浸銅用炭石墨材料的結構設計和制備研究
炭石墨材料因其具有自潤滑性、耐高溫、耐腐蝕、可以在不需要潤滑劑的工
況下保持良好的抗摩擦磨損性能，廣泛地用作密封和耐磨材料，應用在航空航天
領域。雖然炭材料具有許多金屬及其他材料所無法取代的性能，但是一般的純炭
石墨材料不能滿足于某些高性能密封領域的使用要求。浸銅炭石墨材料提高了炭
石墨材料的導熱率和機械強度，降低了炭石墨材料的孔隙率，改善了炭石墨材料
的韌性和易加工性，因此是一種應用于機械密封領域的特殊工程材料。浸漬金屬
炭石墨材料的性能主要取決于基體炭石墨材料的性能，作為浸漬金屬的基體炭石
墨材料，除了要滿足一定的機械強度之外，對基體炭石墨材料的孔隙結構也有很
高的要求。
本論文通過冷壓炭化工藝，以瀝青焦為主要骨料、炭黑為輔助骨料，以適量
石墨為潤滑組元，以硫改性煤瀝青為粘結劑，制備了多種基體炭石墨材料。較為
系統地研究了原料（骨料）種類和配比對基體炭石墨材料微觀結構和性能的影響，
以及浸銅對基體炭石墨材料性能的提高和改善。主要實驗內容和結論如下：
１瀝青焦和粘結劑對基體炭石墨材料結構和性能的影響
以煤焦油瀝青為原料，通過硫改性制得硫改性瀝青粘結劑，以瀝青焦為骨料，
制備炭基體材料。考察了以瀝青焦為單組分骨料所制得炭基體材料的基本物理和
機械性能。研究結果表明，瀝青焦與粘結劑的質量比為６４：３６時，所制得的炭基
體材料抗彎強度達到６３．６ＭＰａ、抗壓強度達至１Ｊ２６４．１ＭＰａ、密度達到１．６５９／ｅｍ３，開
孔率為１４．４％，孔徑分布較集中，孔徑值分布在２．０”－’０．９９ｍ，是較為理想的組成
配比。
２炭黑和粘結劑對基體炭石墨材料結構和性能的影響
以煤焦油瀝青為原料，通過硫改性制得硫改性瀝青粘結劑，以炭黑為骨料，
制備炭基體材料。考察了以炭黑為單組分骨料所制得炭基體材料的基本物理性
能。研究結果表明，炭黑與粘結劑的質量比在４３：５７時，所制得的炭基體材料抗
彎強度達至ｌＪ６０．５ＭＰａ、抗壓強度達至Ｕ２２２．６ＭＰａ、密度達到１．５０９／ｃｍ３，開孔率為
ＩＶ
摘要
１２．１％，孔徑分布較集中，孔徑值分布在０．７～Ｏ．２１ｘｍ，是較為理想的組成配比。
３以瀝青焦和炭黑為骨料，考察其配比組成對基體炭石墨材料結構和性能的影響
以瀝青焦為主要骨料，以炭黑為輔助骨料，以煤焦油瀝青為原料，通過硫改
性制得硫改性瀝青為粘結劑，以人造石墨粉為潤滑組元，制備了基體炭石墨材料。
保持石墨的質量百分比不變，通過改變瀝青焦和炭黑的含量，考察瀝青焦和炭黑
的含量關系對材料性能的影響，其中粘結劑的含量是隨瀝青焦和炭黑含量的不同
而成比例的改變。研究結果表明炭黑的加入可以改變材料內部的孔隙結構，增加
材料的強度，可以調節孔徑的分布，其中炭黑含量在２４ｗｔ％、瀝青焦含量在６６ｗｔ％
時，材料具有較合理的孔徑分布，孔徑分布在０．７～Ｏ．１ｌ，ｔｍ，所制備的材料是較好
的適于浸銅用的基體炭石墨材料。
４粘結劑含量對基體炭石墨材料結構和性能的影響
以瀝青焦為主要骨料，以炭黑為輔助骨料，以煤焦油瀝青為原料，通過硫改
性制得硫改性瀝青為粘結劑，以人造石墨粉為潤滑組元，制備了基體炭石墨材料。
其中骨料和潤滑組元作為一個部分，通過加入不同的粘結劑，考察粘結劑含量對
材料性能的影響。研究結果表明，粘結劑的含量對材料的性能起著非常重要的作
用，對材料性能的影響較大。密度的變化從粘結劑含量為２８％時的１．４１９／ｃｍ３增
大到粘結劑含量為４４％時的１．５８ ｇ／ｃｍ３；開孔率的變化從粘結劑含量為２８％時的
２６．１％降低到粘結劑含量為４４％的１８．８％；抗壓強度的變化從粘結劑含量為２８％
時的４５ＭＰａ增大到粘結劑含量為４４％的１８７ＭＰａ；抗彎強度的變化從粘結劑含量
為２８％時的ＩＯＭＰａ增大到粘結劑含量為４４％的４２ＭＰａ；孔徑隨粘結劑含量的增
大而變小。研究發現，對于一定組成的骨料和潤滑組元，粘結劑含量在４０％時，
所制備的基體炭石墨材料具有較好的孔徑分布和物理性能，孔徑分布在０．５”－－”
０．１９ｍ，抗彎強度和抗壓強度分別為３７．５６ＭＰａ和１６２．９１ＭＰａ，密度為１．５６９／ｃｍ３，
是適于浸銅用的較好的基體炭石墨材料。
５浸銅炭石墨材料的制備和性能研究
以基體炭石墨材料為原料，通過高溫高壓浸漬銅，制得浸銅炭石墨材料。考
察了浸銅對基體炭石墨材料的密度、強度、導熱率等性能的影響。研究結果表明，
浸銅可以提高基體炭石墨材料的密度，增加強度，增大導熱率。并對銅在炭石墨
材料內部的分布進行了討論。