由碳元素組成的一種特種纖維。具有耐高溫、抗摩擦、導電、導熱及耐腐蝕等特性 外形呈纖維狀、柔軟、可加工成各種織物，由于其石墨微晶結構沿纖維軸擇優取向，因此沿纖維軸方向有很高的強度和模量。碳纖維的密度小，因此比強度和比模量高。碳纖維的主要用途是作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷及炭等復合，制造先進復合材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度及比模量在現有工程材料中是最高的。

1879年愛迪生曾用纖維素纖維，如竹、亞麻或棉紗為原料，首先制得碳纖維并獲得專利，但當時制得的纖維力學性能很低，工藝也不能工業化，未能獲得發展。

20世紀50年代初，由于火箭、航天及航空等尖端技術的發展，迫切需要比強度、比模量高和耐高溫的新型材料，另外，采用前驅纖維為原料經熱處理的工藝可制得碳纖維連續長絲，這一工藝奠定了碳纖維工業化的基礎。40多年來，碳纖維經歷的重大技術進展如下：

20世紀50年代初，美國Wright-Patterson空軍基地以黏膠纖維為原料，試制碳纖維成功，產品作火箭噴管和鼻錐的燒蝕材料，效果很好。1956年美國聯合碳化物公司試制高模量黏膠基碳纖維成功，商品名“Thornel—25”投放市場，同時開發了應力石墨化的技術，提高碳纖維的強度與模量。

20世紀60年代初，日本進藤昭男發明了以聚丙烯腈（PAN）纖維為原料制取碳纖維的方法，并取得了專利。1963年日本碳公司及東海電極公司用進藤的專利開發聚丙烯腈基碳纖維。1965年日本碳公司工業化生產普通型聚丙烯腈基碳纖維成功。1964年英國皇家航空研究中心（RAE）通過在預氧化時加張力試制出高性能聚丙烯腈基碳纖維。由Courtaulds公司，Hercules公司和Rolls—Royce公司采用RAE的技術進行工業化生產。

1965年日本大谷杉郎首先制成了聚氯乙烯瀝青基碳纖維，并發表了先驅性的瀝青基碳纖維的研究報告。

1969年日本碳公司開發高性能聚丙烯腈基碳纖維獲得成功。1970年日本東麗（Toray Textile Inc.）公司依靠先進的聚丙烯腈原絲技術，并與美國聯合碳化物公司交換碳化技術，開發高性能聚丙烯腈基碳纖維。1971年東麗公司將高性能聚丙烯腈基碳纖維產品（Torayca）投放市場。隨后產品的性能、品種、產量不斷發展，至今仍處于世界領先地位。此后，日本東邦、旭化成、三菱人造絲及住友公司等相繼投入聚丙烯腈基碳纖維的生產行列。（見聚丙烯腈基碳纖維）

1970年日本吳羽化學工業公司采用大谷杉郎的專利，首先建成年產120t普通型（GPCF）瀝青基碳纖維的生產廠，1978年產量增到240t。該產品被用作水泥增強材料后，發現效果很好，1984年產量增至400t，1986年再次增加到900t。1976年美國聯合碳化物公司生產高性能中間相瀝青基碳纖維（HPCF）成功，年產量為113t，1982年增至230t，1985年增至311t。

1982年起，日本東麗、東邦、日本碳公司、美國Hercules、Celanese公司、英國Courtaulds公司等，先后生產出高強、超高強、高模量、超高模量、高強中模以及高強高模等類型高性能產品，碳纖維拉伸強度從3.5GPa提高到5.5GPa，小規模產品達7.0GPa。模量從230GPa提高到600GPa，這是碳纖維工藝技術的重大突破，使應用開發進入一個新的高水平階段。