PAN 基碳纤维 摘要: 聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。本文简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及其前景。 关键词：PAN 基碳纤维 碳纤维结构 PAN 基碳纤维制备 PAN 基碳纤维性能 PAN 基碳纤维应用前景 航天 军事 体育用品 1. 碳纤维结构 碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。 碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98%~99%，杂志少。碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。 2. PAN 基碳纤维的制备 从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN 的聚合， 原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。 2.1 PAN 的聚合 由于PAN 分子结构的特性，纯聚体PAN 不适宜作为碳纤维前驱体。工业生产中，往往采用共聚PAN 来制备PAN 原丝。引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。但也可能带来一些负作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。 2.2 原丝的制备 PAN 在熔点（317°C ）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。 干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内单体引发剂 聚合 纺丝 原丝 预氧化 预氧丝 炭化 石墨化 表面处理 上浆 碳纤维 石墨纤维
第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： ? 是形核与长大的过程（重结晶） ? 将导致体积变化（产生内应力） ? 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相定义力学性能溶碳量 铁素体 F 碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低，塑性,韧性好最大0.0218% 奥氏体 A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低，塑性好最大2.11% 渗碳体Fe3C Fe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=09.69% 第二节铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77→ F0.0218 + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类：
三条重要的特性曲线 ① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶 入奥氏体的终了线. ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之 为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727o C时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300o C以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727o C冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（ 2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 4、共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ) 5、亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ→ Ld′+P+ Fe3CⅡ 6、过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C
第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 第一节铁碳合金基本相 一、铁素体 1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。 2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。 F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体 γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形 三、渗碳体
Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节 Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L→A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。 （3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：
一、共析钢的结晶过程 图中Ⅰ表示共析钢（Wc＝0.77％），合金在1点以上为液体（L），当缓冷至稍低于1点温度时，开始从液体中结晶出奥氏体（A），A的数量随温度的下降而增多。 温度降到2点时，液体全部结晶为奥氏体。2～S点之间，合金是单一奥氏体相。继续缓冷至S点时，奥氏体发生共析转变，转变成珠光体（P）。727℃以下，P基本上不发生变化。故室温下共析钢的组织为P。 共析钢的结晶过程如下图。 二、亚共析钢的结晶过程 图3－6中合金Ⅱ表示亚共析钢。合金在1点以上为液体。缓冷至稍低于1点，开始从液体中结晶出奥氏体，冷却到2点结晶终了。在2～3点区间，合金为单一的奥氏体组织，当冷却到与GS线相交的3点时，开始从奥氏体中析出时，就会将多余的碳原子转移到奥氏体中，引起未转变的奥氏体的含碳量增加。沿着GS线变化。当温度降至4点（727℃）时，剩余奥氏体含碳量增加到了Wc＝0.77％，具备了共析转变的条件，转变为珠光体。原铁素体不变保留了在基体中。4点以下不再发生组织变化。故亚共析钢的室温组织为铁素体＋珠光体。 亚共析钢的结晶过程如图3－8所示。 三、过共析钢的结晶过程 图3-6中合金Ⅲ表示过共析钢。合金在1点以上为液体，当缓冷至稍低于1点后，开始从液体中结晶出奥氏体，直至2点结晶终了。在2～3点之间是含碳时为合金Ⅲ奥氏组织。缓冷至3点时，奥氏体中开始沿晶界析出渗碳体（即二次渗碳体）。随着温度不断降低，由奥氏体中析出的二次渗碳愈来愈多，而奥氏体中的含碳量不断减少，并沿着ES线变化。3～4点之间的组织为奥氏体＋二次渗碳体。降至4点（727℃）时，奥氏体的成分达到了共析成分，于是这部分奥氏体发生共析反应，转变为珠光体。在4点以下，合金的组织不再发生变化。故室温组织为珠光体＋二次渗碳体。过共析钢结晶过程如图3－9。
石墨换热器 一、特点及应用 人造石墨材料的导热系数达到100～130W/M·K,是碳钢的三倍，不锈钢的六倍，是唯一的一种既耐腐蚀又有高导热率的材料。 石墨换热器是传热组件用石墨制成的换热器。制造换热器的石墨应具有不透性，常用浸渍类不透性石墨和压型不透性石墨。 石墨换热器按其结构可分为块孔氏、管壳式和板式3种类型。块孔氏：有若干个带孔的块状石墨组件组装而成。管壳式：管壳式换热器在石墨换热器中占有重要地位，按结构又分为固定式和浮头式两种。板式：板式换热器用石墨板粘结而成。此外，还有沉浸式、喷淋式和套管式等（见蛇管式换热器、套管式换热器）。石墨换热器耐腐蚀性好，传热面不易结垢，传热性能良好。但石墨易脆裂，抗弯，抗拉强度低，因而只能用于低压，即使是承压能力最好的块孔状结构，其工作压力一般也仅为0.3～0.5兆帕，温度–20℃—165℃。石墨换热器成本高，体积大，使用不多。它主要用于盐酸、硫酸、醋酸和磷酸等腐蚀性介质的换热，如用作醋酸和醋酸酐的冷凝器等。 二、型号说明 YKA30—16/10—5 换热器面积 冷却水孔直径 气相孔直径 石墨块外径 石墨结构（圆块式） 三、安装说明
石墨换热器气相接口为石墨、易碎。安装过程中应使用软垫圈且垫圈稍厚一些（可用生料带多缠绕几圈）。上下连接法兰的螺栓拧进螺栓孔不得超过100mm，拧进过多会把石墨盘顶碎。按螺栓拧进操作顺序依次对角上紧，扭矩不得超过80N·M。 四、操作规程 操作员工在使用时应根据本设备使用介质的MSDS表，合理配戴好劳动防护用品。 1、检查列管冷凝器的冷却水管低进高出的接法与保温完好情况。 2、使用时，先打开冷凝器的冷却水出管阀门，再徐徐打开冷却水进管阀门，检查表压力是否正常范围以内。然后根据工艺要求，用冷却水进管阀门调节冷却水的流量，达到最佳冷却效果。注: 使用时严禁开冷却水进管阀门旁的回管阀以防冷却水短路. 3、根据冷却水的特性控制好温差(5度)，以防换热器结垢。 4、使用完毕时，请关闭冷却水进管阀门。 5、若冷凝器的冷却水低于0度，并做好冷凝器的另一介程与外界的隔绝工作，以防吸入空气中的水份结冰。 6、需要长期停车时，请用氮气或压缩空气将列管换热器内的冷却水压完，以防容胀。或关闭冷却水进、出管阀门，打开排气口，以防容胀。 7、需要长期停车时，若换热器是用于液液交换，要同时压完另一端液体介质。并做好换热器与外界的隔绝及其它防腐工作。 8、若冷凝器器换热效果不佳时，请打开排气口排除不凝气体气后再用或清洗。 9、使用完毕，应及时打扫该设备及系统的卫生，保持清洁。
铁碳平衡图 （The Iron-Carbon Diagrams） 连聪贤 本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态 四、课程纲要 （一）铁碳合金的构成元素及基本相
1. 合金的构成元素与名词解释 （1）金属特性：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶 体）。 （2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 （3）相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分，物理上均质且可区分的部分。 （4）固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态 金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。（5）固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 （6）化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 （7）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
PAN基碳纤维综述 专业纺织工程学号 0843093070 学生林华萍指导老师傅师申 摘要:聚丙烯晴基碳纤维是一种力学性能优异的新材料，具有高强度、高模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、导电、导热、膨胀系数小、减震等优异性能，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。本综述简要介绍了其结构，制备方法，性能，应用领域及前景。 关键词：PAN基碳纤维，制备，结构，性能，应用，前景 1碳纤维结构 碳纤维属于聚合的碳，它是由有机物经固相反应转化为三维碳化合物，碳化历程不同，形成的产物结构也不同。 碳纤维和石墨纤维在强度和弹性模量上有很大差别，这主要是由于其结构不同，碳纤维是由小的乱层石墨晶体所组成的多晶体，含碳量约75%~95%；石墨纤维的结构与石墨相似，含碳量可达98-99%，杂质少。碳纤维的含碳量与制造纤维过程中碳化和石墨化过程有关。 2PAN基碳纤维的制备 图1 从原料丙烯晴到聚丙烯晴基碳纤维的制备过程中可以看出四个关键步骤：PAN 的聚合，原丝的制备，原丝的预氧化以及预氧化丝的炭化和石墨化。 2.1 PAN的聚合 由于PAN分子结构的特性，纯聚体PAN不适宜作为碳纤维前驱体。工业生产中，往往采用
共聚PAN来制备PAN原丝。引入共聚单体可以起到如下作用：减少聚合物原液中凝胶的产生；增加聚合物的溶解性和可纺性；降低原丝环化温度及变宽放热峰。但也可能带来一些副作用：降低原丝的结构规整性和结晶度；增加大分子链结构的不均匀性；引入更多的无机和有机杂质等。 2.2 原丝的制备 PAN在熔点（317°C）以下就开始分解，因此形成纤维主要通过湿法或干湿法进行纺丝。 干湿法纺丝由于将挤出膨化与表皮凝固进行了隔离，纤维的成形机理有所改变，因此湿法纺丝凝固过程中皮层破裂或径向大孔及表皮褶皱等现象基本消失，干湿法纺丝的原丝表面及内部的缺陷减少、致密性提高。干湿法纺丝还具有高倍的喷丝头拉伸（3-10mm的空气层是有效拉伸区），纺丝速度高（为湿法纺丝的5-10倍），容易得到高强度、高取向度的纤维等特点，从而保证了碳纤维有足够的强度，是当前碳纤维原丝生产的发展方向。 2.3 原丝的预氧化 预氧化过程中原丝的颜色由白色向黄、棕、黑过渡，主要发生的反应为脱氢、环化及氧化反应，其中环化反应是预氧化过程中最关键的一步。 环化反应：PAN热处理时，分子间相邻氰基的加成反应，形成稳定性较高的梯形结构。 脱氢反应：为环化的聚合物或环化的杂环均可由于氧的作用发生脱氢反应，产生大量的水。脱氢反应是预氧化过程中主要反应之一，其结果导致主链上双键的形成，赋予主链更高的稳定性，使预氧化丝具有耐燃性。 氧化反应：预氧化开始时，氧化脱氢为氧化反应的主要部分。除此之外，氧同时还直接与预氧化丝结合，主要生成羟基、羰基、羧基等。若PAN原纤被充分预氧化，在预氧化丝中的含氧量甚至课高达16-23%。 影响PAN原丝预氧化的因素只要有：纤维的张力，热处理温度和介质的影响。 2.4 预氧化丝的碳化及石墨化 为避免高温下碳的氧化，碳化必须在惰性气氛的保护下进行。通常采用N 2、Ar 2 或其他非氧 化性介质如HCl等气体。 碳化是纤维仍会发生物理收缩和化学收缩，因此要对纤维施加张力进行拉伸以得到优质碳纤维。 碳化阶段以多段式的升温速率进行。低于600°C的温区，需低升温速率，升温速率需严格控制在小于5℃/min的范围内。因为这一温区包含大部分的化学反应及挥发性物质的逸出，提高升温速率的话，纤维表面会形成气孔或不规则的形态。600℃以上的温区，可以以较快的升温速率进行，此加热段仍有挥发性产物的逸出，同时形成分子链聚合物之间的交联。经600℃左右的低温碳化处理后，碳纤维的强度为1.5-2.0GPa，模量约120GPa。从900℃升温到1350℃，可制取强度为3-4GPa，模量约220GPa的碳纤维；升温到1500℃，可制取强度为4-5GPa,模量约
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴ 工业纯铁（<0.0218% C ），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵ 碳钢（0.0218%~2.11%C ），其特点是高温组织为单相A ，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C ）、共析钢（0.77%C ）和过共析钢（0.77%~2.11%C ）。 ⑶ 白口铸铁（2.11%~6.69%C ），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C ）、共晶白口铸铁（4.3%C ）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C ） 下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。 图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置 ㈠ 工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程 合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe 3C III 。7点以下，随温度下降，Fe 3C III 量不断增加，室温下Fe 3C III 的最大量为： %31.0%1000008.069.60008.00218.03=?--=ⅢC Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。工业纯铁的室温组织为α+Fe 3C III ，如图3-28所示，图中个别部位的双 晶界内是Fe 3C III 。
不透性石墨 市场深度调研及投资战略咨询报告 2016-2020
核心内容提要 产业链（Industry Chain） 狭义产业链是指从原材料一直到终端产品制造的各生产部门的完整链条，主要面向具体生产制造环节； 广义产业链则是在面向生产的狭义产业链基础上尽可能地向上下游拓展延伸。产业链向上游延伸一般使得产业链进入到基础产业环节和技术研发环节，向下游拓展则进入到市场拓展环节。产业链的实质就是不同产业的企业之间的关联，而这种产业关联的实质则是各产业中的企业之间的供给与需求的关系。 市场规模（Market Size） 市场规模（Market Size），即市场容量，本报告里，指的是目标产品或行业的整体规模，通常用产值、产量、消费量、消费额等指标来体现市场规模。千讯咨询对市场规模的研究，不仅要对过去五年的市场规模进行调研摸底，同时还要对未来五年行业市场规模进行预测分析，市场规模大小可能直接决定企业对新产品设计开发的投资规模；此外，市场规模的同比增长速度，能够充分反应行业的成长性，如果一个产品或行业处在高速成长期，是非常值得企业关注和投资的。本报告的第三章对手工工具行业的市场规模和同比增速有非常详细数据和文字描述。 消费结构（consumption structure） 消费结构是指被消费的产品或服务的构成成份，本报告主要从三个角度来研究消费结构，即：产品结构、用户结构、区域结构。1、产品结构，主要研究各类细分产品或服务的消费情况，以及细分产品或服务的规模在整个市场规模中的占比；2、用户结构，主要研究产品或服务都销售给哪些用户群体了，以及各类用户群体的消费规模在整个市场规模中的占比；3、区域结构，主要研究产品或服务都销售到哪些重点地区了，以及某些重点区域市场的消费规模在整个市场规模中的占比。对消费结构的研究，有助于企业更为精准的把握目标客户和细分市场，从而调整产品结构，更好地服务客户和应对市场竞争。
碳纤维制备工艺简介资料． 碳纤维制备工艺简介 碳纤维(Carbon Fibre)是纤维状的碳材料，及其化学组成中碳元素占总质量的90%以上。碳纤维及其复合材料具有高比强度，高比模量，耐高温，耐腐蚀，耐疲劳，抗蠕变，导电，传热，和热膨胀系数小等一系列优异性能，它们既可以作为结构材料承载负荷，又可以作为功能材料发挥作用。因此，碳纤维及其复合材料近年来发展十分迅速。
一、碳纤维生产工艺 可以用来制取碳纤维的原料有许多种，按它的来源主要分为两大类，一类是人造纤维，如粘胶丝，人造棉，木质素纤维等，另一类是合成纤维，它们是从石油等自然资源中提纯出来的原料，再经过处理后纺成丝的，如腈纶纤维，沥青纤维，聚丙烯腈(PAN)纤维等。 经过多年的发展，目前只有粘胶(纤维素)基纤维、沥青纤维和聚丙烯腈(PAN)纤维三种原料制备碳纤维工艺实现了工业化。 1，粘胶(纤维素)基碳纤维 用粘胶基碳纤维增强的耐烧蚀材料，可以制造火箭、导弹和航天飞机的鼻锥及头部的大面积烧蚀屏蔽材料、固体发动机喷管等，是解决宇航和导弹技术的关键材料。粘胶基碳纤维还可做飞机刹车片、汽车刹车片、放射性同位素能源盒，也可增强树脂做耐腐蚀泵体、叶片、管道、容器、催化剂骨架材料、导电线材及面发热体、密封材料以及医用吸附材料等。
虽然它是最早用于制取碳纤维的原丝，但由于粘胶纤维的理论总碳量仅44.5%，实际制造过程热解反应中，往往会因裂解不当，生成左旋葡萄糖等裂解产物而实际碳收率仅为30% 以下。所以粘胶(纤维素)基碳纤维的制备成本比较高，目前其产量已不足世界纤维总量的1％。但它作为航空飞行器中耐烧蚀材料有其独特的优点，由于含碱金属、碱土金属离子少，飞行过程中燃烧时产生的钠光弱，雷达不易发现，所以在军事工业方面还保留少量的生产。 2，沥青基碳纤维 1965年，日本群马大学的大谷杉郎研制成功了沥青基碳纤维。从此，沥青成为生产碳纤维的新原料，是目前碳纤维领域中仅次于PAN基的第二大原料路线。大谷杉郎开始用聚氯乙稀(PVC)在惰性气体保护下加热到400℃，然后将所制PVC 沥青进行熔融纺丝，之后在空气中加热到260℃进行不熔化处理，即预氧化，再经炭化等一系列后处理得到沥青基碳纤维。 目前，熔纺沥青多用煤焦油沥青、石油沥青或合成沥青。1970年，日本吴羽化学工业公司生产的通用级沥青基碳纤维上市，至今该公司仍在规模化生产。1975年，美国联合碳化物公司(Union Carbide Corporation)开始生产高性能中间相沥青基碳纤维“Thornel-P”,年产量237t。我国鞍山东亚精细化工有限公司于20世纪90年代初从美国阿石兰石油公司引进年产200t通用级沥青基碳纤维生产线，1995年已投产，同时还引进了年产45t活性碳纤维的生产装置。 3，聚丙烯腈（PAN）基碳纤维 PAN基碳纤维的炭化收率比粘胶纤维高，可达45％以上，而且因为生产流程，溶剂回收，三废处理等方面都比粘胶纤维简单，成本低，原料来源丰富，加上聚丙烯腈基碳纤维的力学性能，尤其是抗拉强度，抗拉模量等为三种碳纤维之首。所以是目前应用领域最广，产量也最大的一种碳纤维。PAN基碳纤维生产的流程图如图1所示。
石墨设备 运输、安装、使用 特别注意事项不透性石墨材料具有优良的耐腐蚀性能，被广泛用于制造换热、吸收、反应设备，还用于制造各类塔器和容器，如冷却、加热、蒸馏、蒸发、过滤、洗涤等许多化工设备中。 不透性石墨材料虽有很好的耐腐蚀性能和热传导性能。却又是一种强度低，性质脆的材料，它虽有极强的化学稳定性却不宜受力，加之制造工艺的特殊，因此特别是在吊装、运输、安装和使用的过程中必须加以特别注意。 1、搬运、吊装时应轻吊轻放，不得触地拖拉，石墨件不得用撬杆撬动或用钢丝绳直接捆扎，对裸露于金属壳体外的石墨设备件要采取保护措施。 2、安装时若对壳体进行焊接或气割时，，应保证石墨件和密封件的安全（可在壳内充满水），否则将石墨件抽出。 3、接管法兰外接时不得强制安装，上紧螺栓用力应对称均匀。 4、启动设备进口阀门时应缓慢启闭，避免物料强力冲击。 5、使用的介质、温度和压力范围应严格按照设备规定，不得超温、超压使用。 6、当作加热器用开车时应先通物料，后通蒸汽；作冷却或冷凝器用时先通冷载体后通物料；停车时顺序相反，避免骤冷骤热。 7、圆块孔式石墨换热器，在新设备使用若干小时后，应检查排除的冷却水或冷凝水中是否有被处理物料的成份，如有渗漏，应及时拧紧纵向拉杆螺栓。 8、操作过程中应及时排除设备内的不凝气体。 9、物料和冷却水中若含有易结晶结垢堵塞流道的物质，应定期进行清洗，可根据具体情况采用化学法清洗，严禁采用机械法清洗。 10、使用中应定期检查排出冷却水，或冷凝水中是否含有另一种物料的成份，发现渗漏串料时应及时停车检修。 11、冬天设备停止使用时排尽设备内的物料和冷凝、冷却水，以防止冻坏设备。 我公司衷心感谢广大用户多年来对我公司的支持，为了加深我们的友谊和合作，希望各用户对我公司多提宝贵意见和建议，为促进我国工业防腐蚀技术的发展共同努力！ 12、定期紧固装配螺栓，防止因螺栓松动而引起设备渗漏。
碳纤维的研究现状与发展 一、碳纤维的性能 1.1分类 根据原丝类型分类可分为聚丙烯腈（PAN）基、沥青基和粘胶基3种碳纤维，将原丝纤维加热至高温后除杂获得。目前，PAN碳纤维市场用量最大；按力学性能可分为高模量、超高模量、高强度和超高强度4种碳纤维；按用途可分为宇航级小丝束碳纤维和工业级大丝束碳纤维，其中小丝束初期以1K、3K、6K（1K为1000根长丝）为主，逐渐发展为12K和24K，大丝束为48K以上，包括60K、120K、360K 和480K等。 1.2性能 碳纤维的主要性能：(1)密度小、质量轻，密度为1.5～2克/立方厘米，相当于钢密度的l/4、铝合金密度的1/2；(2)强度、弹性模量高，其强度比钢大4-5倍，弹性回复l00%；(3)具有各向异性，热膨胀系数小，导热率随温度升高而下降，耐骤冷、急热，即使从几千度的高温突然降到常温也不会炸裂；(4)导电性好，25。C时高模量纤维为775μΩ/cm，高强度纤维为1500μΩ/cm；(5)耐高温和低温性好，在3000。C非氧化气氛下不融化、不软化，在液氮温度下依旧很柔软，也不脆化；(6)耐酸性好，对酸呈惰性，能耐浓盐酸、磷酸、硫酸等侵蚀。此外，还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和使中子减速等特性。
通常，碳纤维不单独使用，而与塑料、橡胶、金属、水泥、陶瓷等制成高性能的复合材料，该复合材料也具有轻质、高强、耐高温、耐疲劳、抗腐蚀、导热、导电等优良性质，已在现代工业领域得到了广泛应用。 1.3应用领域 由于碳纤维具有高强、高模、耐高温、耐疲劳、导电、导热等特性，因此被广泛应用于土木建筑、航空航天、汽车、体育休闲用品、能源以及医疗卫生等领域。此外，碳纤维在电子通信、石油开采、基础设施等领域也有着广泛的应用，主要用于放电屏蔽材料、防静电材料、分离铀的离心机材料、电池的电极，在生化防护、除臭氧、食品等领域种也有出色的表现。碳纤维复合材料片。碳纤维复合材料片是采用常温固化的热固性树脂（通常是环氧树脂）将定向排列的碳纤维束粘结起来制成的薄片。把这种薄片按照设计要求，贴在结构物被加固的部位，充分发挥碳纤维的高拉伸模量和高拉伸强度的作用，来修补加固钢筋混凝土结构物。日本、美国、英国将该材料用于加固震后受损的钢筋混凝土桥板，增强石油平台壁及耐冲击性能的许多工程上，获得了突破性进展。碳纤维复合材料片具有轻质（比重是铁的1/4～1/5），拉伸模量比钢高10倍以上，耐腐蚀性能优异，可以手糊，工艺性好等优点。因此，碳纤维复合材料片在修补加固已劣化的钢筋混凝土结构物（约束裂纹发展、防止混凝土削落）和提高结构物耐力以及对用旧标准设计建成的钢筋混凝土结构物的补强、加固应用将越来越多。 二、生产工艺
铁碳相图和铁碳合金
铁碳相图和铁碳合金(一) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组 织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
Crystal Structures of PAN-based Carbon Fibers during Graphitization WAN G Ling,T ON G Jianfeng,LI Baow ei and H UAN G H ao (National Key Laboratory of Advanced Co mpo sites(LAC), Beijing Institute of Aeronautical Mater ials(BIAM)PO BOX81-3,100095Beijing,China) Abstract:Graphitization ex perim ents are carried out on PAN-based carbon fibers manufactured in Ch-i na to prepar e hig h modulus carbon fibers.T he influence of the pr ocess parameters including the tem-perature and stretching on the cry stal structures is discussed using X-r ay diffraction(XRD)and Ra-m an spectro scopy.Bo th high temperature tr eatment and stretching are tw o effective m ethods to obtain hig h-modulus car bon fibers.PAN-based carbon fibers having a Yo ung.s modulus o f356GPa are pre-pared at a heat treatm ent temperature of2700e w ith a strecthing o f1.5%. Key words:g raphitization,PAN-based carbon fibers,XRD,Raman spectro scopy Document code:A Article ID:1001-4381(2009)Suppl2-0363-05 Introduction Car bon fiber co mpo sites hav e been ex tensiv ely applied in aer ospace industry,due to their excellent pro perties of light w eig ht,high specific strength, hig h specific modulus,resistance to fatig ue,corro-sion and hig h temperature,and stable dimension. Co mmercial carbon fibers are classified into tw o types based o n the mechanical perform ance,hig h-strength ty pe and hig h-mo dulus type,such as To ray ca T-se-r ies and T orayca M-series,respectively.M or eov er, carbon fibers having both high strength and high modulus are also com mercially av ailable,such as To-r ay ca MJ-series.H igh-streng th car bo n fibers have a hig h specific str ength,a relative hig h breaking elon-g ation and an excellent fatigue perfo rmance,w hich have becom e the first pr eferred m aterials selected fo r aircraft structure.H ig h-mo dulus car bon fibers m eet the r equirement of space structure,and help to keep the dimension pr ecision and im pro ve the fundamental frequency of structure w ith a light w eig ht.There-fore,hig h-mo dulus carbon fibers are w idely em-ploy ed in the satellite structur e[1-2]. H ig h-mo dulus carbo n fibers,also no ted as graphite fibers,ar e carbo n fibers treated at a v ery hig h tem perature ov er2500e.The hig h temperature tr eatment pro cess is know n as graphitizatio n.During graphitizatio n,the im pure elements,such as H and N,are further remo ved from the fiber,as w ell as the carbon layers in the structure are getting o rganized and o rientated along the fiber ax is.T his pro cess is acco mpanied by the g row th of the dim ensions of hex-ag onal layers and the number of stacked parallel lay-ers.As a result,the crystal structure transfo rms fro m a random stacking to a3-dim entionally order ed state.Accom panied by this structur al transfor ma-tion,the tensile m odulus of fibers increases sig nif-i cantly[3-5]. The key points to g raphitize PAN-based carbon fiber s are the high tem perature treatment techno logy and the equipments.In Japan and America,high-per-form ance graphite fibers have been com mercially fab-r icated,and form pro ducts in series.Whereas in Ch-i na,the lack of the basic engineering w ork on w hich key techno logy and the equipments have to be built restricts the industrialization.Currently,the fabr ica-tion of graphite fibers keeps staying in the laboratory stage. In the present paper,g raphitization ex periments ar e carried out on PAN-based carbo n fiber s m anufac-tured in China to prepare high m odulus carbon f-i bers.T he influence of the process parameters inclu-ding the temperatur e and str etching on the cry stal structures is discussed using X-r ay diffraction(XRD) and Raman spectro scopy.
《机械制造技术基础》教案 教学内容：典型合金的结晶过程及组织 教学方式：结合实际，由浅如深讲解 教学目的： 1．了解铁碳合金的类型； 2．掌握共析钢、亚共析钢、过共析钢的结晶过程及其组织； 3．掌握共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁的结晶过程及其组织。 重点、难点：六种典型合金的结晶过程及组织 教学过程： 4.3 典型铁碳合金的结晶过程及组织 4.3.1铁碳合金的分类 铁碳合金由于成分的不同，室温下将得到不同的组织。由简化的Fe-Fe 3C 相图，如图4-4所示。 图4-4 简化的Fe-Fe 3C 相图 根据铁碳合金的含碳量及组织的不同，可将铁碳合金分为工业纯铁、钢及白口铸铁三类： 1．工业纯铁（Wc ≤0.0218%） 性能特点：塑性韧性好，硬度强度低。 2．钢（0.0218%＜Wc ≤2.11%） 共析钢：Wc=0.77%，室温组织为P 。 亚共析钢： 0.0218%＜ Wc ＜0.77%，室温组织为F+P 。 过共析钢： 0.77% ＜ Wc ≤2.11%，室温组织为P+ Fe 3C Ⅱ 3．白口铸铁（2.11% ＜ Wc ≤6.69%） 共晶白口铸铁： Wc=4.3%，室温组织为L’d 亚共晶白口铸铁： 2.11% ＜ Wc ＜4.3%，室温组织为P+Fe 3C Ⅱ+L ’d 。 过共晶白口铸铁： 4.3% ＜ Wc ≤6.69%，室温组织为L’d+Fe 3C Ⅰ 4.3.2典型铁碳合金的结晶过程 Fe 3C W C (%)图3-4 简化Fe-Fe 3C 相图F 0.0218K F 0 2.110.77 4.3D
依据成分垂线与相线相交情况，分析几种典型铁碳合金结晶过程中组织转变规律。 1．共析钢的结晶过程分析(如图4-5、4-6所示)： AC AE PSK S S 3L L+A A P(F+Fe C)??→??→???→共析 图4-5 共析钢结晶过程示意图 图4-6 共析钢金相组织 2．亚共析钢的结晶过程分析（如图4-7、4-8所示）： AC AE GS PSK PSK S L L A A A F A F P F ??→+??→??→+???→+???→+共析 图4-5 亚共析钢结晶过程示意图 图4-6 亚共析钢金相组织 亚共析钢的室温组织特征是：先析铁素体和共析珠光体呈均匀分布。 3．过共析钢的结晶过程分析（如图4-9、4-10所示）： 333AC AE ES PSK S PSK L L A A A Fe C A Fe C P Fe C ??→+??→??→+???→+???→+共析