1、第一章第一章碳碳 材材 料料 基基 础础 2022-6-5-1碳的存在方式及生成碳的存在方式及生成碳的结构碳的结构碳的性质碳的性质 主要内容主要内容 碳材料基础碳材料基础2022-6-5-2-32022-6-532022-6-5-42022-6-5-52022-6-5-62022-6-5-7一、碳的存在及生成一、碳的存在及生成 碳元素在整个宇宙中的丰度列第碳元素在整个宇宙中的丰度列第6 6位。位。 碳元素地球上丰度第碳元素地球上丰度第1414位，位，9090以以CaCOCaCO3 3存在。存在。 地球上天然碳单质存在于金刚石、石墨、无地球上天然碳单质存在于金刚石、石墨、无烟煤中，碳质优的少，多
2、数的碳制品为人工合成。烟煤中，碳质优的少，多数的碳制品为人工合成。 碳纤维、石墨、金刚石、富勒烯、纳米碳管、碳纤维、石墨、金刚石、富勒烯、纳米碳管、焦炭、炭黑、活性碳等。焦炭、炭黑、活性碳等。 新型碳材料新型碳材料 2022-6-5-8一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 形成：形成：煤炭是远古植物残骸没入水中经过生物化学作煤炭是远古植物残骸没入水中经过生物化学作用，然后被地层覆盖并经过物理化学与化学作用而形成的用，然后被地层覆盖并经过物理化学与化学作用而形成的有机生物岩。有机生物岩。 按照含碳量的高低，可分为泥煤、褐煤及无烟煤。按照含碳量的高低，可分为泥煤、褐煤及无烟煤。 分布：分布：
3、全世界标准煤可开采量全世界标准煤可开采量5 5万亿吨万亿吨 ，七位储量最大七位储量最大的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非的国家依次为美国、中国、澳大利亚、印度、德国、南非和波兰和波兰 中国煤炭资源分布面广，除上海市外，全国各个省、中国煤炭资源分布面广，除上海市外，全国各个省、市、自治区都有不同数量的煤炭资源。山西、陕西、河南、市、自治区都有不同数量的煤炭资源。山西、陕西、河南、东北，四川也有煤炭资源。东北，四川也有煤炭资源。 2022-6-5-9一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用： 直接做燃料直接做燃料 火力发电火力发电 干馏干馏 焦化厂焦化厂 气化气化 液
4、化液化2022-6-5-10一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用：直接做燃料直接做燃料 火力发电火力发电 2022-6-5-11一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用：干馏干馏 是煤化工的重要过程之一，指煤在是煤化工的重要过程之一，指煤在隔绝空气隔绝空气条件下加条件下加热、分解，生成热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等等产物的过程。按加热终温的不同产物的过程。按加热终温的不同,可分为三种：可分为三种：9001100为高温干馏，即焦化；为高温干馏，即焦化；700900为中温干馏；为中温干馏；500600为低温干馏。
5、为低温干馏。 2022-6-5-12一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用：干馏干馏 2022-6-5-13一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用：气化气化 煤的气化过程是一个煤的气化过程是一个热化学过程热化学过程，它是指在煤气发生炉内，它是指在煤气发生炉内，以煤或焦炭为原料，以氧气以煤或焦炭为原料，以氧气(空气、富氧获纯氧空气、富氧获纯氧)、水蒸气或氢气、水蒸气或氢气等作气化剂，在高温条件下通过化学反应等作气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或焦炭中的可燃将煤或焦炭中的可燃部分转化为气体燃料的过程部分转化为气体燃料的过程。气化时所得的可燃气体称为气化。气化时所
6、得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分主要包括煤气，其有效成分主要包括一氧化碳、氢气及甲烷一氧化碳、氢气及甲烷等。等。2022-6-5-14一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用：液化液化 煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程。把煤与适当煤的液化是把煤转化成液体燃料的过程。把煤与适当的溶剂混合后，在高温、高压下（有时还使用催化剂），的溶剂混合后，在高温、高压下（有时还使用催化剂），使煤与氢气作用生成液体燃料。使煤与氢气作用生成液体燃料。这是把煤直接液化的一种这是把煤直接液化的一种方法。煤还可以进行间接液化。就是先把煤气化成一氧化方法。煤还可以进行间接液化。就是先把煤气化成一氧化碳和
7、氢气，然后再经过催化合成，得到液体燃料。例如，碳和氢气，然后再经过催化合成，得到液体燃料。例如，煤气化后得到的一氧化碳和氢气煤气化后得到的一氧化碳和氢气，可以用来合成甲醇。甲，可以用来合成甲醇。甲醇可以直接用作液体燃料。将甲醇掺到汽油中可以代替一醇可以直接用作液体燃料。将甲醇掺到汽油中可以代替一部分汽油，作为内燃机的燃料。甲醇还可以进一步加工成部分汽油，作为内燃机的燃料。甲醇还可以进一步加工成高级汽油。高级汽油。 2022-6-5-15一、碳的存在一、碳的存在1 1、煤炭、煤炭 应用：应用：液化液化 2004年年9月月13日，在内蒙伊金霍洛旗建日，在内蒙伊金霍洛旗建设的神华煤直接液化项目设的神
8、华煤直接液化项目2022-6-5-16一、碳的存在一、碳的存在2 2、焦炭、焦炭 生产电石产生的矿渣（最初定义）生产电石产生的矿渣（最初定义） 含碳物质高温裂解后产生的矿渣（广义的定义）含碳物质高温裂解后产生的矿渣（广义的定义）硬硬 炭炭（原料为含异质元素的纤维素）（原料为含异质元素的纤维素）软软 炭炭（原料为有机芳香化合物或亚稳态沥青）（原料为有机芳香化合物或亚稳态沥青）按原料分按原料分 2022-6-5-17一、碳的存在一、碳的存在2 2、焦炭、焦炭 焦炭通常按用途分为焦炭通常按用途分为冶金焦冶金焦（包括高炉焦、铸造（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、焦和铁合金焦等）、气化焦气化焦和和电石
9、用焦电石用焦等。等。 按用途分按用途分2022-6-5-18一、碳的存在一、碳的存在2 2、焦炭、焦炭 冶金冶金气化气化电石电石人造石墨人造石墨 用途用途2022-6-5-19一、碳的存在一、碳的存在2 2、焦炭、焦炭 冶金冶金用途用途2022-6-5-20一、碳的存在一、碳的存在2 2、焦炭、焦炭 人造石墨人造石墨 用途用途 -212022-6-5-22-23-24-252022-6-5-26一、碳的存在一、碳的存在3 3、炭黑、炭黑 据记载据记载,中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古时候中国是世界上最早生产炭黑的国家之一。在古时候,人们人们焚烧动植物油、松树枝焚烧动植物油、松树枝,收集
10、火烟凝成的黑灰收集火烟凝成的黑灰,用来调制墨和黑色颜料。用来调制墨和黑色颜料。这种被称之为这种被称之为“炱炱”的黑灰就是最早的炭黑。的黑灰就是最早的炭黑。 1821 年人们在北美地区首次用天然气为原料生产炭黑年人们在北美地区首次用天然气为原料生产炭黑,从此炭黑从此炭黑不再是不再是“炱炱”那么简单那么简单,它是它是“气态或液态的碳氢化合物在空气不足气态或液态的碳氢化合物在空气不足的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳的条件下进行不完全燃烧或热裂分解所生成的无定形碳, ,为疏松、质为疏松、质轻而极细的黑色粉末轻而极细的黑色粉末”。2022-6-5-27一、碳的存在一、碳的存在3 3、炭黑
11、、炭黑 最好的黑色颜料、几乎是最廉价的颜料、最好的黑色颜料、几乎是最廉价的颜料、 着色力及遮着色力及遮盖力最强的颜料、视觉感官上呈中性、盖力最强的颜料、视觉感官上呈中性、 最稳定的颜料、耐最稳定的颜料、耐热、耐化学腐蚀、耐光。热、耐化学腐蚀、耐光。 炭黑是仅次于钛白粉的重要颜料，全世界年消耗橡胶炭黑是仅次于钛白粉的重要颜料，全世界年消耗橡胶碳黑约六百万吨，着色和其他用途等特殊碳黑约为二十五碳黑约六百万吨，着色和其他用途等特殊碳黑约为二十五万吨。万吨。 2022-6-5-28一、碳的存在一、碳的存在4 4、玻璃碳、玻璃碳 玻璃碳是在惰性气氛中，将树脂、纤维素、纤维胶加玻璃碳是在惰性气氛中，将树脂
12、、纤维素、纤维胶加热到热到1200以上碳化形成的一种新型碳，因其外形像玻璃以上碳化形成的一种新型碳，因其外形像玻璃一样光亮，故称玻璃碳一样光亮，故称玻璃碳(glassy carbon)，简称玻碳。玻璃，简称玻碳。玻璃碳具有气密性和导电性好、热胀系数小、质地坚硬和易于碳具有气密性和导电性好、热胀系数小、质地坚硬和易于抛光成镜面、化学惰性、具有较高的氢超电位等特点，因抛光成镜面、化学惰性、具有较高的氢超电位等特点，因此适用于做电化学和电分析用的工作电极材料。玻璃碳一此适用于做电化学和电分析用的工作电极材料。玻璃碳一般内部存大量的封闭孔隙。般内部存大量的封闭孔隙。25003000度，可消失。度，可消
13、失。 无法机械加工，其形状须在加热固化前确定。无法机械加工，其形状须在加热固化前确定。-295、碳纤维、碳纤维5、碳纤维、碳纤维2022-6-5-30一、碳的存在一、碳的存在5 5、碳纤维、碳纤维 碳纤维是一种碳纤维是一种纤维状碳材料纤维状碳材料。它是一种强度比钢的。它是一种强度比钢的大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐大、密度比铝的小、比不锈钢还耐腐蚀、比耐热钢还耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料。和力学性能的新型材料。 气相生长碳纤维、有机纤维法合成碳纤维气相生长碳纤维、有机纤维法合成碳纤维-3
14、12022-6-5-32一、碳的存在一、碳的存在6 6、活性碳、活性碳 活性炭是一种含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙活性炭是一种含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材结构发达，比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料，是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。活性炭料，是一种常用的吸附剂、催化剂或催化剂载体。活性炭按原料来源可分为：木质活性炭、果壳活性炭、兽骨按原料来源可分为：木质活性炭、果壳活性炭、兽骨/血活血活性炭、矿物原料活性炭、合成树脂活性炭、橡胶性炭、矿物原料活性炭、合成树脂活性炭、橡胶/塑料活性塑料活性炭、再生活性炭等；活性炭按外观形
15、态可分为：粉状、颗炭、再生活性炭等；活性炭按外观形态可分为：粉状、颗粒状、不规则颗粒状、圆柱形、球形和纤维状等。活性炭粒状、不规则颗粒状、圆柱形、球形和纤维状等。活性炭的应用极其广泛，其用途几乎涉及所有的国民经济部门和的应用极其广泛，其用途几乎涉及所有的国民经济部门和人们日常生活，如水质净化、黄金提取、糖液脱色、药品人们日常生活，如水质净化、黄金提取、糖液脱色、药品针剂提炼、血液净化、空气净化、人体安全防护等。针剂提炼、血液净化、空气净化、人体安全防护等。下一页下一页2022-6-5-33一、碳的存在一、碳的存在2022-6-5-342022-6-5-35一、碳的存在一、碳的存在7 7、金刚石
16、和类金刚石、金刚石和类金刚石金刚石用途：金刚石用途：1：当人服食下金刚石粉末后，金刚石粉末会粘在胃壁上，：当人服食下金刚石粉末后，金刚石粉末会粘在胃壁上，在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃在长期的摩擦中，会让人得胃溃疡，不及时治疗会死于胃出血，是种难以让人提防的慢性毒剂。出血，是种难以让人提防的慢性毒剂。2：磨具：磨具3: 割具割具4：饰品：饰品2022-6-5-36一、碳的存在一、碳的存在7 7、金刚石和类金刚石、金刚石和类金刚石金刚石性质及鉴别：金刚石性质及鉴别：1、钻石的单折光性、钻石的单折光性 钻石的单折光性，是由于钻石的本质特性决定的。而其它天然宝钻石的单折光性，是由
17、于钻石的本质特性决定的。而其它天然宝石或人造宝石大都是双折光性的。冒充的钻石在石或人造宝石大都是双折光性的。冒充的钻石在10倍放大镜观察下，倍放大镜观察下，从正面稍斜的角度看，很容易看出棱角线出现重叠影像，并同时呈现从正面稍斜的角度看，很容易看出棱角线出现重叠影像，并同时呈现出两个底光。出两个底光。2、钻石的吸附性、钻石的吸附性 钻石对油脂及污垢有一定的亲和力，即油污很容易被钻石吸附。钻石对油脂及污垢有一定的亲和力，即油污很容易被钻石吸附。因此，用手指抚摸钻石会感到胶粘性，手指似乎有粘糊的感觉。这是因此，用手指抚摸钻石会感到胶粘性，手指似乎有粘糊的感觉。这是任何宝石所没有的。这种方法需要加以训
18、练方能掌握其中微妙的区别。任何宝石所没有的。这种方法需要加以训练方能掌握其中微妙的区别。2022-6-5-37一、碳的存在一、碳的存在7 7、金刚石和类金刚石、金刚石和类金刚石金刚石性质及鉴别：金刚石性质及鉴别：3、一线直落的特征、一线直落的特征 钻石表面抛光很光滑。用一支钢笔蘸上墨水在钻石上划过，若是钻石表面抛光很光滑。用一支钢笔蘸上墨水在钻石上划过，若是真钻石，表面留下的是一条光滑连续的线条，特征是一线直落。仿冒真钻石，表面留下的是一条光滑连续的线条，特征是一线直落。仿冒品留下的是一个个小圆点组成的线条。用此法观察应借助放大镜。品留下的是一个个小圆点组成的线条。用此法观察应借助放大镜。4、
19、特有的金刚光泽、特有的金刚光泽 大致在大致在100度的白炽灯光下，切磨很好的钻石与仿冒品相互比较，度的白炽灯光下，切磨很好的钻石与仿冒品相互比较，很容易看出哪个具有金刚光泽。此方法不宜在过暗或过强的灯光下是很容易看出哪个具有金刚光泽。此方法不宜在过暗或过强的灯光下是进行。进行。 2022-6-5-38类金刚石：类金刚石： 类金刚石(diamond like carbon，简称为DIC)薄膜是一种含有一定量金刚石键(sp3)的非晶碳的亚稳类型的薄膜，它是一类性质近似于金刚石，具有高硬度.高电阻率.良好光学性能等，同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。 制备：物理气相沉积、化学气相沉积以及液相
20、法都是制备DLC 薄膜的新方法和新技术。2022-6-5-39-402022-6-5-41一、碳的存在一、碳的存在8 8、富勒烯和纳米碳管、富勒烯和纳米碳管 富勒烯（Fullerene) 是一种碳的同素异形体。任何由碳一种元素组成，以球状，椭圆状，或管状结构存在的物质，都可以被叫做富勒烯。富勒烯与石墨结构类似，但石墨的结构中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。2022-6-5-42二、碳的结构二、碳的结构2 2、石墨、石墨1 1、金刚石、金刚石3 3、富勒烯和纳米碳管、富勒烯和纳米碳管4 4、其他结构、其他结构2 碳的结构 l碳位于化学元素周期表的第6 6位，电子轨道结构为1s1s2 22s
21、2s2 22p2p2 2。l外层电子2s22p2在不同条件下，会产生不同形式的杂化。l最常见的杂化形式是SPSP1 1，SPSP2 2，SPSP3 3。 2022-6-5-12022-6-5-12022-6-5-1l根据原子的轨道杂化理论，有了三种同素异构体：金刚金刚石，石墨与卡宾碳石，石墨与卡宾碳，它们的结构见下图。 2 碳的结构 l其它杂化方式还有：富勒烯和纳米碳管中碳的杂化方式为sp2+s，s 的值大于0小于1。 2 碳的结构 碳的结构规则不规则晶体结构乱层结构金刚石结构石墨结构炔炭结构富勒烯结构易石墨化难石墨化2 碳的结构 2022-6-5-502 碳的结构：金刚石 n 例：金刚石晶胞
22、为面心立方晶格参数如下：N8a=0.357 nm理论密度3.5362g/cm3键长0.1554nm键角为109282 碳的结构：金刚石 2022-6-5-52根据其结构，可推断出其具有以下性质： 密度最大，理论密度为3.541g/cm3；硬度最高，莫氏硬度为10；熔点高；折射率高；电绝缘体；结构决定性质2 碳的结构：金刚石 2022-6-5-12022-6-5-12 碳的结构：石墨 l例：例：石墨石墨键长0.142nm2 碳的结构：石墨 2022-6-5-1l晶体通常可以分为七个不同的晶系，即等轴（立方）晶系、六角（六方）晶系、四方（正方）晶系、三角（三方、菱方）晶系、斜方（正交）晶系、单斜晶
23、系、三斜晶系。2022-6-5-12022-6-5-12022-6-5-12022-6-5-12 碳的结构：石墨 2022-6-5-12022-6-5-1导不导电取决于有没有能够在整个分子中自由运动的电子。l石墨的晶体结构是层状的，包含很多层石墨分子片层。在每个片层中，碳原子呈SP2轨道杂化，与周围的三个碳原子形成三个互成120角的键（电子云沿纵向轴相互重叠），这样的化学键中的电子是“束缚”的，只能在两个原子核周围活动。l但是碳原子拥有一个S孤电子和3个P孤电子，形成SP2杂化之后，还有一个P轨道没有参与杂化，P轨道是一个接近于哑铃型的电子轨道，它垂直于之前SP2杂化轨道构成的平面，而这个P轨
24、道就可以和周围的碳原子的P轨道形成肩并肩形成键。为什么金刚石不导电而石墨导电？为什么金刚石不导电而石墨导电？2022-6-5-12022-6-5-1l 一般而言，键的电子也是束缚的，但是由于所有的碳原子都和周围的碳原子形成了键，这些键彼此接近，就会出现一个共轭效应，也就是说电子可以不被拘束在一个键里面，而是可以在整个互相共轭的电子云系统当中活动（电子的离域），化学上把这种类型的键叫做大键（键），而整个石墨分子平面就构成了一个非常庞大的大键系统，其中的电子可以自由穿梭，在电场作用下，电子可以在其中长距离定向移动，宏观上就表现为电阻很小。2022-6-5-1l可以看出每个碳原子的电子轨道呈现出SP
25、3杂化，也就是说碳原子的所有外层孤电子都参与形成了键，没有多余的孤电子来形成键，就更遑论大键了，所有的电子都被束缚着，没有自由电子，电阻自然就很大了。键长0.1554nm键角为10928根据其结构，可推断出其具有以下性质： 各向异性；层面间相对易滑动，可生成层间化合物；不熔融性及化学稳定性； 导电性结构决定性质2 碳的结构：石墨 l例：富勒烯和纳米碳管例：富勒烯和纳米碳管2 碳的结构：石墨 2022-6-5-69笼状32面体，五边形环为单键，键长约为0.145nm，两个六边形 环的公共边则为双键，键长为0.138nm，共有30个双键；每个五边形与6个六边形共边，而六边形则将5个五边形彼此隔开。
26、2022-6-5-70每个C原子参加形成2个六元环和1个五元环，3个西格玛键键角之和为348度，平均CCC角度为116度。C原子的杂化轨道介于SP2石墨和SP3金刚石之间，为SP2.28杂化，每个轨道中S成分为30.5%，P成分为69.5%。垂直于球面的派轨道S成分8.5%，P成分91.5%。2022-6-5-12022-6-5-1l 线型碳是元素碳的一种新的同素异形体，以sp杂化成键为特征，呈线型结构。研究表明，线型碳在高温低密度的液体碳中存在。1968年，在前西德的Ries火山口的石墨片麻岩中发现微量的线型碳。后来，又在陨石和宇宙粉尘中发现这种线型碳分子。前苏联学者将之命名为Carbyne
27、。最初国内介绍这种物质时译名为卡宾。2022-6-5-12022-6-5-1l 线型碳有两种异构体：-型，为三键和单键交替的共轭三键型(-CC-)n；型，为累积双键型(=C=C=)n。后者不稳定，加热时转化为-型。单晶线型碳薄膜的电子衍射研究表明其结构为六方晶格。由于未合成出足量的结晶线型碳供结构测定，其机构尚无详细的资料。这是学术界对线型碳尚有争议的原因之一。1 碳的结构 n 例：乱层结构l六角平面不完整，六角平面不完整，近似平行堆砌近似平行堆砌l层间距大于石墨，层间距大于石墨，l无宏观晶体，存在无宏观晶体，存在微晶微晶l表征方法：表征方法：XRDXRD2 碳的结构 乱层结构可石墨化难石墨化
28、比较整齐排列，微晶交叉结晶少，层间空隙少，层间距在0.344nm左右堆砌不规则，微晶交叉结晶多，层间空隙多，层间距在0.37nm左右，3000也不易转化乱层结构的判定：乱层结构的判定：l石墨化度 Gl理想石墨晶体的G100%，l完全不可石墨化的G0,l任何一种炭素材料 G(0.344-d002)/(0.344-0.3354)*100%2 碳的结构 2022-6-5-78l 石墨的晶体结构可由X-射线衍射法加以测定，可测定出d002（相邻层面间距），C0（两个位置相对应的层面间距），Lc(在c轴方向上晶粒的平均厚度)。根据测定可计算出石墨化度，用其来表示碳材料经热处理后晶体结构接近理想石墨晶格的
29、程度。 此公式称为富兰克林公式，式中3.44为完全末石墨化的炭的晶格中层面的间距l贝多芬头发变成一颗璀璨的蓝钻单质碳的“七十二变” 图1贝多芬画像图2贝多芬头发所制蓝钻1 碳的结构图. 有机物转化成碳及各种同素异性（形）体的单质碳转化的示意图。-81l碳的物理性质碳的物理性质 密度、气孔结构、气孔率密度、气孔结构、气孔率l碳的化学性质碳的化学性质 耐腐蚀、抗氧化耐腐蚀、抗氧化l碳的机械性质碳的机械性质 软、硬、塑性加工软、硬、塑性加工l碳的热学性质碳的热学性质 热容、热膨胀系数、热导率热容、热膨胀系数、热导率l碳的电子性质碳的电子性质 导体、绝缘体导体、绝缘体l碳的磁学性质碳的磁学性质 抗磁性
30、、顺磁性抗磁性、顺磁性l碳的光学性质碳的光学性质 透明、不透明、半透明透明、不透明、半透明l碳的表面性质碳的表面性质 润湿性、耐摩性润湿性、耐摩性l碳的核物理性质碳的核物理性质 中子减速中子减速 l碳的生物相容性碳的生物相容性3. 碳的性质碳的性质-82l碳的物理性质碳的物理性质 l密度密度分为：分为： 真密度真密度-不包括气孔和裂隙在内的单位容积实体碳的质量不包括气孔和裂隙在内的单位容积实体碳的质量. .体积密度体积密度-包括气孔和裂隙在内的单位容积碳的质量包括气孔和裂隙在内的单位容积碳的质量. . 堆积密度堆积密度-一定粒级的颗粒料的单位体积堆体积的质量一定粒级的颗粒料的单位体积堆体积的质
31、量3. 碳的性质碳的性质-83l碳的物理性质碳的物理性质 l气孔结构气孔结构分为：分为： 开气孔、闭气孔、贯通气孔；开气孔、闭气孔、贯通气孔； 微孔、过渡孔、大孔。微孔、过渡孔、大孔。 炭素材料的气孔结构应以多种参数综合描述，如气孔率、孔径及其分布、比表面积、形状因子等。l气孔率气孔率-试样中气孔体积占试样总体积的百分率试样中气孔体积占试样总体积的百分率. . Pt=(V1+V2+V3)/V*100% Pt=(D Pt=(Dt t-D-Dv v)/D)/Dt t* *100% 100% 3. 碳的性质碳的性质-84l碳的化学性质碳的化学性质 炭素材料化学性质稳定，因此耐腐蚀。但在高炭素材料化学
32、性质稳定，因此耐腐蚀。但在高温下与氧化性气体反应，或在强氧化性介质中发生温下与氧化性气体反应，或在强氧化性介质中发生氧化作用，在高温下熔解于金属并生成碳化物。氧化作用，在高温下熔解于金属并生成碳化物。 表征方法：表征方法：TGTG、XRDXRD、元素分析等、元素分析等3. 碳的性质碳的性质-13. 碳的性质碳的性质l碳的机械性质碳的机械性质l抗压强度抗压强度-单向受压力作用破坏时，单位面积上所承受的荷单向受压力作用破坏时，单位面积上所承受的荷载。载。 l抗折强度抗折强度-单位面积承受弯矩时的极限折断应力。单位面积承受弯矩时的极限折断应力。 l抗拉强度抗拉强度-拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力。
33、拉伸断裂前所能够承受的最大拉应力。l弹性模量弹性模量-材料所受应力与应变之间的关系。材料所受应力与应变之间的关系。l蠕蠕 变变-在一定温度和较小的恒定外力下，材料形变随时在一定温度和较小的恒定外力下，材料形变随时间而逐渐增大的现象。间而逐渐增大的现象。 l摩摩 擦擦 性性既耐磨又自润滑既耐磨又自润滑-863. 碳的性质碳的性质l碳的机械性质碳的机械性质l抗折强度抗折强度-单位面积承受弯矩时的极限折断应单位面积承受弯矩时的极限折断应力。力。 式中Re为试样抗折强度，MPa；F为试样折断时最大载荷， N；L为下刀口之间距离，mm；b为试样断面宽度，mm；h为试样断面高度，mm。-87l碳的机械性质
34、碳的机械性质l弹性模量弹性模量 -材料所受应力与应变之间的关系。材料所受应力与应变之间的关系。3. 碳的性质碳的性质2022-6-5-12022-6-5-1-90l碳的热学性质碳的热学性质l比热容比热容不随炭材料的石墨化度和种类而变化不随炭材料的石墨化度和种类而变化l蒸气压蒸气压蒸气压低，可在高温真空条件下使用蒸气压低，可在高温真空条件下使用l热导率热导率石墨热导率呈各向异性，炭材料热导率石墨热导率呈各向异性，炭材料热导率与石墨化度成正比与石墨化度成正比 ，与温度成反比。，与温度成反比。l热膨胀系数热膨胀系数固体材料的长度随温度升高而增大固体材料的长度随温度升高而增大的现象称为线热膨胀。与石墨
35、化度成反比。具有各的现象称为线热膨胀。与石墨化度成反比。具有各向异性。向异性。l抗热震性抗热震性能经受温度的剧变而不受破坏的性能能经受温度的剧变而不受破坏的性能。3. 碳的性质碳的性质-91l碳的电磁性质碳的电磁性质l导电性导电性石墨在层面上导电性良好，在层间导石墨在层面上导电性良好，在层间导电能力差。石墨化程度高的炭材料导电能力具有电能力差。石墨化程度高的炭材料导电能力具有明显各向异性。明显各向异性。l磁学性质磁学性质抗磁性，磁化率呈明显各向异性抗磁性，磁化率呈明显各向异性3. 碳的性质碳的性质-92l碳的光学性质碳的光学性质l金刚石具有高的折射率的低的吸收系数。金刚石具有高的折射率的低的吸收系数。l拉曼光谱是分析碳结构最有效的手段。拉曼光谱是分析碳结构最有效的手段。3. 碳的性质碳的性质-93Thanks!
