碳／碳复合材料的低成本制造已经成为人们共同关注的课题，因此，以煤沥青为基体前驱体的低压浸渍—碳化法制备碳／碳复合材料的工艺依然具有潜力可挖掘。计算机模拟技术已经在材料科学的许多领域成功应用，但是却几乎没有在煤沥青浸渍—碳化中应用的报道。可能是由于煤沥青的具体成分不明、缺乏非平衡中间态的数据和其特殊的平面芳环大分子结构。影响煤沥青浸渍—碳化的因素很多，建立适当的统计模型对煤沥青浸渍—碳化进行数值计算，对优化工艺、评价和设计原料、弄清演变机理、提高制备效率和产品质量具有重要意义。本文在此领域进行了下列探索性研究：通过对煤沥青中喹啉不溶物(QI)颗粒的受力分析，发现QI滤饼的形成类似于悬浮液的恒压过滤。对一维球体堆积模型进行改进，并结合Endo等提出的渗透系数方程，对已知QI颗粒尺寸分布的沥青的滤饼渗透系数进行了计算，结果与实验值接近。并定量计算了QI颗粒分布对QI滤饼的渗透系数的影响，结果表明减小小颗粒含量或增大其直径都可以提高滤饼的渗透系数。通过模拟渗透性实验，结合渗透性的理论计算，确定了增塑剂、絮凝剂和化学改性剂对煤沥青渗透性的作用机理。增塑剂通过在煤沥青中不同极性的分子间定向吸附，降低沥青的粘度来提高其渗透性。絮凝剂通过凝结小QI颗粒形成较大的凝胶束来提高沥青的渗透效率，与沥青的组分不发生化学反应，也不改变沥青的粘度。改性剂与沥青中的低分子发生化学反应，增大了粘度，也增加了二次QI，前者对渗透不利，后者具有助滤作用，总体上使沥青渗透性大幅度降低。在考虑QI颗粒的尺寸分布、预制体的孔隙类型与尺寸分布的基础上，耦合液体沥青在不同介质中的流动行为，建立了煤沥青浸渍工艺的数学模型。计算发现闭孔难以被填充，浸渍效率主要由开孔浸渍效果决定，取得了与实验一致的结果。讨论了沥青性能、工艺参数、预制体结构对浸渍效率的影响，为浸渍工艺优化和原料设计提供了理论依据。成功地采用分段连续反应动力学模型对改性沥青的TG-DTG曲线进行拟合，克服了单阶反应模型的不足。Coats-Redfern方法计算表明，三种伪组分的表观活化能和残碳率分别为36.807KJ／mol、185.205KJ／mol、65.828KJ／mol和20.5％、72.2％、94.3％，与甲苯可溶物、甲苯不溶而喹啉可溶物、喹啉不溶物的文献值接近，并且每一种组分的热解都是一级反应。对加热速率分别为2.5K／min、5K／min和10 K／min的沥青热失重进行计算，其结果与实验数据非常接近。在连续性二聚机理基础上，建立了煤沥青分子量分布的Monte Carlo模型，计算了煤沥青等温热解的分子量分布结果，与文献中的数据吻合良好。440℃时，反应时间延长，低分子量物质热解减缓，而中等分子量组分反应速率增加。温度从440℃提升到450℃，加剧了煤沥青热解，其中中等分子量组分的反应速率提高得更加明显。计算结果表明煤沥青分子量的一些参数如平均分子量、分子量分散系数、分子量分布宽度等在碳化过程中存在遗传性。联合煤沥青的热解动力学方程与气泡生长动力学模型，计算了沥青中由于挥发分导致的气泡的生长过程，定性地解释了实验过程中的一些表观现象。尽管表面张力、液体粘度和温度对气泡的生长都会产生影响，但挥发分的增加是决定气泡生长动力学的主导因素。加热速率从2.5K／min升至10K／min，气泡生长动力学机制并不发生变化，然而气泡半径增长速率和液体的径向速率却成倍增大，易导致液态沥青外溢和固相半焦产生裂纹。与中温煤沥青相比，低温煤沥青产生的气泡尺寸更大。在“气泡有限逃逸”机制的基础上，将沥青基碳／碳复合材料的碳化分为两个区域，即液态反应区和固化半焦区，产生的气体大部分被限定在液相区，并在固相区释放。通过有限差分法求解能量方程、动力学方程、连续性方程组成的微分方程组，得到了温度、压力、沥青的转化率等在碳／碳复合材料中的分布。讨论了加热速率、试样厚度和原料沥青对这些参数的影响，为制定更合理的碳化工艺提供了理论依据。