。

3.石墨烯制备技术石墨烯是一种二维的材料，具有高导电性、高热导率、高机械强度等特点。

目前，主要的石墨烯制备技术为化学气相沉积法、化学还原法、机械剥离法等。

其中，化学气相沉积法是一种高效、成本低的制备方法，但需要高温高压环境。

而化学还原法可以在室温下制备出石墨烯，但制备过程中有大量有害废气产生，对环境污染较大。

二、碳材料的应用1.复合材料中的应用碳纤维作为一种高性能的纤维材料，被广泛应用于制备复合材料中。

碳纤维复合材料具有高强度、高刚度、低密度等特点，被广泛应用于高端汽车、航空器和船舶等领域。

石墨烯也可以被制备成复合材料，可以与其他材料相混合，形成高性能的材料，例如石墨烯增强的聚合物基复合材料、石墨烯增强金属基复合材料等。

2.电池材料中的应用碳材料在电池材料中的应用较为广泛，碳纳米管、石墨烯等材料都可以被应用于电池的正负极材料中。

碳碳的制造工艺简介碳碳（Carbon-Carbon，简称C/C）是一种由碳纤维和碳基质组成的复合材料，具有高强度、耐高温、耐腐蚀等优点，在航空航天、能源、汽车等领域有广泛的应用。

本文将介绍碳碳的制造工艺以及相关技术。

碳纤维的制备碳纤维是制造碳碳的关键材料，其制备过程主要包括聚合纤维、氧化、碳化等步骤。

首先，在聚合纤维阶段，聚丙烯或聚丙烯酸甲酯等聚合物通过纺丝成纤维，在高温、低氧环境下进行干燥和热处理，形成初步成型的聚合纤维。

然后，在氧化阶段，将聚合纤维在氧气或空气中进行热处理，使其氧化生成聚丙烯酸纤维。

最后，在碳化阶段，将聚丙烯酸纤维在高温下进行碳化处理，使其转变为碳纤维。

碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优点，是制造碳碳材料的重要基础。

碳基质的制备碳基质是碳碳的主要组成部分，其作用是提供机械支撑和保护碳纤维。

碳基质的制备通常采用炭化树脂、炭化油等方法。

炭化树脂是一种含有碳元素较高的树脂，通常通过模压成型，在高温下进行炭化处理，形成高碳化度的碳基质。

炭化油是一种含有碳元素较高的石油产品，通过涂覆在碳纤维上，再进行热处理，也能制备碳基质。

碳基质的炭化度越高，其机械性能和耐高温性能也越好。

碳碳的制造工艺碳碳的制造工艺主要包括堆叠、热压、碳化、再热压等步骤。

堆叠堆叠是将碳纤维与碳基质按照一定的顺序和方式进行层叠组合，形成一个整体结构。

堆叠的方式有平行堆叠、绕线堆叠等。

平行堆叠是将碳纤维和碳基质平行地堆积起来，形成多层叠压结构。

绕线堆叠是将碳纤维绕在轴上，再进行层叠组合。

堆叠时需要注意碳纤维的方向和排列的均匀性，以保证碳碳的性能和质量。

热压热压是将堆叠好的碳碳放入高温高压的环境中，通过热压力将碳纤维和碳基质结合在一起。

热压时需要控制压力、温度和时间等参数，以确保材料的密实度和结合强度。

热压能够使碳碳材料形成致密的结构，提高其机械性能和耐高温性能。

碳化碳化是将热压得到的碳碳材料在高温下进行碳化处理，使其形成高度碳化的结构。

碳材料工艺流程碳材料是一类重要的功能材料，具有优异的导电性、热导率和化学稳定性，因此在许多领域都有广泛的应用，如电子设备、航空航天、能源存储等。

碳材料的制备工艺对其性能和应用具有重要影响，下面将介绍碳材料的几种常见制备工艺流程。

1. 碳纤维制备工艺流程。

碳纤维是一种具有高强度和高模量的纤维材料，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。

碳纤维的制备工艺主要包括原料处理、纺丝、氧化、碳化和表面处理等步骤。

首先，聚丙烯等聚合物原料经过预处理，然后通过纺丝成纤维。

接着，纤维经过氧化处理，在氧气中形成氧化纤维。

随后，经过高温碳化处理，使得纤维中的非碳元素得到去除，最终形成碳纤维。

最后，对碳纤维进行表面处理，以提高其界面性能。

2. 石墨烯制备工艺流程。

石墨烯是一种具有单层碳原子排列的二维材料，具有优异的导电性和热导率，被认为是未来电子器件的重要材料。

石墨烯的制备工艺主要包括化学气相沉积（CVD）、机械剥离和化学剥离等方法。

其中，CVD是一种常用的制备方法，通过在金属衬底上加热挥发碳源，使得碳原子在金属表面沉积形成石墨烯薄膜。

机械剥离则是通过机械手段将石墨材料剥离成单层石墨烯。

化学剥离则是通过化学方法将石墨材料剥离成单层石墨烯。

3. 活性炭制备工艺流程。

活性炭是一种具有大孔结构和高比表面积的碳材料，具有优异的吸附性能，被广泛应用于水处理、空气净化等领域。

活性炭的制备工艺主要包括原料选择、碳化、活化和表面处理等步骤。

首先，选择富含碳的原料，如木质素、煤炭等。

然后，经过高温碳化处理，使得原料中的非碳元素得到去除，形成初级碳。

接着，进行活化处理，通过化学或物理方法开发出更多的孔结构，提高比表面积。

最后，对活性炭进行表面处理，以提高其吸附性能和化学稳定性。

以上便是碳材料的几种常见制备工艺流程，不同的工艺流程适用于不同的碳材料制备需求，通过合理选择工艺流程，可以获得具有优异性能的碳材料，满足不同领域的应用需求。

《炭素工艺学》课程教学大纲课程代码：050541002课程英文名称：Carbon technology课程总学时：40讲课：40 实验：上机：0适用专业：粉体材料科学与工程专业大纲编写（修订）时间：2017.3一、大纲使用说明:（一）课程地位及教学目标（1）课程的地位本课程是粉体材料工程专业的专业方向课，必修课。

（2）教学目标掌握碳材料基础知识，包括炭和石墨材料，炭素生产用原材料。

掌握炭素生产工艺：原料的煅烧、原料的粉碎、筛分、配料及混捏，成型，炭制品的焙烧，浸渍，石墨化。

（二）知识、能力、技能方面的基本要求（1）知识方面的基本要求掌握碳材料基础，炭和石墨材料、炭素生产用原材料；掌握原料的煅烧、原料的粉碎、筛分、配料及混捏、成型、炭制品的焙烧、浸渍、石墨化。

（2）能力方面的基本要求要求学生掌握炭素生产基本原理和工艺，具备运用这些知识的能力，（3）技能方面的基本要求具有解决炭素工程实践中的具体问题的基础知识和基本技能。

（三）实施说明1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；增加讨论课，调动学生学习的主观能动性。

讲课要联系实际并注重培养学生的创新能力。

2．教学手段：由于本课程实践性较强，因此在教学过程中除了强调基本理论和基础知识，还注重基本理论和基本知识在新型碳材料领域的应用。

通过实践教学加强对基础知识与基本理论的理解和应用。

（四）对先修课的要求在讲授本课前，学生应修完材料性能学、物理化学、粉体材料基础等专业课程。

（五）对习题课、实验环节的要求1．对重点、难点章节安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。

2．课后作业少而精，内容多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及理论应用方面的内容，作业巩固所学理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，对作业中的重点、难点，适当安排课内讲评作业。