Ứng dụng chính của sợi carbon bao gồm việc kết hợp nó với các vật liệu nền-chẳng hạn như nhựa, kim loại hoặc gốm sứ-để tạo ra vật liệu kết cấu. Vật liệu tổng hợp epoxy được gia cố bằng sợi carbon-có chỉ số cường độ riêng và mô đun riêng tổng hợp cao nhất trong số tất cả các vật liệu kết cấu hiện có. Vật liệu tổng hợp sợi carbon mang lại lợi thế đáng kể trong các lĩnh vực có yêu cầu nghiêm ngặt về mật độ, độ cứng, trọng lượng và đặc tính mỏi, cũng như trong các môi trường đòi hỏi-khả năng chịu nhiệt độ cao và độ ổn định hóa học đặc biệt.
Sợi carbon xuất hiện vào đầu những năm 1950 nhằm đáp ứng nhu cầu của-các lĩnh vực khoa học và công nghệ tiên tiến-đặc biệt là tên lửa, thám hiểm không gian và hàng không. Kể từ đó, các ứng dụng của nó đã mở rộng rộng rãi sang các thiết bị thể thao, dệt may, máy móc hóa chất và lĩnh vực y tế. Khi-các công nghệ tiên tiến đặt ra những yêu cầu ngày càng khắt khe về đặc tính hiệu suất của vật liệu mới, các nhà nghiên cứu và nhà công nghệ đã buộc phải nỗ lực không ngừng để cải tiến. Vào đầu những năm 1980, sợi carbon hiệu suất-cao và-hiệu suất cực cao{10}}bắt đầu xuất hiện liên tiếp; điều này đánh dấu một bước nhảy vọt về công nghệ khác và báo hiệu rằng việc nghiên cứu và sản xuất sợi carbon đã bước vào giai đoạn tiên tiến.
Vật liệu tổng hợp được hình thành bằng cách kết hợp sợi carbon với nhựa epoxy đã trở thành vật liệu hàng không vũ trụ tiên tiến do trọng lượng riêng thấp, độ cứng cao và độ bền đặc biệt. Điều này cực kỳ quan trọng vì cứ mỗi kg trọng lượng của tàu vũ trụ được giảm đi thì phương tiện phóng cần thiết để nâng nó có thể nhẹ đi 500 kg. Do đó, ngành hàng không vũ trụ đang chạy đua để áp dụng những vật liệu composite tiên tiến này. Ví dụ: một loại máy bay chiến đấu cất cánh và hạ cánh thẳng đứng (VTOL) cụ thể sử dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon cho một-một phần tư tổng trọng lượng khung máy bay và một-một phần ba trọng lượng cánh. Các báo cáo chỉ ra rằng các bộ phận chính trong ba tên lửa đẩy của Tàu con thoi Hoa Kỳ, cũng như các ống phóng cho tên lửa MX tiên tiến, đều được chế tạo bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon tiên tiến.
Trong giải đua Công thức 1 (F1), phần lớn cấu trúc thân xe được làm từ vật liệu sợi carbon. Những chiếc ô tô thể thao cao cấp-cũng thường xuyên sử dụng rộng rãi sợi carbon trên khắp thân xe để nâng cao cả hiệu quả khí động học lẫn tính toàn vẹn của cấu trúc. Sợi carbon có thể được xử lý thành nhiều dạng khác nhau, bao gồm vải, nỉ, thảm, băng, giấy và các vật liệu khác. Trong các ứng dụng truyền thống-ngoài việc sử dụng làm vật liệu cách nhiệt,-sợi carbon hiếm khi được sử dụng ở dạng độc lập; thay vào đó, nó thường đóng vai trò như một chất gia cố được thêm vào các vật liệu nền như nhựa, kim loại, gốm sứ hoặc bê tông để tạo ra vật liệu composite. Vật liệu tổng hợp-được gia cố bằng sợi carbon có thể đóng vai trò là vật liệu cấu trúc cho máy bay, vật liệu che chắn điện từ và{10}}tiêu tán tĩnh điện cũng như các vật liệu thay thế y sinh-chẳng hạn như dây chằng nhân tạo-từ đó mở rộng ứng dụng của chúng trong nhiều tình huống khác nhau trong cơ thể con người. Hơn nữa, chúng được sử dụng trong sản xuất vỏ tên lửa, thuyền máy, robot công nghiệp, lò xo lá ô tô và trục truyền động.
Vào tháng 1 năm 2026, các chuyến tàu trên Tuyến tốc hành Jingxiong (nối Khu vực mới Tây An với Sân bay quốc tế Đại Hưng Bắc Kinh) đã kết hợp-các công nghệ tiên tiến-bao gồm cả vật liệu tổng hợp sợi carbon-để thiết lập một hệ thống vận hành và bảo trì thông minh.
Cũng vào tháng 1 năm 2026, trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, một số sản phẩm đã bắt đầu sử dụng vật liệu tổng hợp sợi carbon cấp hàng không-để chế tạo thân thiết bị.
Vào ngày 7 tháng 12 năm 2022, có thông tin cho rằng Trung Quốc đã phóng thành công tên lửa mang nhiên liệu rắn Kuaizhou-11, toàn bộ cấu trúc của tên lửa này được chế tạo bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Vào năm 2025, bộ phận giảm tải trọng cho tên lửa đẩy Tianlong-3-được Tianbing Technology lên lịch cho chuyến bay đầu tiên-cũng có cấu trúc hoàn toàn bằng sợi carbon.
Vật liệu tổng hợp sợi carbon được sử dụng bổ sung trong gương phản xạ vệ tinh, vỏ pin cho phương tiện sử dụng năng lượng mới và các dự án gia cố kết cấu trong ngành xây dựng.
Vật liệu này cũng đã được ứng dụng trên boong tàu sân bay, cấu trúc thân tàu và-các bộ phận chịu lực của robot hình người.
Vào năm 2025, các nhà sản xuất hàng không vũ trụ trong nước đã áp dụng thành công vật liệu tổng hợp sợi carbon/sợi thủy tinh vào thân máy bay và các bộ phận cánh của máy bay hàng không nói chung, đạt được-sản xuất và lắp ráp quy mô lớn. Hơn nữa,-các quy trình sản xuất hỗn hợp sợi carbon hiệu suất cao đã được áp dụng cho các mẫu máy bay eVTOL (Cất cánh và hạ cánh thẳng đứng bằng điện) hiện đang được phát triển và chứng nhận.
Trong lĩnh vực năng lượng mới, vật liệu tổng hợp sợi carbon đã nổi lên như một vật liệu quan trọng cho các hệ thống phát điện gió trên không ở độ cao-. Cả S1500-hệ thống điện gió thương mại đẳng cấp megawatt-đầu tiên trên thế giới, được thử nghiệm thành công-được quốc gia của tôi bay vào tháng 9 năm 2025-và hệ thống S2000 (bay thử nghiệm thành công vào tháng 1 năm 2026) đều sử dụng cáp buộc có độ bền cao làm bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon.
Những sợi cáp này có độ bền kéo 3.000 megapascal, cho phép chúng chịu được bão cấp 12. Hơn nữa, các loại cáp này thực hiện đồng thời nhiều chức năng: truyền dữ liệu, hỗ trợ cấu trúc và tích hợp-đường dây điện áp cao để truyền tải điện. Trong lĩnh vực chế tạo đồng hồ-cao cấp, thương hiệu Richard Mille của Thụy Sĩ đã kết hợp Carbon TPT®-một chất liệu sợi carbon-vào vỏ và mặt số của đồng hồ nữ, kết hợp nó với kỹ thuật thủ công tinh xảo như kim loại quý, gốm sứ và đính kim cương.
