炭/炭(C/C)复合材料是一种优异的复合材料,具有很好的物理、化学和力学性能,但是,C/C复合材料成本高、周期长及工艺复杂等问题影响其应用和发展。因此,研制低成本、高性能的C/C复合材料已受到世界各国的普遍关注,而开发低成本、高性能、工艺性能好的基体前驱体是关键所在。本文以煤沥青为研究对象,首先分析了煤沥青的基本性能。以煤沥青和添加3wt%硼酸或碳化硼的煤沥青为原料制备煤沥青炭。以煤沥青为浸渍剂制备了C/C复合材料。借助流变仪、光学显微镜、同步热分析仪、SEM、XPS等分析手段对煤沥青的基本性能、制备的煤沥青炭的微观形貌、石墨化度和抗氧化性能进行分析和研究,同时对制备的C/C复合材料界面进行分析。主要研究结论为:(1)高温煤沥青的残炭率最高,浸渍剂沥青的流变性能最好。煤沥青的热失重曲线可以分为三个阶段,在第Ⅱ阶段(300℃到550℃)失重最快。高温煤沥青表现出较好的热性能(失重起始温度最高,最大失重速率温度最高,相同条件下失重最少)。通过热分析计算了煤沥青的活化能,高温煤沥青的活化能为142.28kJ/mol,中温煤沥青的活化能为178.78kJ/mol,浸渍剂沥青的活化能为150.90kJ/mol。(2)沥青族组分影响沥青炭的微观形貌,QI含量越低、TS含量越高越有利于形成流线型结构,反之,则形成镶嵌型结构。煤沥青炭的微观结构都以流线型为主,高温煤沥青炭中有少量镶嵌型结构,中温煤沥青炭中有少量镶嵌型结构和流线域型结构,浸渍剂沥青炭基本全是流线型结构。流线型结构的煤沥青炭易石墨化,镶嵌型结构的煤沥青炭难石墨化。相同条件下,浸渍剂沥青炭的石墨化度最高。(3)煤沥青炭的石墨化度随着温度的升高而提高,具有“两头增长慢,中间增长快”的特点。添加的硼酸、碳化硼起到不同程度地促进石墨化的作用,碳化硼的促进作用明显优于硼酸。此外,添加的硼酸和炭化硼对煤沥青炭的成炭形貌有一定影响,从而影响了煤沥青炭的石墨化度。(4)煤沥青炭的氧化反应在低温下主要受化学反应机制控制,失重缓慢;而在高温下则主要受反应气体扩散机制控制,失重很快。浸渍剂沥青炭的抗氧化性能优于高温、中温煤沥青炭。添加剂不同程度地改善了煤沥青炭的抗氧化性能,抗氧化能力的改善程度与添加剂种类和热处理温度有关,其改善抗氧化性能的机理是:一,促进石墨化使得煤沥青炭中缺陷变少,二,硼化物转化生成的氧化硼阻碍了氧化气氛对煤沥青炭活性部位的氧化。(5)沥青炭围绕着炭纤维逐层生长,呈层片状条带结构,与炭纤维形成POG结构,它们的界面结合不连续;沥青炭围绕着CVD炭垂直生长,呈条带状结构,与炭纤维形成TOG结构,界面中缺陷较多;CVD炭围绕着炭纤维生长,呈层片状条带结构,与炭纤维形成POG结构,界面结合较差。浸渍剂沥青制备的C/C复合材料中的缺陷比高温煤沥青制备的少。