本书主要讲述了碳纤维及其复合材料的性能、组织结构、复合理论、生产工艺及应用现状等知识点。全书共分14章，主要包括了碳纤维概述、碳纤维复合材料概述、复合材料原理、碳纤维表界面结构、碳纤维增强金属基复合材料概述、碳纤维增强铝基复合材料、碳纤维增强铜基复合材料、碳纤维增强钛基复合材料、碳纤维增强镁基复合材料、自愈合碳纤维增强陶瓷基复合材料、碳纤维增强氧化铝基复合材料、碳纤维增强环氧树脂基复合材料、碳纤维增强热塑性树脂复合材料及碳纤维复合材料的应用等章节。本书大体上可以分成三大部分，即碳纤维概况、碳纤维复合材料的制备工艺以及碳纤维的应用现状。其中第1章至第3章为第一部分，主要介绍了碳纤维的结构、性能及生产工艺；第二部分为第4章至第13章，由于碳纤维增强复合材料的基体包含金属、无机非金属及高分子材料三大材料，因此该部分用了最大的篇幅进行介绍；第三部分主要介绍了碳纤维的应用，主要包含了航空航天、汽车及体育用品等行业。
    本书供材料科学与工程专业教学、科研、设计与生产人员学习选用。

 材料是人类社会进步的物质基础和先导，是人类文明进步的阶梯。材料、能源、信息和生物技术是现代科技的四大支柱，科技的发展对材料也提出了越来越高的要求。单一的材料由于其性能的局限性往往无法满足特殊使用环境的需要。因此，研发性价比更高、综合单一组分性能优势的新型先进复合材料成为材料科技发展的方向。
    一般来讲，复合材料指的是由两种或者两种以上物理或者化学性质不同的材料，通过某种形式的复合而形成的一种多相固体新材料，各个组成材料在性能上扬长避短、协同作用，从而实现高比强度、高耐热性、高比刚度、高抗疲劳性、高抗氧化性、高耐摩擦磨损性、高耐化学腐蚀性及高尺寸稳定性等优点。当前随着成形工艺的机械化、自动化程度的不断提高，复合材料的制造成本也在不断降低，应用范围越来越广。复合材料已经广泛应用于机械、建筑、交通运输、航空航天、电子电气、医疗卫生等领域。例如，在航空航天领域，复合材料是除铝之外使用最多的材料。
    纤维是各种复合材料增强体中最常见的一种形式。而在众多的增强体纤维中，碳纤维是最具应用前景的一种。这主要得益于碳纤维材料特有的组织结构及物理化学特性。碳纤维不仅具有超高的比强度、比模量，还同时具有非常优异的耐高温性能和化学稳定性。而之所以说碳纤维是最具应用前景的增强纤维之一的另外一个原因是它几乎可以与三大类材料都能进行复合，即金属材料、无机非金属材料和高分子材料。近几年随着碳纤维产业的发展，其价格也变得越来越低廉，不断被市场所认可。生活中越来越多的消费者开始接触并接受使用碳纤维材料了。但对于碳纤维产业的从业者，往往对上下游或相关产品的了解是相对有限的。因此，本书出版的主要目的是希望给广大的对碳纤维感兴趣的学习者及生产者提供一个便捷的参考。
    本书由姜山、雷宇、邓莹编著。
    由于编著者水平有限，加之编写时间仓促，书中难免有一些不足或疏漏，敬请各位读者批评指正。

          编著者　
          2021年6月 

目录

第1章　碳纤维概述1
1.1　碳纤维结构与性能1
1.1.1　结构1
1.1.2　性能2
1.2　碳纤维分类4
1.2.1　黏胶基碳纤维	4
1.2.2　沥青基碳纤维	4
1.2.3　聚丙烯腈（PAN）基碳纤维5
1.3　碳纤维生产工艺5
1.3.1　技术要点5
1.3.2　高温设备5
1.3.3　碳纤维生产的流程图举例6
1.4　碳纤维发展现状7
1.4.1　国外发展历程	7
1.4.2　国内现状9
第2章　碳纤维复合材料概述11
2.1　复合材料定义及分类11
2.2　碳纤维复合材料的特性12
2.2.1　强度13
2.2.2　断裂韧性 13
2.2.3　耐磨性14
2.2.4　灵敏性14
2.2.5　界面结合强度	14
2.2.6　吸波性15
2.3　碳纤维复合材料行业发展历程15
第3章　复合材料原理17
3.1　复合材料的结构类型17
3.2　界面理论20
3.2.1　界面的结合类型20
3.2.2　界面效应21
3.2.3　界面作用理论	21
3.3　材料的复合效果25
3.4　复合效应25
3.4.1　线性效应26
3.4.2　非线性效应26
第4章　碳纤维表界面结构29
4.1　氧化处理30
4.1.1　阳极氧化30
4.1.2　液态氧化30
4.1.3　气相氧化31
4.1.4　等离子体氧化	31
4.2　表面涂层处理31
4.2.1　气相沉积32
4.2.2　化学镀及电镀	33
4.2.3　表面镀铜33
4.3　镀层碳纤维界面结合特征研究进展34
第5章　碳纤维增强金属基复合材料概述36
5.1　金属基复合材料的定义及特性36
5.2　金属基复合材料的分类37
5.2.1　轻金属基复合材料37
5.2.2　耐高温金属基复合材料39
5.2.3　金属间化合物基复合材料39
5.2.4　不同增强体的金属基复合材料39
5.3　金属基复合材料的强化机制41
5.4　金属基复合材料的制备方法41
5.4.1　粉末冶金法41
5.4.2　固体分散法42
5.4.3　喷射沉积法42
5.4.4　液态浸渗法42
5.4.5　原位复合法43
5.5　碳纤维金属基复合材料的研究动态43
第6章　碳纤维增强铝基复合材料45
6.1　碳纤维增强铝基复合材料的特性45
6.2　碳纤维增强铝基复合材料的制备工艺	45
6.2.1　液态浸渗45
6.2.2　粉末冶金46
6.2.3　液态搅拌铸造	46
6.3　碳纤维增强铝基复合材料的强化机制	46
6.4　碳纤维增强铝基复合材料的强化途径	47
6.5　碳纤维增强铝基复合材料的界面问题	48
第7章　碳纤维增强铜基复合材料49
7.1　碳纤维增强铜基复合材料性能特点49
7.1.1　力学性能49
7.1.2　物理性能50
7.2　碳纤维增强铜基复合材料的制备工艺	51
7.2.1　固态法51
7.2.2　液态法52
7.3　碳纤维增强铜基复合材料界面进展52
7.3.1　化学镀铜的分类52
7.3.2　长碳纤维连续电镀的工艺53
7.3.3　短碳纤维化学镀铜的一般工艺流程	54
7.4　碳纤维增强铜基复合材料的应用55
第8章　碳纤维增强钛基复合材料57
8.1　碳纤维的表面处理过程57
8.2　钛基复合材料制备方法58
8.2.1　高温氩气保护烧结制备碳纤维-铁/钛基复合材料59
8.2.2　真空热压烧结制备 Cf/Ti 复合材料59
第9章　碳纤维增强镁基复合材料63
9.1　碳纤维增强镁基复合材料制备工艺63
9.2　碳纤维增强镁基复合材料研究现状66
9.3　碳纤维增强镁基复合材料的发展瓶颈67
第10章　自愈合碳纤维增强陶瓷基复合材料69
10.1　陶瓷基复合材料70
10.2　硅基陶瓷先驱体聚合物转化陶瓷基复合材料研究进展71
10.3　碳纤维纳米增韧复合材料的制备方法72
10.4　自愈合碳纤维增强陶瓷基复合材料74
10.4.1　自愈合机理74
10.4.2　自愈合单元类型75
10.4.3　自愈合碳纤维增强陶瓷基复合材料的应用78
10.5　碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料79
10.5.1　Cf /SiC复合材料制备技术79
10.5.2　“CVI+PIP”综合工艺81
10.5.3　Cf /SiC复合材料的应用82
10.5.4　存在的问题及研究方向83
第11章　碳纤维增强氧化铝基复合材料84
11.1　氧化铝陶瓷复合材料的研究现状85
11.2　氧化铝陶瓷的设计原则与制备工艺85
11.2.1　设计原则85
11.2.2　制备方法86
11.3　氧化铝陶瓷的烧结工艺86
11.4　氧化铝陶瓷的强韧化方法88
11.4.1　晶须和纤维韧化88
11.4.2　颗粒韧化88
11.4.3　增韧机理89
11.5　碳纤维增强氧化铝陶瓷的制备与性能90
第12章　碳纤维增强环氧树脂基复合材料92
12.1　碳纤维增强树脂基复合材料发展状况92
12.2　复合材料增韧改性的研究93
12.3　聚合物基复合材料的制备工艺94
12.3.1　手糊成形95
12.3.2　模压成形96
12.3.3　喷射成形96
12.3.4　拉挤成形97
12.4　环氧树脂概述97
12.4.1　碳纤维增强环氧基复合材料的增强机理99
12.4.2　环氧树脂的固化99
12.4.3　环氧树脂／碳纤维复合材料的成形工艺100
12.4.4　环氧树脂／碳纤维复合材料的界面结构表征方法102
第13章　碳纤维增强热塑性树脂复合材料103
13.1　碳纤维增强热塑性树脂复合材料概述103
13.1.1　碳纤维增强热塑性树脂复合材料的性能特点104
13.1.2　短碳纤维增强热塑性树脂复合材料的应用及发展105
13.1.3　碳纤维增强热塑性树脂复合材料的研究进展及发展趋势106
13.2　热塑性树脂基体107
13.3　碳纤维与热塑性基体界面108
13.4　热塑性树脂复合材料成形原理及制备技术109
13.4.1　热塑性树脂复合材料成形理论109
13.4.2　热塑性树脂复合材料制备技术110
第14章　碳纤维复合材料的应用113
14.1　碳纤维复合材料的应用前景114
14.1.1　应用领域115
14.1.2　存在问题118
14.1.3　碳纤维增强金属基复合材料的应用 119
14.2　碳纤维复合材料在汽车工业中的应用120
14.2.1　碳纤维复合材料在汽车应用中的优势120
14.2.2　碳纤维复合材料在汽车上的应用历程122
14.2.3　碳纤维复合材料在汽车上的应用范围122
14.2.4　碳纤维增强复合材料在汽车行业的应用实例123
14.2.5　碳纤维复合材料在我国汽车工业应用中存在的问题及对策128
14.3　碳纤维在建筑工程中的应用130
14.4　碳纤维复合材料在航天领域的应用133
14.4.1　碳纤维复合材料在卫星结构上的应用134
14.4.2　碳纤维复合材料在运载火箭方面的应用135
14.4.3　碳纤维复合材料在精密支撑构件上的应用136
14.4.4　碳纤维复合材料在空间光学镜体上的应用138
14.4.5　碳纤维增强复合材料在国内航天领域的应用138
参考文献143

姜山，博士，副教授，重庆文理学院材料科学与工程学院副教授，专业方向材料科学与工程，讲授复合材料等课程多年，研究及教学经验丰富，参与编写教材多部。

本书大体上可以分成三大部分，即碳纤维概况、碳纤维复合材料的制备工艺以及碳纤维的应用现状。内容全面但不繁冗，技术较新且逻辑清晰，非常适合材料科学与工程专业教学、科研、设计与生产人员学习选用。