以原料丰富且价格低廉的石油沥青或煤沥青为原料生产的沥青基炭纤维因具有高模量和高导热等性能已广泛应用于军工领域、工业领域、新能源领域等。为了优化和提高沥青基炭纤维的性能,对其微观结构进行表征,并对其结构与性能之间的关系进行研究,可以为制备高性能炭纤维提供依据,对高性能材料的开发和应用具有重要意义。本文以沥青基炭纤维为研究对象,对三种国产沥青基炭纤维以及美国Amoco公司的K-1100炭纤维的微观结构以及结构参数与热导率的关联性进行研究,并对炭纤维束丝根数实现自动化计算。本文主要包含以下几方面工作:（1）利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、拉曼光谱仪（Raman）、电子探针显微分析仪（EPMA）以及X射线显微镜（CT）对三种国产沥青基炭纤维和K-1100炭纤维的微观形貌、微晶尺寸、石墨化程度等微观结构进行表征,并对四者微观结构比较研究。利用间接法对三种国产沥青基炭纤维的热导率进行测试,进而研究沥青基炭纤维微观结构与热导率的关联性。研究结果发现,沿预氧纤维径向的氧含量以及氧含量分布的均匀程度决定了后期沥青基炭纤维的微观结构和热导率。国产样品1预氧化纤维表层和芯部氧含量差异最大,经热处理后大多数炭纤维断面芯部出现孔洞或者中间片层出现粘连,微晶尺寸较小（Lc=0.425nm）,表层和芯部石墨化程度差异最大以及整体石墨化程度最低（R=0.38）,单根炭纤维热导率最小（λ=560.9W/（m·K））。对样品1中孔洞连通性进行研究,发现在测试范围内尺寸为1 μm左右的小孔洞具有连通性,而大小在5μm左右的大孔洞在炭纤维内部无规则分布且不具有连通性。国产样品2预氧化纤维表层和芯部氧含量差异较小,经热处理后呈现新的微观形貌,表层洋葱状与芯部扁层辐射状相结合,微晶尺寸最大（Lc=0.538nm）,石墨化程度整体最高（R=0.21）,单根炭纤维热导率最大（λ=840.0W/（m·K））。国产样品3预氧化纤维表层和芯部氧含量基本没有差异,但整体氧含量相对较高,达到了11%,经热处理后沿轴向开裂形成扇形结构,微晶尺寸（Lc=0.416nm）、石墨化程度（R=0.32）和热导率（λ=784.8W/（m·K））较低。K-1100炭纤维微晶尺寸、石墨化程度等微观结构以及热导率稍微大于国产纤维。结果表明,沥青基炭纤维热导率与样品是否劈裂无关,与微晶大小、石墨化程度等微观结构有关,而微观结构与预氧纤维径向氧含量和氧含量分布有关,预氧纤维径向氧含量为8%且分布均匀时,经热处理后沥青基炭纤维内部不会出现孔洞,微晶尺寸大,石墨化程度高,热导率高。（2）对沥青基炭纤维结构参数之间以及结构参数与热导率之间的关系进行研究。统计K-1100样品沿径向劈裂与未劈裂的半径分布以及样品3和K-1100样品劈裂角度的分布,并对劈裂炭纤维的劈裂角度与其半径之间的关系进行研究。发现劈裂样品的半径主要分布在5.4～6.5μm之间,未劈裂样品的半径主要分布在4.9～5.2μm之间,样品3的劈裂角度主要分布在105°～125°之间,K-1100样品的劈裂角度主要分布在110°～120°,并且随着劈裂角度的增大,半径增大。统计沿径向劈裂与未劈裂炭纤维的面积分布,发现两者的面积之间没有明显差别,可以推测炭纤维样品劈裂后半径增大,样品是否劈裂与半径大小无关。对沿径向劈裂的炭纤维的劈裂角度与其截面面积的关系进行研究,发现随着劈裂角度的增大,炭纤维的面积呈现减小的趋势,说明面积越小（即半径越小）的炭纤维,经热处理后沿径向劈裂的角度越大。对炭纤维单丝的结构参数与其热导率的关系进行研究,研究结果表明,炭纤维的半径、劈裂角度和热导率之间没有明显的对应关系,工业生产中不用过度的追求劈裂。（3）将炭纤维束丝根数统计与光学显微图像数值处理结合,开发程序对炭纤维束丝根数实现自动化计算,该自动化计算方法主要由光学显微镜图像获取、图像二值化、图像形态学处理以及纤维根数标记四部分组成。利用此方法对九张炭纤维束丝图的根数进行自动化计算,并将计算结果与人工计数结果进行对比。结果发现,对于纤维丝束少于1000根的图像,其自动化计算结果误差为1%左右,随着炭纤维根数的增加,误差也随之增加,当纤维为1468根时,误差达到7.1%。分析认为主要原因是包埋时环氧树脂中存在孔洞,在制样过程中导致孔洞边缘纤维碎裂变小,引入识别误差,同时,在纤维根数较多时,需要在较低倍数将所有纤维收入同一张图片中,也会导致每根纤维像素偏少,引入误差,针对这种情况,需要提高拍摄相机的分辨率。然而相比较人工计数,使用此方法对炭纤维束丝根数实现自动化计算可以显著提高炭纤维制备过程中断丝率的计算及准确度,以及提高生产研发效率。