碳素材料工艺学课程教学大纲

1、碳素材料工艺学课程教学大纲课程名称：碳素材料工艺学英文名称：Carbon Material Technology课程编号：x4031001学 时 数：16其中实验学时：0 课外学时：0 学 分：1.0适用专业：化学工程与工艺一、课程的性质和任务本课程是化学工程与工艺专业本科生的选修课程，通过该课程的学习可以使学生掌握碳素材料的基本理论知识和炭制品制备工艺过程，特别是新型碳素材料，如炭纤维、炭纤维复合材料、热解炭、热解石墨及生物炭材料等的制备技术及应用领域，同时，可以掌握碳素材料的微观结构与宏观性能间的关系，并能利用现代分析和检测仪器对碳素材料的微观和宏观结构特性进行性能表征。最终达到拓展本专业

2、学生知识面和相关实际知识的目的。二、课程教学内容的基本要求、重点和难点（一）序论要求学生了解碳素材料的发展史，掌握碳素材料在工农业生产和国防领域的重要作用，并要求学生了解目前新型碳素材料的基本性质和应用领域。重点： 掌握多孔材料、炭纤维材料和高性能复合材料等在国防工业中的重要应用价值。难点： 高性能碳素制品的应用背景。（二）金刚石、石墨和炔炭及应用重点掌握碳的同素异形体和碳原子的核外电子排布规律，特别是掌握石墨的晶体结构理论和石墨化度的基本概念。重点：金刚石、石墨和炔炭的基本概念难点：金刚石、石墨和炔炭三种同素异型体的结构（三）炭素材料的基本性质要求学生了解碳素材料的物理性质、化学性质、力学性

3、质、磁学性质、电学性质、生物学性质等；掌握碳素材料的基本性质与其结构间的关系。重点：碳素材料的力学、电学和磁学等性质的物理意义，以及基本结构单元的构成。难点：碳素材料表现出的各向异性与构成材料基本微结构间的定性关系。（四）人造石墨电极掌握人造石墨电极的种类、应用领域、生产特点和基本制备工艺流程，了解电极用于电炉炼钢的基本原理和使用要求。重点：掌握人造石墨电极的生产特点和基本制备工艺流程。难点：石墨电极的电学性能与所用原料及微观结构间的关系。（五）碳素材料生产用原料了解和掌握制备炭制品的固体原料、液体原料和气体原料的性能，特别是掌握煤、石油焦、天然石墨等固体原料对所制备炭制品各种物理和化学性能的

4、影响。重点：固体和液体原料的种类对所制备炭制品物理和化学性能的影响。难点：原料微观结构和采用的加工工艺与所制备产品性能间的关系 。（六）原料的煅烧了解各种炭素原料煅烧的目的和意义。掌握煅烧工艺条件对煅烧产品物理和化学性能的影响规律，掌握煅烧工艺过程及主要煅烧设备的结构。重点：煅烧工艺条件对煅烧产品工艺性能的影响。难点：煅烧过程中煅烧原料的微观结构和物理及化学性能的变化规律。（七）原料的粉碎、配合及混捏等处理工艺技术了解和掌握目前制备碳素材料的基本工艺过程和相应的工艺方法，掌握原料粉碎、配合和混捏用主要设备的结构、特点。重点：掌握原料的粉碎、配合及混捏等处理工艺方法和特点，以及所用主要工艺设备的

5、结构。 难点：粉碎、配合及混捏等工艺过程的基本工艺特点和主要控制因素。（八）炭材料成型的基本理论及模压、挤压等成型工艺掌握成型原料的基本特性，模压、挤压和振动成型的基本原理和主要设备，了解等静压成型的基本原理和主要工艺特点及使用的主要设备结构。重点：成型工艺对糊料工艺性能的影响。难点：模压、挤压和振动成型的工艺特点和影响因素。（九）炭制品的焙烧理论和常规焙烧工艺过程掌握炭制品焙烧的基本原理和基本工艺过程。掌握焙烧工艺过程中黏结剂的迁移规律。掌握主要焙烧工艺制度的确定原则和主要设备结构。重点：焙烧工艺过程中原料基本性质的变化规律。难点：一次或二次焙烧过程中加热制度、压力条件等因素对焙烧产品性能的

6、影响。（十）石墨化了解石墨化的目的和意义。掌握石墨化的基本原理，通过石墨化过程中动力学和热力学的相关分析，掌握石墨化过程中炭原料微观结构的变化规律。了解石墨化炉的基本结构、生产过程和主要操作条件。重点：炭原料在石墨化过程中的微观结构变化规律。难点：石墨化条件对炭原料石墨化性能的影响。（十一）新型炭材料 了解新型炭材料的种类、基本性能、研究或生产现状及应用领域，特别是与环保、能源和生物技术领域相关的新型炭素材料，包括炭微孔材料、生物炭材料、膜材料、纳米炭材料等的发展和应用趋势。重点：新型炭材料的种类和基本特点。难点：新型炭材料的基本性能与实际应用要求间的关系。三、教学方式及学时分配序号主要内容主

7、要教学方 式学时分配辅导答疑比 例1绪论：碳素材料的发展史，碳素材料的种类和应用讲授11:12金刚石、石墨和炔炭及应用讲授11:13碳素材料的基本性质讲授21:14人造石墨电极讲授21:15炭生产用原料讲授21:16炭原料的煅烧讲授21:17原料的粉碎、配合及混捏等基本处理工艺讲授11:18炭材料成型的基本理论及模压、挤压等成型工艺和常规焙烧工艺过程讲授21:19石墨化讲授11:110新型炭材料（生物炭材料、膜材料、炭微球及富勒烯等）讲授21:1四、课程其他教学环节要求在碳素材料课程的教学环节中，必须注意本课程与无机化学、物理化学、有机化学、煤化学、化工原理和煤化工工艺学中炼焦工艺部分的联系。

8、碳素材料课程中的基本理论和基本工艺内容主要是阐述碳的基本结构、炭制品的基本性质，以及制备炭制品的基本工艺原理、工艺因素和主要生产设备等。通过分析制品前躯体的基本性质，制备工艺过程、影响因素等，达到了解和掌握基本炭素制品的物化性质、制备工艺和相应产品的工艺应用性质。讲授中注重将原料的基本性质与加工工艺过程和所得产品的物理化学性质和应用领域密切结合起来，并着重讲授基本工艺原理和特点，分析产品与工艺过程间的内在联系。特别是通过适当的课堂讨论、作业等形式，让学生理解和掌握学习本课程的基本思路和基本理论。在课堂理论教学的基础上，让学生经常预习，并通过课后的进一步学习来培养和提高学生独立思考、分析和解决问题的能力。特别是大纲中提及的重要炭产品和制备工艺内容，可以让学生通过收集文献资料或答疑过程来提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后从事相关材料领域的研究和生产工作奠定一定的理论和实践基础。五、本课程与其他课程的联系碳素材料课程是化学工艺专业选修课程之一，它的前续课程主要是化学类的基础课程，主要包括无机化学、物理化学和有机化学等基础化学课程，以及化工原理、煤化学和煤化工工艺学中的相关内容。因此，学生通过本课程的学习对今后走向社会，从事碳素材料领域的实践工作具有重要作用。六、教学参考书目(1) 李圣华. 碳和石墨制品，北京：冶金工业出版社，1987，第二版(2) 贺