无机生物材料学第六章
第六章无机结合料稳定类混合料
•第六章无机结合料稳定类混合料
亦为CaO;
➢ 消石灰粉：将块状生石灰用适量的水消化而得的粉末，亦
称熟石灰，其主要成分为Ca(OH)2。 由于石灰原料中常含有碳酸镁成分，经煅烧生成的生
石灰中，或多或少含有氧化镁成分。建材行业标准中，根 据石灰中氧化镁含量按表6-2将石灰分为钙质石灰和镁质石 灰两类。
•第六章无机结合料稳定类混合料
6.1.1.1石灰的生产、消化与硬化
石灰土强度的形成与发展是通过机械压实、离 子交换反应、氢氧化钙结晶和碳酸化作用，以及火山 灰反应等一系列复杂、交织的物理-化学作用的过程来 完成的。
•第六章无机结合料稳定类混合料
离子交换反应：从石灰氢氧化钙中游离出的钙离子和氢氧根离子与粘土
矿物中的钠、氢离子发生离子交换，其结果使得粘土颗粒吸附水膜减薄， 促使土粒凝集和凝聚，形成稳定团粒结构。
⑴ 建材行业标准（表6-3）：将生石灰、生石灰粉和消石灰粉分
。 为优等品、一等品和合格品三个等级
•第六章无机结合料稳定类混合料
⑵ 道路行业标准（JTJ034－93）仍按袁国家标准 （GB1594-79）将生石灰和消石灰分别划分为3个等 级（见表6-4）
•第六章无机结合料稳定类混合料
6.1.2 石灰稳定土的技术性质
•第六章无机结合料稳定类混合料
无机结合料稳定性经压实成型并经养护后，可形成板 体结构，当其7d的抗压强度符合设计要求(表6-1)时，可 以作为道路路面结构中的基层或底(垫)基层，称为结合料 稳定类基(垫)层，在道路工程中，这类材料有被称之为半 刚性基层材料。
【同济大学材料科学与工程学院】无机非金属材料的结构特征
立方ZnS
（1）AX型晶体 （六方ZnS型）
某些纤锌矿型结构的物质，由于结构中不存 在对称中心，使得晶体具有热释电性。
热释电效应：在热平衡条件下，电介质 因自发极化要产生表面束缚电荷，这种 电荷被来自空气中附集于电介质表面上 的自由电荷所补偿，其电不能显现出 来，，当温度发生变化，由温度变化引 起电介质的极化状态的改变不能及时被 来自电介质表面上的自由电荷所补偿， 使电介质对外显电性。Ps=p T（具 有自发极化的晶体）
晶体的热释性与其内部的自发极化有关，但 是这种晶体在常温与常压下被附着于晶体表 面的自由表面电荷所掩盖，只有当晶体加热 时才表现出来。故得其名。
热释电晶体可以用于红外探测器。
（2） AX2型晶体 （萤石型，CaF2）
AB2型化合物，
rc/ra>0.732（0.85）
配位数：8：4
Ca2+作立方紧密堆积，
（2）萤石的解理性
由于萤石结构中有一半的立方体空隙没有被 Ca2+填充，所以，在（111）面网上存在 着相互毗邻的同号离子层，其静电斥力将其 主要作用，导致晶体在平行于（111）面网 方向上容易发生解理，因此，萤石常呈八面 体解理。而NaCl晶体却无此性能。
（4）ABO3型晶体
（a）CaTiO3晶体结构；（b） CaTiO3晶体结构中配位多面体 的连接方式和Ca2+的12配位
三、 凝固的渐变性和可逆性
VQ
液体
过冷液体
A
B 由熔融态向玻璃态转
K
变的过程是可逆的与
M
F
渐变的，这与熔体的
E 玻璃态
晶体
C
结晶过程有明显区别。
D
Tg
TM
冷却速率会影响Tg大小，快冷时Tg较慢冷时高， K点在F点前。Fulda测出Na－Ca－Si玻璃：
高中生物浙科版稳态与环境第六章生态系统 第六章第23课时
第六章生态系统第23课时生态系统的营养结构目标导航 1.举例说明生态系统的概念和组成成分。
2.说明食物链和食物网以及生物所处营养级。
3.评述生物放大。
4.举例说明生态金字塔。
一、生态系统1．生态系统的概念：由__________及__________所构成的一个生态学功能系统。
地球上有许多生态系统，大至________，小至池塘。
2．生态系统的分类：________________和________________。
3．生态系统的成分：由__________、__________、气候、能源、________、________和________七大成分组成。
4．生态系统的功能：进行____________和____________。
二、食物链和食物网1．食物链和生物放大(1)在生态系统各生物之间，通过一系列的______________关系，不断传递着________所固定的能量，这种单方向的营养关系叫________。
捕食食物链是以________________为起点的；腐食食物链是以____________________为起点的。
(2)食物链不仅是____________和____________的通道，而且也是杀虫剂和各种有害物质______________的通道。
化学杀虫剂和有害物质通过________逐级积累和浓缩，在生物体内____________，导致危害的现象就叫生物放大。
2．食物网(1)在一个生态系统中，____________彼此相互交错连接的复杂营养关系，叫做食物网。
食物网越________，生态系统抵抗外力干扰的能力就越强；食物网越________，生态系统就越容易发生波动和毁灭。
(2)____________是地球上最稳定的生态系统，而________是最脆弱的生态系统。
三、营养级和生态金字塔1．营养级是指处于食物链某一环节上的______________的总和。
营养级的位置越高，归属于这个营养级的生物种类、数量和能量就________。
第六章 双水相萃取
(1)成相聚合物的影响 成相聚合物的影响 A、成相聚合物分子量 、
对于PEG/Dextran所形成的双水相 所形成的双水相 对于 体系中，若降低PEG相对分子质量， 相对分子质量， 体系中，若降低 相对分子质量 则生物分子分配于富含PEG的上相中， 的上相中， 则生物分子分配于富含 的上相中 使分配系数增大；而降低Dextran相 使分配系数增大；而降低Dextran相 对分子质量，则分配系数减小。 对分子质量，则分配系数减小。 若想在上相获得较高的蛋白质收率， 若想在上相获得较高的蛋白质收率， 对于PEG聚合物，应降低它的平均分 聚合物， 对于 聚合物 子量，相反， 子量，相反，若想在下相获得较高的 蛋白质收率，则平均分子量应增加。 蛋白质收率，则平均分子量应增加。
例如：用粗 例如：用粗dextran、变性淀粉、糊精、 、变性淀粉、糊精、 乙基羟乙基纤维素等取代葡聚糖（ 乙基羟乙基纤维素等取代葡聚糖（dextran ）
二、双水相分配与相关技术的集成化
不同分离技术上的相互渗透、实现优势互补， 集成化 ：不同分离技术上的相互渗透、实现优势互补，而达 到整体优化的目的。 到整体优化的目的。 具体表现3个方面 个方面： 具体表现 个方面： ① 与常规技术结合解决双水相萃取本身的难点问题 ② 引进其他分离技术进行融合以提高分离效率，简化分离 引进其他分离技术进行融合以提高分离效率， 过程 ③ 为已有的技术提供新的思路
（一）目的物的萃取
1、如果目标产物在上相中的分配系数足够大，则 、如果目标产物在上相中的分配系数足够大， 细胞匀浆液中的目标产物可采用一步或两步双水 相萃取工艺获得较高的纯化倍数。 相萃取工艺获得较高的纯化倍数。 一步双水相萃取： 一步双水相萃取：是把生物材料悬浮液和双水相 系统混合后，其中下相含有大多数杂质， 系统混合后，其中下相含有大多数杂质，而上相 含目标产物。 含目标产物。 两步双水相萃取： 两步双水相萃取：把一步萃取体系中的上相分离 出来后，再加入盐使其形成新的双水相体系， 出来后，再加入盐使其形成新的双水相体系，则 富含PEG的上相得到回收，同时，含有目标产物 的上相得到回收， 富含 的上相得到回收 同时， 的盐相通过超滤等操作得到分离目标。 的盐相通过超滤等操作得到分离目标。
无机生物材料学-磷酸钙[1]
![无机生物材料学-磷酸钙[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/a39f3dd65ef7ba0d4a733b43.png)
微晶玻璃
45S5
Ceravital
镁铝钙 钙磷 钙磷硅 钙铝磷 钙铝磷硅 其他
SiO2 45.0 42.94 P2O5 6.0 5.72 Na2O 24.5 23.37 CaO 24.5 11.69
40.0-50.0 10.0-15.0 5.0-10.0 30.0-35.0
30.0-35.0 43.0-52.0
氮化硅
0
3.15-3.2
300-330
2500-3000
600-1000
氮化硅 20-35
2-2.6
80-210
600-1000
100- 300
铝酸钙
65
11
磷酸钙/铝酸镁 1.2
2.78
-
52
-.
2.非氧化物惰性陶瓷的医学应用
非氧化物陶瓷主要用于关节杯碗，关节副等较 耐磨、抗蚀（包括应力腐蚀）等场合。
b)生物玻璃大多数存在分相现象; c)作为生物材料除了组成上的生物活性外，在物 理结构上必须有形成活性点的潜力。
d)作为骨组织替代或填充材料，一定的力学强度 是必须的。生物玻璃的强度以及其它主要物理性质 （密度、热膨胀系数等）均与人体骨相近
e)生物玻璃的稳定性决定材料的生物活性。惰性生 物玻璃组成和结构、甚至表面层结构基本上不受组织或 体液的影响；而活性生物玻璃至少在材料表面层会发生 化学变化，甚至整个材料慢慢溶解。
图4-28、碳酸钙粒子直径与玻璃孔洞率的关 系
2.生物玻璃的医学应用
生物玻璃主要用于人工骨、人 工牙、人工骨缺损部位的填充材料 方面，少数做人工关节、断指接植、 牙周病治疗以及人工角膜周边支架 材料。
3. 生物玻璃在加工方面的应用
• 1，作为高温粘结剂形成玻璃陶瓷-玻璃熔 点相对低于生物陶瓷，可在适当温度粘 结陶瓷颗粒。如碳酸钙陶瓷,磷酸钙陶瓷
《生物材料学》 课程教学大纲
《生物材料学》课程教学大纲一、课程名称（中英文）中文名称：生物材料学英文名称：Biomaterials Science二、课程代码及性质课程代码:0816473课程性质:专业选修课,选修课三、学时与学分总学时：40（理论学时：32学时；实践学时：0学时）学分：2.5四、先修课程材料科学基础、金属材料学、陶瓷材料学、高分子科学基础五、授课对象本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用）本课程的教学目的:1. 系统掌握生物材料学方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决生物材料学复杂问题的能力；2. 掌握各种典型生物材料，具备独立进行生物材料选用的能力；3. 理解不同典型生物材料的使用要求，掌握典型生物材料的优缺点,具备运用所学知识进行各种生物材料的选用、性能检测等能力；4．了解生物材料的发展前沿，掌握其发展特点与动向。
七、教学重点与难点：教学重点：生物材料与生物组织的相互作用、医用金属材料、医用无机非金属材料、医用高分子材料、生物材料表面改性等内容。
教学难点：(1) 生物材料与生物组织的相互作用。
(2) 生物矿化的机制。
八、教学方法与手段：教学方法：(1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成;(2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。
教学手段：(1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观;(2)收集典型生物材料实物,在课堂上进行针对性讲授。
九、教学内容与学时安排（1）总体安排教学内容与学时的总体安排，如表2所示。
（2）具体内容各章节的具体内容如下：第一章绪论 (4学时)1.1 生物材料概述1.2生物材料分类1.3生物材料的特征与评价第二章生物材料与生物组织的相互作用(4学时)2.1 氨基酸与蛋白质2.2 结构蛋白与结缔组织2.3 骨组织2.4 牙组织2.5 体液2.6 宿主反应第三章医用金属材料(4学时)3.1 金属植入材料3.2 医用金属材料的特性与要求3.3 常用医用金属材料3.4 齿科用金属3.5 其他金属3.6 医用金属材料的腐蚀3.7 金属与合金表面涂层处理3.8 医用金属材料研究进展第四章医用无机非金属材料(4学时) 4.1 氧化铝陶瓷4.2 低温热解碳4.3 羟基磷灰石4.4 生物玻璃4.5 珍珠第五章生物矿化(4学时)5.1 引言5.2 生物矿物的种类与功能5.3 矿化生物材料的成分5.4 天然生物矿物5. 5 生物矿化的一般原理第六章医用高分子材料(4学时)6.1 概述6.2 高分子材料的生物相容性6.3 生物吸收性高分子材料6.4 高分子材料在医学领域的应用第七章药物载体材料(4学时)7.1 简介7.2 药物释放载体7.3 高分子药物载体7.4 天然生物降解材料7.5 人工半合成高分子材料7.6 合成生物降解材料7.7 水溶性高分子7.8 智能型药物载体7.9 靶向药物制剂7.10 药物控制释放机制7.11 纳米药物与制剂第八章组织工程(4学时)8.1绪论8.2组织工程的概念8.3组织工程的基本原理和方法8.4组织工程研究的国内外概况8.5组织工程的三大要素8.6组织工程的应用第九章生物材料表面改性(4学时)9.1 表面改性的意义与方法9.2 表面形貌的改变9.3 生成表面转化层9.4 表面施加涂层9.5 表面引入活性基团、接枝单体和结合化学分子9.6 表面生物化第十章生物材料安全性评价和管理 (4学时) 10.1 生物医学材料的安全性评价10.2 生物医学材料的监督与管理10.3 生物学评价进展概况（3）各章节的课后思考题（作业）及讨论要求思考题（课后作业）：第1章思考题：1.生物材料的分类与种类有哪些?2.生物材料的性能要求有哪些?第2章思考题：1.生物材料与生物组织相互作用包括哪些内容?2.生物材料植入生物体后的宿主反应包括哪些内容?第3章思考题：1. 医用金属材料的特性与要求有哪些?2.典型的医用金属材料有哪些?3. 医用金属材料的腐蚀特性有哪些?第4章思考题：1. 典型的医用无机非金属材料有哪些?2. 羟基磷灰石的制备技术有哪些?3.生物玻璃的特点有哪些?第5章思考题：1. 生物矿物的种类与功能有哪些?2. 生物矿物的一般原理是什么?第6章思考题：1. 高分子材料生物相容性包含的内容有哪些?2.生物降解高分子材料的种类与合成方法有哪些?3.生物高分子材料的典型应用领域有哪些?第7章思考题：1. 药物载体材料的特点和性能要求有哪些?2. 药物控制释放机制有哪些?第8章思考题：1. 组织工程的基本原理和方法包括哪些内容?2.组织工程的三大要素指的是什么?第9章思考题：1. 生物材料表面改性的意义有哪些?2. 生物材料表面改性的方法有哪些?3. 表面生物化的实现方法有哪些?第10章思考题：1.生物医学材料的安全性评价内容有哪些?2. 生物医学材料的开发程序流程包括哪些内容?讨论（思考题及作业）要求：1、每章节学习结束后，学生都要按上课教师的具体要求以书面的形式做一定数量的思考题，作为平时的作业成绩（按约10%计入课程总成绩）。
高中生物 第六章 生物的进化 第4节 协同进化与生物多样性的形成教案 新人教版必修第二册-新人教版高
第4节协同进化与生物多样性的形成课程标准要求核心素养对接学业质量水平说明自然选择促进生物更好地适应特定的生存环境。
1.生命观念——形成生物进化的观点和生物进化理论在发展的观念；认同协同进化是普遍存在的。
水平二2.科学思维——探讨物种多样性的形成原因，解释生物的适应是自然选择的结果。
水平二协同进化———————————————自主梳理———————————————[典例1] 下列选项不支持协同进化观点的是( )A.昆虫和体内共生菌的关系B.有长着细长花矩的兰花，就必有同样长着细长吸管似的口器的昆虫C.草原上狼的灭绝造成鹿数量激增D.随着光合放氧生物蓝藻的出现，地球上有了氧气，这为好氧生物的出现创造了前提条件解析协同进化包括不同物种之间以及生物与无机环境之间的相互影响；A、B两项都属于物种之间的协同进化，D项属于生物与无机环境之间的协同进化；不同物种在进化过程中相互选择，协同进化，并非彼此孤立，狼的灭绝导致对鹿群的选择作用消失，种群质量下降，最终造成鹿群数量下降甚至灭绝。
答案 C[对点练1] 关于协同进化的表述，正确的是( )A.物种可以单独进化B.捕食者的存在对被捕食者无益C.物种之间的协同进化都是通过物种之间的生存斗争实现的D.一个物种的形成或灭绝，会影响到若干其他物种的进化解析物种不能单独进化；捕食者对被捕食者起选择作用，有利于被捕食者的进化；物种间的协同进化方式多种多样，有的通过生存斗争实现，有的通过种间互助实现；一个物种的形成或灭绝必然会对其他物种产生影响。
答案 D联想质疑【易错提示】(1)生物与生物之间的协同进化，仅发生在不同物种之间，同种生物不存在协同进化；(2)生物与无机环境间的协同进化，表现在生物能够适应一定的环境，也能影响环境。
即无机环境的选择作用可定向改变种群的基因频率，导致生物朝着一定方向进化；生物的进化反过来又会影响无机环境。
★捕食者与被捕食者之间的协同进化【易错提示】物种间的协同进化方式多种多样，有的通过生存斗争实现，有的通过种间互助实现。
《生物材料学》课程教学大纲.
《生物材料学》课程教学大纲课程组人员：张胜民、王朝元、刘晓军一、课程名称：生物材料学二、英文名称：Biomaterials三、课程编码：四、学时与学分：32/2五、先修课程：无机及有机化学六、课程教学目标1．帮助学生获得必要的生物材料学的基本知识，了解本学科发展的前沿动态，掌握研究本门学科的一般方法；2. 使学生了解生物材料学在生物医学工程、生物科学、生物技术及医学中的地位和作用，培养和增强学生学习和应用本门学科的兴趣和社会责任感；3．培养学生的自主学习能力、口头与书面表达能力，以及团队协作精神。
七、适用学科专业生物医学工程、生物技术、生物科学、医学、材料学、化学八、基本教学内容与学时安排●生物医学材料总论I（2学时）生物材料发展生物材料定义与特性●生物医学材料总论II（2学时）生物医学材料的分类生物医学材料的研究内容●生物惰性材料I（2学时）生物惰性陶瓷碳质生物材料●生物惰性材料II（2学时）生物惰性金属材料生物惰性高分子生物惰性复合材料●生物活性材料I（2学时）多孔陶瓷生物活性玻璃和玻璃—陶瓷●生物活性材料II（2学时）钙磷陶瓷生物水泥生物活性高分子材料●生物活性材料III（2学时）复合生物活性材料生物活性涂层●生物可降解材料（2学时）生物无机可降解材料生物有机高分子可降解材料生物复合可降解材料●细胞与基因活性生物材料（2学时）基因控制与活化细胞与基因活性材料的制备细胞与基因活性材料的利用●仿生生物材料（2学时）天然生物材料的特性、结构特征生物材料的仿生设计及研究实例●纳米生物材料（2学时）纳米生物材料概念、特性纳米生物材料制备纳米生物材料应用●基因、药物与DNA控释材料与系统（2学时）控释材料的基本要求及释放装置类型常用的控释材料●生物材料前沿专题I（2学时）纳米复合生物材料纳米杂化生物材料●生物材料前沿专题II（2学时）生物材料表面生物材料界面●生物材料前沿专题III（2学时）组织器官工程用材料简单组织工程用材料案例复杂器官工程用材料案例●生物材料学课堂研讨（2学时，学生报告）九、教材及参考书（选其一）1．张胜民等.《生物材料学讲义》.武汉：华中科技大学，20042．崔福斋, 冯庆玲. 生物材料学. 北京: 科学出版社, 1996. 3．Ratner, B. D. et al., eds. Biomaterials Science: An introduction to Materials in Medicine. 2nd ed. San Diego CA: Elsevier, 2004 十、考核方式书面考试＋讨论＋报告。
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1963 GOTT发现碳纤维具有优良抗血栓性能；
1976 Jenkins医生碳纤维韧带和肌腱用于山羊和
家兔，3周后，发现具有诱发部分组织再生功能；
碳基材料从此应用于医学研究。
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碳基医用材料种类
碳纤维（CF） 碳纤维基复合材料（CFRC/CFRP） 活性炭(多孔碳)（AC/ACF） 低温热解各向同性碳（LTIC） 金刚石和类金刚石涂层（DLC）
石墨化：
利用热活化将热力学不稳
定的炭原子实现由乱层结构向 石墨晶体结构的有序转化。
2014-6-17
石墨化原因
碳元素其外部电子结构有 两种:一种是Sp3杂化轨道，金 刚石结构 ,C一C 间为 σ键 。一种是SP2杂化,形成石墨片 状结构,同一层中C一C 为σ键 层与层之间是π键。
σ键很短很强，键长约 0.142nm 结合力很强，π键相 对较弱。
2014-6-17
2.制备工艺
2.1碳/碳复合材料成型加工方法
CVD渗透 浸渍树脂戍 沥青 预浸物
碳纤维成型物
热压成型
碳化
碳/碳复合材料
短纤维与沥 青或 树脂 混合物
碳纤维成 型物
石墨化的碳/碳 . 复合材料
石墨化
碳化（carbonization）
将上述成形物在隔绝空气下
热分解为碳和其他产物。
概述 制备工艺 碳/碳复合材料的界面 碳/碳复合材料的抗氧化
1. 简介
定义：碳/碳复合材料是指以碳纤维作为增强体， 以碳作为基体的一类复合材料。 性质：密度低、高比强度，比模量高、热传导 性低、热膨胀系数断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀。 对宇宙辐射不敏感及在核辐射下强度增加等性 能，是所有已知材料中耐高温性最好的材料。
越好
2014-6-17
2D 生产成本低 在平行于布层的方向 拉伸强度较高，容易 制成大尺寸形状复杂 的部件 3D 及多向编织具有更 好的结构完整性和各 向同性
2014-6-17
2.3 坯体的致密化工艺
碳/碳复合材料坯体致密化是向坯体中引入碳基 体的过程，实质是用高质量的碳填满碳纤维周 围的空隙。以获得结构、性能优良的碳/碳复合 材料。 主要包括：化学气相法（CVD） 液相浸渍碳化法
1.3 碳纤维的结构与性能
理想的石墨 点阵结构属六方晶 系，真实的碳纤维 结构属于乱层石墨 结构。
石墨的六方晶体结构
石墨层片的缺陷 及边缘碳原子
最基本的结构单元
石墨微晶 碳纤维的二级结构单元
碳纤维的三级结构单元： 石墨微晶组成原纤 维，直径50nm左右， 长度数百纳米。原纤维 呈现弯曲、彼此交叉的 许多条带状结构组成， 条带状的结构之间存在 针形空隙，大体沿纤维 轴平行排列。 原纤维
稳定的制品。
2014-6-17
3.碳/碳复合材料存在的不足
高温氧化性气氛下极易氧化
碳复合材料生产的成本较高大
尺寸制造工艺也有待提高
2014-6-17
4.碳/碳复合材料应用
明显看出，对碳材料的需求逐年增加
2014-6-17
航天应用
2014-6-17
三叉戟鼻锥，发动机喷管喉衬
2014-6-17
碳纤维应用实例
碳纤维在日常生活中的运用
碳纤维可加工成织物、毡、席、带、纸及其他材料。在多个 领域都出现了碳纤维材料的身影，比如说滑雪板、棒球棒、 赛车、自行车以及各种体育服装用品中。
碳纤维外壳的Thinkpad
碳纤维三脚架
碳纤维自行车
碳纤维应用实例
现在的F1（世界一级方 程锦标赛）赛车，车身大部 分结构都用碳纤维材料。顶 级跑车的一大卖点也是周身 使用碳纤维，用以提高气动 性和结构强度
性能平衡性较差，弹性系数较大，强度较低，碳化收率 较低（20%-30%）[聚丙烯腈基碳纤维为40%-60%，沥青基碳 纤维为80%-90%]，因此该粘胶碳纤维的前景不大。
粘胶基碳纤维的原料是含有纤维素结构的各种天然或人造纤维 热处理过程： 1）25℃～150℃温度下，脱去吸附水 2）150℃～240℃温度下，纤维素环的脱水 3）240℃～400℃下，通过自由基反应，C-C，C-O键断裂，生 成水、CO和CO2等气体放出； 4）400℃以上，进行芳香化，放出氢气。 再升高温度时，进行碳化和石墨化过程。 该过程中，纤维的损失在90％以上。 加热速度较慢，并在惰性气体保护下，可得到20％～30％
碳纤维产品
碳纤维及预浸料
碳绳
防弹板
抗拉强度：3600MPa 拉伸模量：220GPa 层间剪切强度：85MPa 断裂伸长率：1.5% 可供品种：3K、6K、 12K
1.1 碳纤维的分类 可根据原丝的类型、碳纤维的性能和用途进行分类
高性能碳纤维 性能分类
高强度(HS)，超高强度(VHS)， 高模量(HM)，中模量（MM)
低性能碳纤维
耐火纤维，碳质纤维，石墨纤维等
聚丙烯腈基碳纤维 粘胶基碳纤维 原丝类型 沥青基碳纤维
木质素纤维基碳纤维
其它有机纤维类（各种天然纤维， 再生纤维缩合多环芳香族等）
碳纤维与石墨纤维的区别：
碳纤维主要含无定形碳，碳含量约为95％， 热处理温度1200～1500℃ 石墨纤维含较多的结晶碳，碳含量99％以上， 热处理温度2000℃以上 制造纤维时的温度不同造成以上差别
2014-6-17
摩擦磨损性能
碳/碳复合材料中碳纤维的微观组织为乱层石墨结 构, 其摩擦系数比石墨高, 特别是它的高温性能 特点, 在高速高能量条件下摩擦升温高达1000 C 以上时, 其摩擦性能仍然保持平稳, 因此可用作 刹车片材料。
2014-6-17
力学性能
碳/碳复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的种 类、取向、含量和制备工艺等。单向增强的碳/碳 复合材料, 沿碳纤维长度方向的力学性能比垂直 方向高出几十倍。碳/碳复合材料的高强高模特性 来自碳纤维, 随着温度的升高, 碳/碳复合材料的 强度不仅不会降低, 而且比室温下的强度还要高。
将有机纤维经过稳定化处理变成耐焰 纤维，然后再在惰性气氛中于高温下进行 焙烧碳化，使有机纤维失去部分碳和其他 非碳原子，形成以碳为主要成分的纤维状 物。此法用于制造连续长纤维。
1.2.1 以粘胶纤维为原料制造碳纤维
粘胶纤维属于多糖类有机化合物，分子式(C6H10O5)n，粘胶 原丝具有环状分子结构，可以直接进行碳化或石墨化处理， 而制成粘胶基碳纤维。
最后由原纤维组成碳纤维的单丝
碳纤维的皮层结构：
碳纤维由表皮层和芯子两部分组成，中间是
连续的过渡区。皮层的微晶较大，排列较整齐有
序，占直径的14％，芯子占39％，由皮层到芯子，
微晶减小，排列逐渐紊乱，结构不均匀性愈来愈
显著。
沥青基石墨纤维 端口，石墨片从 芯部向外经向辐 射，纤维表面有 较浅的沟槽
2014-6-17
物理性能
碳/碳复合材料在高温热处理后的化学成分, 碳元
素高于99%, 像石墨一样, 具有耐酸、碱和盐的化
学稳定性。其比热容大, 热导率随石墨化程度的提
高而增大, 线膨胀系数随石墨化程度的提高而降低
等。
2014-6-17
热学及烧蚀性能
碳/碳复合材料导热性能好、热膨胀系数低, 因而 热冲击能力很强, 不仅可用于高温环境, 而且适 合温度急剧变化的场合。其比热容高, 这对于飞 机刹车等需要吸收大量能量的应用场合非常有利。 因此可以被用作航天航空材料和刹车片材料。
2014-6-17
化学气相法（CVD）
化学气相法是直接在坯体孔内沉积碳，以达到填孔 和增密的目的。 化学气相法包括脉冲法，等温法、热梯度法、压差
法、等离子体辅助CVD法等。
优点是沉碳易石墨化，且与纤维之间的物理兼容性
好，易于获得性能良好的碳/碳复合材料。缺点是
制备周期太长，生产效率低，对于厚制品， 此法 也存在着一定的困难。
2014-6-17
热梯度法
热梯度法与均热流类似，
其过程也受气体扩散所支
配，但因炉压较高，铅坯
体厚度方向可形成一定的
温差 沉积周期短，制品密度高， 性能比均热法更好。但重 复性差
2014-6-17
压差法
沿坯体厚度方向造成 一定的压力差，反应 气体被强行通过多孔 坯体 沉积速度快，渗透时 间较短，沉积的碳也 较均匀，适用于外部 透气性低的部件
碳基生物材料
2 医用碳材料
优点：
质轻且具有良好的润滑性和抗疲劳特性；
弹性模量和致密度与人骨大致相同；
生物相容性好，特别是抗凝血性佳，与血细胞中
的元素相容性极好，不影响血浆中的蛋白质和酶 的活性。 在人体内不发生反应和溶解，生物亲和性良好， 耐蚀，对人体组织的力学刺激小。
碳基生物材料的历史
2014-6-17
液相浸渍碳化法
液相浸渍法设备比较简单，适用性广泛，它是
将碳纤制成的预成型体浸入液态的浸渍剂中，
通过加压使浸渍剂充分渗入到预成型体的空隙
中，再通过固化 碳化石墨化等一系列过程的循
环，最终得到复合材料。
缺点是要经过反复多次浸渍碳化的循环才能达
到密度要求。优点是技术简单，容易制得尺寸
2014-6-17
由上可知：
σ键很短很强，π键相对较弱。因而导致了石墨碳 具有各向异性，但沿层面方向具有优异的电、热和 力学性能，通常情况下由于π键较弱,往往导致层 与层间的堆垛不规则或无序，形成多晶碳。 由于石墨碳的优异性能源于其有序的结构,因而将 无序结构转变为有序结构是碳/ 碳复合材料制造与 应用中非常关键。往往采用热处理等他能量输入的 方法进行石墨化转变。
2014-6-17
2.1.1碳纤维和基体先驱物的选择
碳纤维的选择常基于所设计材料的用途和使用 环境。现在常用的碳纤维有三种，人造丝碳纤 维,聚丙烯腈(PAN) 碳纤维和沥青碳纤维。 碳基体可以从很多碳源采用不同的方法获得， 典型的基体有树脂碳和热解碳，前者是合成树 脂或沥青经碳化和石墨化而得，后者由烃类气 体的气相沉积而成。