炭质功能材料

1.碳：物理性质：碳（carbon）是一种非金属元素，化学符号：C元素原子量：12.011质子数：6原子序数：6周期：2族：IVA电子构型：1s22s22p2电子在每能级的排布：2，4熔点：约为3550℃（金刚石）沸点：约为4827℃（升华）颜色和外表：黑色（石墨），无色（金刚石）同位素：自然产生的碳由三种同位素构成：12C和13C为稳定同位素（碳-12占地球上碳的98.93%，而碳-13则占剩余的1.07%，13C、14C惯用作示踪剂，生物体中12C同位素的比率更高，由于生物化学反映会选择性地消除13C，而核磁共振所探测的是13C），而14C则具放射性，其半衰期约为5,730年，是少数几个自远古就被发现的元素之一，是构成碳基生物的最基本元素，可测量年纪在4万年下列的含碳物质（年代测定、生物遗体遗骸）。碳有15种已知同位素，其中存活时间最短的是8C，它会进行质子发射和α衰变，半衰期为1.98739x10−21秒。成键：碳原子普通是四价的，这就需要4个单电子，但是其基态只有2个单电子，因此成键时总是要进行杂化。最常见的杂化方式是sp3杂化，4个价电子被充足运用，平均分布在4个轨道里，属于等性杂化。这种构造完全对称，成键后来是稳定的σ键，并且没有孤电子对的排斥，非常稳定。金刚石中全部碳原子都是这种以此种杂化方式成键。烷烃的碳原子也属于这类。同素异形体：eq\o\ac(○,1)金刚石：是现在在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质，可作为工艺品和工业中的切割工具；eq\o\ac(○,2)石墨：一种最软的矿物，可用于制造铅笔芯和润滑剂；eq\o\ac(○,3)石墨烯（单原子层石墨）是一种只有一种原子层厚度的准二维材料，现在发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，很可能会成为硅的替代品，也非常适合作为透明电子产品的原料；eq\o\ac(○,4)富勒烯（Fullerenes，也被称为巴基球或足球烯）：富勒烯与石墨构造类似，但石墨的构造中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。富勒烯类化合物在抗HIV、酶活性克制、切割DNA、光动力学治疗等方面有独特的功效；eq\o\ac(○,5)无定形碳（Amorphous，内部构造是石墨）：普通指木炭、焦炭、骨炭、糖炭、活性炭和炭黑等。除骨炭含碳在10%左右以外，其它重要成分都是单质碳。用途极为广泛，日常生活和工农业生产中惯用到无定形碳；eq\o\ac(○,6)碳纳米管（carbonnanotubes，巴基管）：一维纳米材料，重量轻，六边形构造连接完美，含有许多异常的力学、电学和化学性能。单质：最常见的两种单质是高硬度的钻石和柔软滑腻的石墨，它们晶体构造和键型都不同。金刚石每个碳都是四周体4配位，类似脂肪族化合物；石墨每个碳都是三角形3配位，能够看作无限个苯环稠合起来。化学性质：eq\o\ac(○,1)在氧气中燃烧激烈放热，发出刺眼白光，产生无色无味能使氢氧化钙溶液（澄清石灰水）变浑浊的气体，化学方程式：C+O2==点燃==CO2eq\o\ac(○,2)在空气中燃烧放热，持续红热，产生无色无臭能使氢氧化钙溶液（澄清石灰水）变浑浊的气体CO2；当燃烧不充足，即氧气量局限性时，产生一氧化碳：氧气充足时化学方程式：C+O2==点燃==CO2氧气局限性时化学方程式：2C+O2==点燃==2COeq\o\ac(○,3)作为还原剂：碳作为还原剂拥有和氢气、一氧化碳相似的化学性质（但生成物不同），都能够从金属氧化物中还原出金属单质。碳还原氧化铜：C+2CuO==高温==2Cu+CO2↑碳还原氧化铁：3C+2Fe2O3==高温==4Fe+3CO2↑碳还原二氧化碳：C+CO2==高温==2CO。与强氧化性酸反映：C+2H2SO4（浓）==加热==CO2↑+2SO2↑+2H2OC+4HNO3（浓）==加热==CO2↑4NO2↑+2H2Oeq\o\ac(○,4)稳定性：碳在“常温”下含有稳定性，不易反映，故古代名画当代能保存，书写档案要用碳素墨水。2.炭材料：定义：是重要以煤、石油或它们的加工产物等(重要为有机物质)作为重要原料通过一系列加工解决过程得到的一种非金属材料，其重要成分是碳。品种：广义上看，金刚石、石墨、卡宾都属于炭材料，这是一种广义的定义，但由于金刚石和卡宾在自然界存在非常少，构造也单一，不像石墨那样含有众多的过渡态中间构造（如焦炭、碳纤维、煤炭、炭黑、木炭等）。狭义上看，炭材料普通是指类石墨材料，即以SP2杂化轨道为主构成的炭材料，从无定形炭到石墨晶体的全部中间构造物质（过渡态碳），它是由有机化合物炭化制得的人造炭。性质：和金属同样含有导电性（介于金属和半导体之间）、导热性；和陶瓷同样耐高温、热膨胀系数低（金属的1/10左右）、耐腐蚀；和有机高分子同样质量轻，密度低1.6-2.0，分子构造多样；另外，还含有比模量、比强度高，震动衰减率小，以及生体适应性好，具滑动性和减速中子等性能。应用：I.机械工业：轴承、密封元件、制动元件等；II.电子工业：电极、电波屏蔽、电子元件等；III.电器工业：电刷，集电体、触点等；IV.航空航天：构造材料，绝热、耐烧蚀材料等；V.核能工业：反射材料，屏蔽材料等；VI.冶金工业：电极，发热元件，坩锅、模具等；VII.化学工业：化工设备，过滤器等；VIII.体育器材：球杆，球拍，自行车等3.炭材料制备工艺：气相碳化：通过气相裂解生成碳的物质。一切气态原料转化成固体碳的过程，即挥发先于热解的化合物、碳原子数在20个下列的链烷烃、烯烃或芳烃化合物，普通含有200℃下列的沸点，在普通状况下于气相中进行炭化。重要涉及：1）气态烃高温下在惰性固体表面的沉炭反映；2）烃类在无氧和有氧热解条件下气相成核和多分散炭黑的形成；3）在活性金属质点存在下气态烃类经催化分解而生成纤维状炭液相碳化：经熔化、液相碳化（聚合、缩聚）、裂解等过程生成的碳。热解先于挥发的液体或高温下熔融的固体烃类有机物在惰性氛围中热解时，普通经历液相炭化成炭，其温度范畴普通在350-550℃，重要对象为重质稠环芳烃，如沥青、渣油、蒽、萘等的热解。涉及1）氢转移反映：液相反映温度比气相低得多，从能量观点看，芳烃本身很难在500℃下列均裂成自由基。但是，由电子迁移引发的离子化反映即芳烃间互相作用所诱发的氢转移，氢阴离子向电子迁移后含有正电荷的芳核转移所需要的能量更低。热转化时，分子的氢转移是反映的重要因素；2）自由基反映：是液相炭化中最重要的反映。分两阶段进行：通过化学电子转移产生一自由基离子—σ自由基。它极不稳定，反映性强，寿命短；稳定的π自由基缩聚物在反映的第二阶段形成，由于离域性，被共振稳定化，可由ESR测定；3）增环反映。固相碳化：经固态转化成碳的过程。固态的炭化反映物不经气相或液相而直接于固态发生分解和热缩聚反映，变成固态炭化生成物的过程，成为固相炭化。其特性为1）原始固态物的形态和构造基本拟定了最后炭的形态和构造；2）由固相炭化普通得到无择优取向的难石墨化性炭前驱体，炭化条件难以变化原料炭的本性；3）如果将炭化分子进行预解决，使之含有高度的择优取向，即使其石墨化性本质不变，但反映后的芳构平面有时也会含有取向性，也能够通过固相反映得到易石墨化性炭。4.催化剂在炭材料制备中的作用：定向合成，优化构造。化学气相沉积（ChemicalVaporDeposition）：运用含有薄膜元素的一种或几个气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反映生成薄膜的办法。化学气相沉积技术是应用气态物质在固体上叙述化学反映并产生固态沉积物的一种工艺，它大致包含三步：（1）形成挥发性物质；（2）把上述物质转移至沉积区域；（3）在固体上产生化学反映并产生固态物质。其特点为1）在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气相化学反映而形成固体物质沉积在基体上。2）能够在常压或者真空条件下(负压“进行沉积、普通真空沉积膜层质量较好）。3）采用等离子和激光辅助技术能够明显地增进化学反映，使沉积可在较低的温度下进行。4）涂层的化学成分能够随气相构成的变化而变化，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层。5）能够控制涂层的密度和涂层纯度。6）绕镀件好。可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀膜。适合涂覆多个复杂形状的工件。由于它的绕镀性能好，因此可涂覆带有槽、沟、孔，甚至是盲孔的工件。7）沉积层普通含有柱状晶体构造，不耐弯曲，但可通过多个技术对化学反映进行气相扰动，以改善其构造。8）能够通过多个反映形成多个金属、合金、陶瓷和化合物涂层。石墨炭有机物或无机物-3000°C500-2200°C5.炭和石墨的区别：石墨炭有机物或无机物-3000°C500-2200°C6.炭-石墨材料的种类：电极材料：eq\o\ac(○,1)电解：石墨电极，可用于电解食盐水溶液生产烧碱和通过熔融盐电解法制造金属镁、金属钠。eq\o\ac(○,2)加热：炭电阻棒以沥青焦为原料。重要用于竖式电阻炉生产氯化镁时作发热体和填充材料。构造材料：炭纤维复合材料：由于优良的导热耐热和力学性能，它能够作为火箭惯用的构造材料，以及制作高纯金属、半导体材料、稀有金属时所需的器件；含有石墨的润滑性，可作为摩擦滑动材料，制作轴承和齿轮，实现无油润滑；其含有减速能力强、吸取中子小、化学稳定性高、耐大量中子及其它射线长久作用的特点，是核反映堆的重要构造材料。吸附材料：活性炭（详见12-）散热材料：高导热石墨材料：可制作热交换器、反映槽、吸取塔、气体燃烧塔、盐酸合成炉、石墨离心泵、喷射泵以及多个管道和接头。功效材料：eq\o\ac(○,1)热：1）高炉炭块用冶金焦及无烟煤作为原料，制品在1200℃左右焙烧而成。惯用于砌筑大型高炉炉底、炉缸、炉腹和炉身。加入少量石墨化冶金焦或碎石墨，可提高炭块导热率。2）炭电阻棒以沥青焦为原料。重要用于竖式电阻炉生产氯化镁时作发热体和填充材料；eq\o\ac(○,2)电：1）炭电极是以无烟煤和冶金焦为重要原料（有时也用石油焦和沥青焦）生产的导电材料。2）炭阳极又称为预焙阳极，重要以石油焦和沥青焦作为原料，在铝电解槽中作为阳极导电材料。在电解过程中，既作导电体，同时参加电化学反映。3）炭电极糊供应铁合金炉，生产电石和黄磷的电炉作为消耗性导电材料用，是一种自焙电极（通过电炉自发热实现焙烧）。4）阳极糊也属于自焙烧电极，供铝电解槽作为阳极导电材料。阳极糊烧成后的炭电极除导电外还参加电解反映。5）高功率和超高功率石墨电极用于大功率、高电压和短电弧的高功率和超高功率电炉eq\o\ac(○,3)核：炭纤维复合材料含有减速能力强、吸取中子小、化学稳定性高、耐大量中子及其它射线长久作用的特点，是核反映堆的重要构造材料；eq\o\ac(○,4)生物：良好的生物相容性和生物稳定性，可制作人造心脏瓣膜、生体修补膜、人造器官、医疗器械等。其它材料：eq\o\ac(○,1)炭黑（详见11）；eq\o\ac(○,2)柔性石墨：柔性石墨有疏水性和亲油性,能够在水中有选择性地除去非水性的溶液；密封材料；石墨有良好的生物相容性、无毒、无味、无副作用等特点,是一类非常重要的生物医学材料，可作为性能优良的创面外用敷料,能够替代常规的纱布敷料,用于烧伤等创面效果较好；高能电池材料，制作柔性电池；石墨丰富的孔隙构造、高导热性能能够作为相变储热材料；柔性石墨的细颗粒加入到普通涂料中,可制得效果较好的阻燃防静电涂料；柔性石墨板材含有良好的导电导热性能,电热转换率97%以上,且能产生远红外线,是一种新型发热材料；遮蔽效果优于现役毫米波干扰剂，是一种高效可靠的新型雷达遮蔽剂,在电子对抗领域有着广阔的应用前景；高性能光催化材料。>2200°C表面解决上浆不熔（溶）纤维炭化碳纤维石墨化交联有机前躯体精制纺丝原料纺丝成纤石墨纤维原丝（纤维）7.有机高分子前驱体转化的基本工艺：粘胶基、聚丙烯腈基（PAN）、沥青基木质素纤维基沥青>2200°C表面解决上浆不熔（溶）纤维炭化碳纤维石墨化交联有机前躯体精制纺丝原料纺丝成纤石墨纤维原丝（纤维）800-1600800-1600°C8.炭-石墨材料的应用：构造材料：运用轻和高模量、耐高温（惰性气体）的特点碳纤维增强复合材料（树脂、炭、金属、陶瓷等）：飞机、导弹、卫星、武器、体育器材（球拍、自行车）高温环境下的制品：坩埚、容器其它见69.新型炭材料：根据使用的目的，通过原料和工艺的变化，控制所得材料的功效，开发出新用途的炭及其复合材料。大谷杉郎认为：新型炭材料可大致分为三类，一是强度在100MPa以上，模量在10GPa以上使用时不必后加工的办法制得的新型炭成型物；二是以炭为重要构成要素，与树脂、陶瓷、金属等构成的多个复合材料；三是基本上运用炭构造的特性，由炭或炭化物形成的多个功效材料。10.石墨（元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子（排列方式呈蜂巢式的多个六边形）以共价键结合，构成共价分子）：SP2杂化轨道，2S2Px2Py三个在同一平面内互为120℃角的三个等价的σ键，剩余的2Pz轨道与σ键所在的平面垂直形成π键；π电子属非定域电子，在受到外电磁场作用时可在六元环网上自由运动，形成金属键；π键较弱，易发生断裂。存在两种晶系，六方晶系和菱形晶系。特性：1）不熔融和极高的化学稳定性，α面内抗拉强度极高；2）导电导热性好，黑色；3）解离性和自润滑性，易形成层间化合物；4）各向异性。用途：1.作耐火材料：石墨及其制品含有耐高温、高强度的性质，在冶金工业中重要用来制造石墨坩埚。2．作导电材料：在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。3．作耐磨润滑材料：石墨在机械工业中常作为润滑剂。4．石墨含有良好的化学稳定性，大量用于制作热交换器，反映槽、凝缩器、燃烧塔、吸取塔、冷却器、加热器、过滤器、泵设备。广泛应用于石油化工、湿法冶金、酸碱生产、合成纤维、造纸等工业部门，可节省大量的金属材料。5．作锻造、翻砂、压模及高温冶金材料：由于石墨的热膨胀系数小，并且能耐急冷急热的变化，可作为玻璃器的铸模，另外石墨还可作真空冶炼的石墨隔热板和底座，高温电阻炉炉管，棒、板、格棚等元件。6、用于原子能工业和国防工业：石墨含有良好的中子减速剂用于原子反映堆中，作为动力用的原子能反映堆中的减速材料应当含有高熔点，稳定，耐腐蚀的性能，石墨完全能够满足上述规定。另外尚有石墨制造固体燃料火箭的喷嘴，导弹的鼻锥，宇宙航行设备的零件，隔热材料和防射线材料。7．石墨还能避免锅炉结垢，另外石墨涂在金属烟囱、屋顶、桥梁、管道上能够防腐防锈。8．石墨可作铅笔芯、颜料、抛光剂。9．石墨电极。11.炭黑：炭黑是一种无定形碳。轻、松而极细的黑色粉末，表面积非常大，范畴从10~3000m2/g，是含碳物质（煤、天然气、重油、燃料油等）在空气局限性的条件下经不完全燃烧或受热分解而得的产物。构造特点：依制备办法各异，炭层平行于球的表面排列，属于无定型构造炭，石墨片层大小、缺点、杂原子含量、表面官能团、键弯曲程度等均不同。制备：不完全燃烧法（氧气氛围）；热分解法（隔绝空气）用途：橡胶工业（补强剂和填充剂）；油墨工业（色素炭黑）；涂料工业；塑料工业（着色、紫外光屏蔽、导电剂等）；农业（农用地膜等）；合成革工业；电池、电子等。12.活性炭：定义：活性炭材料是通过加工解决所得的无定形碳，含有很大的比表面积，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有良好的吸附能力。机理：活性炭材料重要涉及活性炭和活性炭纤维等。活性炭材料作为一种性能优良的吸附剂，重要是由于其含有独特的吸附表面构造特性和表面化学性能所决定的。活性炭80%-90%以上由碳元素构成，这也是活性炭为疏水性吸附剂的因素。制备：活性炭的重要原料几乎能够是全部富含碳的有机材料，如煤、木材、果壳、椰壳、核桃壳、杏壳、枣壳等。这些含碳材料在活化炉中，在高温和一定压力下通过热解作用被转换成活性炭。在此活化过程中，巨大的表面积和复杂的孔隙构造逐步形成，而所谓的吸附过程正是在这些孔隙中和表面上进行的，活性炭中孔隙的大小对吸附质有选择吸附的作用，这是由于大分子不能进入比它孔隙小的活性炭孔径内的缘故。应用：1）水解决：活性炭作为一种环境和谐型吸附剂，含有较强的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点。活性炭含有大量微孔，含有巨大无比的表面积，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属。2）石化行业：无碱脱臭（精制脱硫醇）——重催的精制装置；乙烯脱盐水（精制填料）——乙烯装置；催化剂载体（钯、铂、铑等）——苯乙烯、持续重整装置；水净化及污水解决——上水及下水的深度解决3）电力行业：电厂水质解决及保护——锅炉装置；对NO、NOx等有害气体的吸附——锅炉尾部烟道4）化工行业：化工催化剂及载体、气体净化、溶剂回收、及油脂等的脱色、精制5）食品行业：饮料、酒类、味精母液及食品的精制、脱色、提纯、除臭、香烟滤嘴6）黄金行业：黄金提取——合用炭浆法、堆浸法提金工艺；尾液回收——金矿的废物运用及环保13.富勒烯：富勒烯是单质碳被发现的第三种同素异形体。任何由碳一种元素构成，以球状，椭圆状，或管状构造存在的物质，都能够被叫做富勒烯，富勒烯指的是一类物质。富勒烯与石墨构造类似，但石墨的构造中只有六元环，而富勒烯中可能存在五元环。由于是碳原子主体，富勒烯比较稳定，但也能够发生许多有机反映，代表物质C60。制备：电弧法、热蒸发法、燃烧法和化学气相沉积法等。特性：1.硬度比钻石还硬2.轫度(延展性)比钢强100倍3.它能导电，导电性比铜强，重量只有铜的六分之一4.它的成分是碳，因此可从废弃物中提炼。应用：（物理）核工业高能轰击粒子、作为金刚石薄膜生长的均匀成核位置起重要作用；（化学）加氢富勒烯是一种碳氢化合物，可作为干净的燃烧快速的燃料，有望作为火箭推动剂而用于航空航天领域。另外，运用加氢富勒烯储氢引发的化学及热力学性质，制成可充电电池；富勒烯能够作为一类新的催化剂材料的基础；富勒烯将为研究抗癌药品提供潜在而有趣的线索；选择性地吸取某些种类气体，将其在工业上用作气体杂质的去除剂；作为有机溶剂以及在医学上作为影像剂。14.碳纳米管：定义：碳纳米管是所谓的“分子纤维”，其构造是由单层或两层以上、极细小的圆筒状石墨片而形成的中空碳笼管。碳纳米管可定义为将石墨六角网平面（石墨烯片）卷成无缝筒状时形成无缺点的“单层”管状物质或将其包裹在内，层层套叠而成的“多层”管状物质。性质：由于碳纳米管中碳原子采用SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管含有高模量和高强度。碳纳米管含有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相称，却拥有良好的柔韧性，能够拉伸；碳纳米管含有良好的导电性能，由于碳纳米管的构造与石墨的片层构造相似，因此含有较好的电学性能；碳纳米管含有良好的传热性能，CNTs含有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高。制备：电弧放电法、催化热解法（CVD）、激光蒸发法、微孔模板法。用途：碳纳米管含有良好的传热性能，CNTs含有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高；储氢容器；在碳纳米管的内部能够填充金属、氧化物等物质，这样碳纳米管能够作为模具，制作复杂电路jki；碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。15.石墨烯：定义：石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格构造的一种炭质新材料，这种石墨晶体薄膜的厚度只有0.335nm，是构建其它维数炭质材料（如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨）的基本单元，含有极好的结晶性及电学性。完美的石墨烯（grapheme）是二维的，只涉及六角元胞(等角六边形)；如果有五角元胞和七角元胞存在，会构成石墨烯的缺点；少量的五角元胞存在会使石墨烯翘曲。性质特点：σ键与其它碳原子链接成六角环的蜂窝式层状构造，每个碳原子的垂直于层平面的p-z轨道能够形成贯穿全层的多原子的大π键（与苯环类似），因而含有优良的导电和光学性能；石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还含有较好的韧性，且能够弯曲；含有非常好的热传导性能；含有超疏水性和超亲油性；能够吸附和脱附多个原子和分子；生物相容性；稳定性。制备：微机械分离法、外延生长法、化学膨胀法（氧化石墨还原法）、化学气相沉积法、高温还原、光照还原、微波法、电弧法、电化学法、模板法等。应用：1）石墨烯能够做成化学传感器，这个过程重要是通过石墨烯的表面吸附性能来完毕的2）石墨烯能够用来制作晶体管，由于石墨烯构造的高度稳定性，这种晶体管在靠近单个原子的尺度上仍然能稳定地工作3）柔性显示屏4）新能源电池也是石墨烯最早商用的一大重要领域5）石墨烯过滤器比其它海水淡化技术要使用的多6）石墨烯含有质量轻、高化学稳定性和高比表面积等优点，使之成为储氢材料的最佳候选者7）由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的8）以石墨烯作为感光元件材质的新型感光元件，可望透过特殊构造，可应用在监视器与卫星成像领域中，能够应用于摄影机、智能手机等9）基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域呈现出了优良性能，含有广阔的应用前景10）石墨烯被用来加速人类骨髓间充质干细胞的成骨分化，同时也被用来制造碳化硅上外延石墨烯的生物传感器。16.金刚石（在地球深部高压、高温条件下形成的一种由碳元素构成的单质晶体）：金刚石是一种由碳元素构成的矿物，是碳元素的同素异形体，是自然界中天然存在的最坚硬的物质。SP3杂化轨道，四个等同σ共价键，具饱和性和方向性，面心立方晶体，原子间是立体的正四周体构造。特性：1）硬而脆；2）碳中密度最大（3.52g/cm3）；3)1800℃以上转换为石墨；4）电绝缘体和热良导体；5）具四个等同轨道，如果与氢、碳结合就形成典型的脂肪族化合物。制备：人工合成金刚石的办法重要有两种，高温高压法及化学气相沉积法。用途：地质钻头和石油钻头金刚石、拉丝模用金刚石、磨料用金刚石、修整器用金刚石、玻璃刀用金刚石、硬度计压头用金刚石、工艺品用金刚石；若涂在音响纸盆上，音箱音质会大为改善；由于折射率高，在灯光下显得闪闪生辉，作为受众人追捧的观赏宝石。17.C/C复合材料：定义：由碳纤维增强材料与基体材料通过缠绕,模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。特点：兼顾碳纤维和基体的性能而成为综合性能更为优秀的工程构造材料和含有特殊性能的功效更为优秀的工程构造材料和含有特殊性能的功效材料。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作构造材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。优点：eq\o\ac(○,1)比强度和比模量高eq\o\ac(○,2)材料性能的可剪裁性eq\o\ac(○,3)成型工艺的多选择性eq\o\ac(○,4)良好的耐疲劳性能eq\o\ac(○,5)良好的抗腐蚀性应用：eq\o\ac(○,1)体育领域：用CFRP制成的高尔夫球棒、可减轻重量约10一40％、碳纤维增强复合材料刚成的羽毛球拍其特点是重量轻、刚性大、避免了木制品因其刚性局限性而造成的断把现象、复合材料制成的网球拍,轻而坚，刚性大，应变小，可减少球与球拍接触时的偏离度。eq\o\ac(○,2)航天领域：碳纤维复合材料重要应用于导弹弹头、弹体箭体和发动机壳体的构造部件和卫星主体构造承力件上，C/C和C/酚醛是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件等重要防热材料。eq\o\ac(○,3)石油开发:传统金属抽油杆本身重大，易腐蚀，疲劳性能较差，采油事故发生率高，而采用碳纤维复合材料拉挤成型技术开发的持续抽油杆含有轻质、高强、耐腐蚀、耐磨损的特点，使采油效率大为提高。eq\o\ac(○,4)核电：随着材料科学的发展，拥有核电先进技术的国家已开始采用全碳纤维复合材料构造的分离器，生产效率为第一代分离器的8倍多。eq\o\ac(○,5)电动汽车：采用碳纤维复合材料制造汽车部件，可减少汽车质量节省燃料、提高驾驶舒适性、改善抗冲击安全性、提高减振性能、便于汽车部件的整体组装，与其它纤维增强复合材料相比更适于成为汽车轻量化材料。18.碳纤维：是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化解决而得到的微晶石墨材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且含有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅含有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性。碳纤维含有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且含有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。原丝的预氧化：目的在于使PAN原丝分子环化脱氢，转化为耐热的梯形构造，变为不溶不熔体，提高炭化收率。重要因素有：温度、时间、氛围介质和牵伸程度等，重要反映：环化反映、脱氢反映、氧化还原反映。预氧丝的碳化：预氧丝在惰性气体中热解决至1500℃时,纤维中的聚合物构造逐步向多晶炭构造转变,梯形聚合物构造之间进行交联,非碳元素从纤维中排出;当在2500℃以上进行石墨化解决时,微晶进一步长大,取向度进一步提高,力学性能也发生深刻的变化.重要反映:1)交联反映放出水和氢气;2)共轭链段末端环的芳构化形成氨;3)未形成梯形聚合物部分的断裂;4)高温区放出N2和HCN,分子链间发生交联.按照制备原料的不同碳纤维分为聚丙烯腈基碳纤维、黏胶基碳纤维和沥青基碳纤维。它们的制备工艺都涉及下列重要环节：（1）稳定化解决