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碳纤维材料是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料，经预氧化、碳化、石墨化工艺制得的含碳量在90%以上的特种纤维材料。其由片状石墨微晶纤维沿轴向堆砌而成，具有比重小、比强度高、比模量高、耐高温、耐腐蚀、抗氧化、导电导热等优异的物理和化学性能。碳纤维的直径通常在10μm左右，7～8根碳纤维排列在一起的直径约等于1根头发丝的直径，其拉伸强度可以达到4800MPa，约为钢的7～9倍，而比重仅有钢的四分之一，在3000℃以上高温仍能保持优异性能。由于其材料本性、产业技术复杂性、应用领域重要性和市场规模性等因素影响，碳纤维被称为“黑色黄金”或“材料之王”。
碳纤维碳化过程融合超大空间中热流体场动力学与精密调控工程热物理问题，是多科学与技术的系统科学工程，化学反应、传热传质等多种变化同时进行并相互联系，影响因素异常复杂。在碳化过程中，通过对温度场和应力场的调控，控制碳化过程的乱层石墨结构，可实现对碳纤维质量性能的调控。
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