机械用炭石墨材料是一种极具战略价值的非金属材料,凭借高强度、高稳定性与自润滑性等优异性能,在机械工业领域得到广泛应用。然而,炭石墨材料力学、摩擦学性能不足的根本原因是其天生具有内部缺陷与各相间匹配性不足所导致的二次缺陷。基于此,本论文以制备高性能机械用炭石墨材料为目的,针对不同组分本身物理化学性质与两者间相互作用机制对原材料进行结构设计。深入分析了骨料本身粒度、比表面积与沥青含量间的关联,总结出高强度机械用炭石墨材料结构设计与性能调控的可控方法。同时,经磷酸锌浸渍-固化处理制得高温下具有优异摩擦学性能的浸渍炭石墨材料,揭示了磷酸锌对炭石墨材料高温摩擦磨损性能的抗氧化减磨机理。主要研究内容如下:（1）通过对比两种不同沥青焦与三种沥青本身的物理化学特性对机械用炭石墨材料进行原材料设计。研究表明,以各向同性沥青碳化结构为衬底,由大量细、中马赛克结构组成的2#沥青焦具有良好的均一性、结构致密性、高弹性模量与高稳定性的特点,是制备高强度、高致密性机械用炭石墨材料的优选骨料。1#沥青中喹啉不溶物含量最佳,软化点最低且结焦值相对较高可作为制备机械用炭石墨材料的优选粘结剂。（2）基于一次焙烧体结构与性能的测试与表征,构建了不同骨料与最佳沥青含量配比的内在关联,总结出采用骨料比表面积对最佳沥青含量进行评估的参考方法。研究表明,基于骨料结构设计、骨料/粘结剂活性相容、均匀混捏和致密化工艺研制的的机械用炭石墨材料具优异的综合性能（密度1.59 g/cm~3、抗折强度54 MPa、抗压强度195 MPa,摩擦系数0.09）。（3）采用正向设计的方法外协研制某型号炭石墨材料（GB）。经磷酸盐浸渍-固化处理,获得了高温下具有优异抗氧化性能和摩擦学性能的浸渍磷酸锌炭石墨材料（IGB）。IGB高温下摩擦系数均比GB低95%,抗氧化性能提升15%。通过对磨损面的结构表征与化学成分分析,发现了IGB磨损界面上形成的石墨、C-O-P键和偏磷酸铁/锌大面积边界润滑层,并揭示了该润滑层对炭石墨材料高温摩擦磨损性能的抗氧化减磨机理。本论文采用正向设计的方法制备机械用炭石墨材料,探明骨料粒度分布、比表面积与沥青含量的内在联系,揭示了磷酸锌对炭石墨材料高温摩擦磨损性能的抗氧化减磨机理,为解决炭石墨材料多组分难匹配、力学性能不足与高温抗氧化抗磨能力差等问题提供了理论支撑。