炭纤维是一种由高纯度碳素纤维制成的材料，具有轻质、高强度、耐高温等优异性能，因此在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到广泛应用。炭纤维复合材料是将炭纤维与树脂等基质材料结合而成，具有更高的强度和刚度，也被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。本文将从以下几个方面对炭纤维及炭纤维复合材料进行详细阐述。
炭纤维的制备一般采用有机纤维预氧化、炭化和热处理等工艺。制备过程中，通过控制纤维的炭化温度和炭化速率，可以得到不同性能的炭纤维。炭纤维具有轻质、高强度、高模量、耐高温等特点，其强度和模量可达到金属的两倍以上，是一种理想的结构材料。
炭纤维的密度约为1.7-2.0 g/cm³，是铝的1/4，钢的1/6，具有很轻的重量。这使得炭纤维在航空航天领域中得到广泛应用，可以减轻飞机和火箭的重量，提高载荷能力和燃料效率。
炭纤维的拉伸强度可达到2500 MPa以上，比一般钢材的强度高出数倍。炭纤维的弹性模量也很高，可达到200-700 GPa，是钢材的5-10倍。这使得炭纤维具有出色的抗拉、抗压和抗弯能力，在结构工程中可以替代传统的金属材料。
炭纤维具有良好的耐高温性能，可在2000℃以上的高温环境中使用。这使得炭纤维在航空航天、核工程等高温环境下的应用得到了广泛推广。
炭纤维复合材料是将炭纤维与树脂等基质材料结合而成的复合材料。炭纤维复合材料继承了炭纤维的轻质、高强度、耐高温等优点，同时还具有更高的强度和刚度。以下将详细介绍炭纤维复合材料的制备工艺和性能特点。
炭纤维复合材料的制备一般分为预浸法和层压法两种。预浸法是将炭纤维预先浸渍于树脂中，然后通过热固化等工艺将其固化成型。层压法是将炭纤维和树脂层层叠加，然后通过压力和温度将其固化成型。这两种制备工艺都能够获得高性能的炭纤维复合材料。
炭纤维复合材料具有轻质、高强度、高模量、耐高温等性能特点。相比于金属材料，炭纤维复合材料的比强度更高，比弹性模量更大，同时具有更低的热膨胀系数和更好的耐腐蚀性。这使得炭纤维复合材料在航空航天、汽车制造等领域中得到广泛应用。
炭纤维复合材料广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。在航空航天领域，炭纤维复合材料可以用于制造飞机机身、翼面、发动机罩等部件，可以减轻重量、提高飞行性能。在汽车制造领域，炭纤维复合材料可以用于制造车身、底盘等部件，可以提高汽车的安全性和燃油效率。在体育器材领域，炭纤维复合材料可以用于制造高尔夫球杆、网球拍等器材，可以提高击球的力量和精度。