炭纤维按生产方法的小同，可分为有机先躯体炭纤维和气相生长炭纤维。

有机先躯体炭纤维

    有机先躯体炭纤维是以有机纤维为原料，经热处理而制得的。它的种类比较多，其中有代表性的有聚丙烯腈炭纤维、粘胶炭纤维和沥青炭纤维。

聚丙烯腈炭纤维

聚丙烯腈炭纤维的生产工艺流程一般如下：

聚丙烯腈纤维→在空气中氧化(150～300℃)→在惰性气氛中炭化(1200～1500℃)→或在惰性气氛中进行石墨化热处理(2500～3000℃)。

聚丙烯腈纤维(原丝)以及不同热处理温度的聚丙烯腈炭纤维的显微结构，见图l～6：聚丙烯腈纤维的横截面一般呈圆形；随着热处理温度的提高，纤维丝的直径缩小、反光能力增强。

原丝经氧化处理后(即预氧纤维)常常出现“皮芯”结构或“鞘芯”结构(图2)。 皮芯结构的出现与预氧纤维的氧化不彻底等因素有关。由这种纤维制得的炭纤维往往内部结构缺陷较多。因此，应当尽量避免纤维产生皮芯结构。原丝直径不均匀或 很粗，易造成纤维芯部和表皮层的氧化程度的不同而形成皮芯结构；如果纤维芯部未被氧化，则该处在以后的炭化中将会发生熔化而形成孔洞(图4)。原丝直径细而均匀，对于避免产生皮芯结构，提高炭纤维的质量是有好处的。

    原丝在预氧化热处理过程中，大约在温度高于250℃时，纤维丝便开始呈现出一定的异向性质。其异向性的程度除了与热处理过程中纤维受的牵伸张力有关外，还同热处理的温度等因素有关。随着热处理温度的提高，炭纤维的异向性质增强。但一般说来，只是纤维丝的表皮层呈异向性，而芯部则是各向同性的(图6)。

粘胶丝在隔绝空气加热时不会熔化，故它不需要在空气中进行氧化处理。粘胶炭纤维的生产工艺流程一般如下：

粘胶丝→洗涤→干燥(100～200℃)→在惰性气氛中炭化(>700℃)→或在惰性气氛中进行石墨化热处理(2000～3000℃)。   

    粘胶丝(原丝)以及不同热处理温度的粘胶炭纤维的显微结构，见图7～10：粘胶丝的横截面呈“肾状”(图7)或不规则的形状(图8)；随着热处理温度的提高，纤维丝的直径缩小、反光能力增强。截面形状不规则的粘胶丝，其横截面内常有“一”字或“人”字形的微裂纹(图8)。截面呈肾状的粘胶丝在热处理过程中始终呈各向同性(图10)。

沥青炭纤维

     沥青炭纤维的生产工艺流程一般如下：

     沥青的调整→熔融纺丝→在氧化性气氛中氧化(200～400℃)→在惰性气氛中炭化(1000~1500℃)→或在惰性气氛中进行石墨化热处理(2500～3000℃)。

     沥青炭纤维的显微结构见图11：纤维丝的横截面呈圆形，并有微孔。

气相生长炭纤维

    气相生长炭纤维不论在原料上，还是在生产工艺上都不同于上述的有机先躯体炭纤维。它是某些碳氢化合物气体(如苯蒸汽)于高温(1000～1300℃)下热解，在催化剂(铁、镍、钴等)的作用下而生成的一种纤维。这种纤维经石墨化高温热处理后，其性能优异，导电率接近石墨晶须。    气相生长炭纤维的芯部是由热解析出碳在催化剂作用下生成的“初期纤维”(图12)构成的；它的外层是以初期纤维为基体沉积的热解炭(图6－13)。开始时，沉积的热解炭在外观上呈锭子形(图12、13)，随着生长过程的继续才逐渐长成直径均匀的纤维(图14)。

图12 气相生长炭纤维 1 热解炭 2 初期纤维 透射电镜

图13 气相生长炭纤维(外观呈锭子形的热解炭)透射电镜

炭纤维复合丝

    在制造炭纤维—金属复合材料时，为改善炭纤维与金属之间的结合能力，往往不直接用炭纤维与金属进行复合，而是用带有金属涂层的炭纤维(即炭纤维复合丝)与金属进行复合。涂层物质一般为镍、钛—硼等。涂层一般较薄(1μm左右)，且比较均匀(图15)。