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碳纖維是纖維狀的碳材料，其化學(xué)組成中含碳量在90%以上。由于碳的單質(zhì)在高溫下不能熔化（在3800K以上升華），而在各種溶劑中都不溶解，所以迄今無法用碳的單質(zhì)來制碳纖維。 其產(chǎn)生的步驟為A預(yù)氧化：在空氣中加熱，維持在200-300度數(shù)十至數(shù)百分鐘。預(yù)氧化的目的為使聚丙烯腈的線型分子鏈轉(zhuǎn)化為耐熱的梯型結(jié)構(gòu)，以使其在高溫碳化時(shí)不熔不燃而保持纖維狀態(tài)。B碳化：在惰性氣氛中加熱至1200-1600度，維持?jǐn)?shù)分至數(shù)十分鐘，就可生成產(chǎn)品碳纖維；所用的惰性氣體可以是高純的氮?dú)?、氬氣或氦氣，但一般多用高純氮?dú)?。C石墨化：再在惰性氣氛（一般為高純氬氣）加熱至2000-3000度，維持?jǐn)?shù)秒至數(shù)十秒鐘；這樣生成的碳纖維也稱石墨纖維。  
碳纖維可分別用聚丙烯腈纖維、瀝青纖維、粘膠絲或酚醛纖維經(jīng)碳化制得；按狀態(tài)分為長絲、短纖維和短切纖維；按力學(xué)性能分為通用型和高性能型 。通用型碳纖維強(qiáng)度為1000兆帕（MPa）、模量為100GPa左右。高性能型碳纖維又分為高強(qiáng)型（強(qiáng)度2000MPa、模量250GPa）和高模型（模量300GPa以上）。強(qiáng)度大于4000MPa的又稱為超高強(qiáng)型；模量大于450GPa的稱為超高模型。隨著航天和航空工業(yè)的發(fā)展，還出現(xiàn)了高強(qiáng)高伸型碳纖維，其延伸率大于2％。用量最大的是聚丙烯腈基碳纖維。  
碳纖維有極好的纖度（纖度的表示法之一是9000米長的纖維的克數(shù)），一般僅約為19克；拉力高達(dá)300KG/MM2；還有耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、傳熱、彭脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。目前幾乎沒有其他材料像碳纖維那樣具有那么多的優(yōu)異性能。