Soi carbon hoac soi cacbon (xen ke soi cacbon, soi graphite hoac soi than chi) la nhung soi co đuong kinh khoang 5-10 micromet va co thanh phan chu yeu la cac nguyen tu carbon. Soi carbon co mot so loi the bao gom đo cung cao, đo ben keo cao, trong luong thap, khang hoa chat cao, chiu đuoc nhiet đo cao va gian no nhiet thap. Nhung đac tinh nay đa lam cho soi carbon rat pho bien trong nganh hang khong vu tru, ky thuat dan dung, quan su va the thao canh tranh. Tuy nhien, chung tuong đoi đat tien khi so sanh voi cac loai soi tuong tu, chang han nhu soi thuy tinh hoac soi nhua.
Đe tao ra soi carbon, cac nguyen tu carbon đuoc lien ket voi nhau trong cac tinh the it nhieu lien ket song song voi truc dai cua soi vi su lien ket tinh the mang lai ty le cuong đo tren the tich cao cua soi (lam cho no manh ve kich thuoc cua no). Vai ngan soi carbon đuoc bo lai voi nhau đe tao thanh mot cuon, co the tu su dung hoac det thanh vai.
Soi carbon thuong đuoc ket hop voi cac vat lieu khac đe tao thanh mot vat lieu hon hop. Khi đuoc ngam tam voi nhua deo va nung, no tao thanh polymer gia co bang soi carbon (thuong đuoc goi la soi carbon) co ty le suc ben tren trong luong rat cao va cuc ky cung mac du hoi gion. Soi carbon cung đuoc ket hop voi cac vat lieu khac, chang han nhu than chi, đe tao thanh vat lieu tong hop carbon-carbon gia co, co kha nang chiu nhiet rat cao.


Lich su Nam 1860, Joseph Swan lan đau tien san xuat soi carbon, đe su dung trong bong đen. Vao nam 1879, Thomas Edison đa nuong cac soi bong hoac cac thanh tre o nhiet đo cao đe carbon hoa chung thanh mot soi hoan toan bang soi carbon đuoc su dung trong mot trong nhung bong đen soi đot đau tien đuoc đot nong bang đien. Nam 1880, Lewis Latimer đa phat trien day toc carbon đang tin cay cho bong đen soi đot, đuoc đot nong bang đien.
Nam 1958, Roger Bacon đa tao ra cac soi carbon hieu suat cao tai Trung tam Ky thuat Union carbide Parma nam ben ngoai Cleveland, Ohio. Nhung soi nay đuoc san xuat bang cach đot nong cac soi rayon cho đen khi chung đuoc cacbon hoa. Qua trinh nay to ra khong hieu qua, vi cac soi thu đuoc chi chua khoang 20% carbon va co đac tinh đo cung va đo cung thap. Đau nhung nam 1960, mot qua trinh đuoc phat trien boi Tien si Akio Shindo tai Co quan Khoa hoc va Cong nghe Cong nghiep Nhat Ban, su dung polyacrylonitrile (PAN) lam nguyen lieu tho. Đieu nay đa tao ra mot soi carbon chua khoang 55% carbon. Nam 1960 Richard Millington cua HI Thompson Fiberglas Co. đa phat trien mot quy trinh (Bang sang che Hoa Ky so 3.294.489) đe san xuat soi co ham luong carbon cao (99%) su dung rayon lam tien chat. Cac soi carbon nay co đu cuong đo (mo đun đan hoi va đo ben keo) đe lam cot thep cho vat lieu tong hop co cuong đo cao đen cac đac tinh trong luong va cho cac ung dung chiu nhiet đo cao.
Suc manh tiem nang cao cua soi carbon đa đuoc hien thuc hoa vao nam 1963 trong mot quy trinh đuoc phat trien boi W. Watt, LN Phillips va W. Johnson tai Co so che tao may bay Hoang gia tai Farnborough, Hampshire. Qua trinh nay đuoc Bo Quoc phong Anh cap bang sang che, sau đo đuoc Tap đoan Phat trien Nghien cuu Quoc gia Anh cap phep cho ba cong ty: Rolls-Royce, nguoi đa san xuat soi carbon; Morganit; va Courtaulds. Trong mot vai nam, sau khi su dung thanh cong nam 1968 mot to hop quat bang soi carbon Hyfil trong đong co phan luc Rolls-Royce Conway cua may bay Vickers VC10, Rolls-Royce đa tan dung cac đac tinh cua vat lieu moi đe xam nhap thi truong My voi đong co aero RB-211 voi la may nen bang soi carbon. That khong may, la thep to ra de bi ton thuong do va cham voi chim. Van đe nay va nhung van đe khac đa khien Rolls-Royce that bai đen muc cong ty bi quoc huu hoa vao nam 1971. Nha may san xuat soi carbon đa đuoc ban đi đe tao thanh cong ty Bristol Composites.
Vao cuoi nhung nam 1960, nguoi Nhat đa đi đau trong viec san xuat soi carbon dua tren PAN. Mot thoa thuan cong nghe chung nam 1970 cho phep Union carbide san xuat san pham Toray Industries cua Nhat Ban. Morganite quyet đinh rang viec san xuat soi carbon la phan ngoai vi cua hoat đong kinh doanh cot loi cua minh, khien cho Courtaulds tro thanh nha san xuat soi carbon lon duy nhat cua Anh. Qua trinh san xuat vo co dua tren nuoc cua Courtelle lam cho san pham de bi tap chat, khong nhu cac san pham đuoc lam tu qua trinh huu co đuoc cac nha san xuat soi carbon khac ap dung, dan đen viec Courtaulds ngung san xuat soi carbon vao nam 1991.
Trong nhung nam 1960, cong viec thu nghiem đe tim ra cac nguyen lieu tho thay the đa dan đen su ra đoi cua cac soi carbon đuoc lam tu mot mo dau co nguon goc tu che bien dau. Nhung soi nay chua khoang 85% carbon va co đo ben uon tuyet voi. Ngoai ra, trong giai đoan nay, Chinh phu Nhat Ban đa ho tro rat nhieu cho viec phat trien soi carbon tai nha va mot so cong ty Nhat Ban nhu Toray, Nippon Carbon, Toho Rayon va Mitsubishi đa bat đau phat trien va san xuat. Ke tu cuoi nhung nam 1970, cac loai soi carbon tiep tuc gia nhap thi truong toan cau, mang lai đo ben keo cao hon va mo đun đan hoi cao hon. Vi du, T400 tu Toray voi đo ben keo 4.000 MPa va M40, mo-đun 400 GPa. Soi carbon trung gian, chang han nhu IM 600 tu Toho Rayon voi toi đa 6.000 MPa đa đuoc phat trien. Soi carbon tu Toray, Celan va Akzo tim đuong đen ung dung hang khong vu tru tu phu đen so cap trong quan đoi va sau đo la may bay dan dung nhu trong cac may bay cua McDonnell Douglas, Boeing, Airbus va United Airplane Corporation.


Cau truc va tinh chat Soi carbon thuong đuoc cung cap duoi dang soi keo lien tuc thanh mot cuon. Bo la mot tap hop gom hang ngan soi carbon rieng le lien tuc đuoc giu voi nhau va đuoc bao ve boi mot lop phu huu co, chang han nhu polyethylen (PEO) hoac ruou polyvinyl (PVA). Viec cuon soi đe co the thuan tien mo ra đe su dung. Moi day toc carbon trong mot cuon la mot hinh tru lien tuc voi đuong kinh 5-10 micromet va hau nhu chi bao gom carbon. The he som nhat (vd T300, HTA va AS4) co đuong kinh 16-22 micromet. Soi sau (vi du IM6 hoac IM600) co đuong kinh khoang 5 micromet.
Cau truc nguyen tu cua soi carbon tuong tu nhu than chi, bao gom cac tam nguyen tu carbon đuoc sap xep theo mo hinh luc giac đeu (tam graphen), su khac biet nam o cach cac tam nay long vao nhau. Than chi la mot vat lieu tinh the trong đo cac tam đuoc xep song song voi nhau theo cach thong thuong. Cac luc lien phan tu giua cac tam la luc Van der Waals tuong đoi yeu, khien than chi co cac đac tinh mem va gion.
Tuy thuoc vao tien chat đe tao ra soi, soi carbon co the la đong luc hoc - turbostratic - hoac graphit, hoac co cau truc lai voi ca hai phan graphit va đong luc hoc. Trong soi carbon phan luc, cac tam nguyen tu carbon đuoc gap lai mot cach ngau nhien, hoac nhau nat, cung nhau. Soi carbon co nguon goc tu polyacrylonitrile (PAN) la turbostratic, trong khi soi carbon co nguon goc tu mesophase san la graphitic sau khi xu ly nhiet o nhiet đo vuot qua 2200   °C. Soi carbon turbostratic co xu huong co đo ben keo cao, trong khi soi carbon co nguon goc mesophase đuoc xu ly nhiet co mo đun Young cao (nghia la đo cung cao hoac kha nang mo rong duoi tai) va đo dan nhiet cao.


Cac ung dung Nam 2012, nhu cau thi truong soi carbon toan cau uoc tinh la 1,7 ty USD voi muc tang truong uoc tinh hang nam la 10-12% tu nam 2012-2015. Nhu cau manh nhat ve soi carbon đen tu may bay va hang khong vu tru, nang luong gio, cung nhu nganh cong nghiep o to voi cac he thong nhua đuoc toi uu hoa.
Soi carbon co the co chi phi cao hon cac vat lieu khac la mot trong nhung yeu to han che cua viec ap dung. Trong mot so sanh giua vat lieu thep va soi carbon cho vat lieu o to, chi phi soi carbon co the đat hon 10-12 lan. Tuy nhien, phi bao hiem nay đa giam trong thap ky qua so voi uoc tinh đat hon 35 lan so voi thep vao đau nhung nam 2000.


= Vat lieu composite =
Soi carbon đuoc su dung đang chu y nhat đe gia co vat lieu composite, đac biet la loai vat lieu đuoc goi la polymer gia co bang than chi hoac soi carbon. Vat lieu phi polymer cung co the đuoc su dung lam ma tran cho soi carbon. Do su hinh thanh cua carbide kim loai va can nhac đen an mon, carbon đa chi thanh cong han che trong cac ung dung hon hop ma tran kim loai. Carbon-carbon gia co (RCC) bao gom than chi đuoc gia co bang soi carbon va đuoc su dung cau truc trong cac ung dung nhiet đo cao. Soi cung đuoc su dung đe loc cac loai khi co nhiet đo cao, nhu mot đien cuc co dien tich be mat cao va kha nang chong an mon hoan hao, va nhu mot thanh phan chong tinh đien. Đuc mot lop soi carbon mong giup cai thien đang ke kha nang chong chay cua polyme hoac vat lieu tong hop nhiet vi lop soi carbon day đac, nho gon phan xa nhiet hieu qua.
Viec su dung vat lieu tong hop soi carbon ngay cang tang đang thay the nhom trong cac ung dung hang khong vu tru, thay bang cac kim loai khac vi cac van đe an mon đien.


= Det may =

Tien chat cho soi carbon la polyacrylonitrile (PAN), rayon va pitch. Soi soi carbon đuoc su dung trong mot so ky thuat xu ly: su dung truc tiep la đe chuan bi, cuon day toc, pultrusion, det, ben, vv Soi soi carbon đuoc đanh gia theo mat đo tuyen tinh (trong luong tren mot đon vi chieu dai; nghia la, 1   g / 1000   m = 1   tex) hoac theo so luong soi tren moi soi, tinh bang nghin. Vi du: 200   tex cho cuon 3.000 soi cua soi carbon manh gap ba lan cuon 1.000 soi carbon, nhung cung nang gap ba lan. Cuon soi nay sau đo co the đuoc su dung đe det mot tam vai soi carbon. Su xuat hien cua loai vai nay thuong phu thuoc vao mat đo tuyen tinh cua soi va kieu det đuoc chon. Mot so loai det thuong đuoc su dung la twill, satin va plain. Soi carbon soi cung co the đuoc det kim hoac ben.


= Vi đien cuc =
Soi carbon đuoc su dung đe che tao cac vi đien cuc bang soi carbon. Trong ung dung nay thuong la mot soi carbon duy nhat co đuong kinh 5-7 μm đuoc niem phong trong mao quan thuy tinh. O phan đau, mao quan đuoc han kin bang epoxy va đuoc đanh bong đe tao ra vi đien cuc đia soi carbon hoac soi đuoc cat theo chieu dai 75. Cac vi đien cuc bang soi carbon đuoc su dung hoac trong phep đo ampe ke hoac quet nhanh theo chu ky đe phat hien tin hieu sinh hoa.


= Suoi am linh hoat =

Đuoc biet đen voi đo dan đien cua chung, soi carbon co the tu mang dong đien rat thap. Khi đuoc det thanh cac loai vai lon hon, chung co the đuoc su dung đe cung cap nhiet hong ngoai mot cach đang tin cay trong cac ung dung đoi hoi cac yeu to lam nong linh hoat va co the de dang duy tri nhiet đo tren 100   °C do tinh chat vat ly cua chung. Nhieu vi du ve loai ung dung nay co the đuoc nhin thay trong 'DIY' hoac Do it Yourself cac san pham đuoc lam nong cua quan ao va chan. Do tinh tro hoa hoc cua no, no co the đuoc su dung tuong đoi an toan giua hau het cac loai vai va vat lieu; tuy nhien, quan short gay ra boi vat lieu gap lai chinh no se dan đen tang luong nhiet tao ra va co the dan đen hoa hoan.


Tong hop Moi soi carbon đuoc san xuat tu mot polymer nhu polyacrylonitrile (PAN), rayon, hoac xang dau san, biet đen nhu mot tien than. Đoi voi cac polyme tong hop nhu PAN hoac rayon, tien chat truoc tien đuoc tach thanh soi to, su dung cac qua trinh hoa hoc va co hoc đe buoc đau sap xep cac phan tu polymer theo cach tang cuong tinh chat vat ly cuoi cung cua soi carbon đa hoan thanh. Thanh phan tien chat va cac quy trinh co hoc đuoc su dung trong qua trinh keo soi soi co the khac nhau giua cac nha san xuat. Sau khi ve hoac keo soi, cac soi to polymer sau đo đuoc nung nong đe loai bo cac nguyen tu phi carbon (cacbon hoa), tao ra soi carbon cuoi cung. Cac soi soi carbon co the đuoc xu ly them đe cai thien chat luong xu ly, sau đo xu ly cac bobbins. 

Mot phuong phap san xuat pho bien lien quan đen viec lam nong cac soi PAN keo dai đen khoang 300   °C trong khong khi, pha vo nhieu lien ket hydro va oxy hoa vat lieu. PAN bi oxy hoa sau đo đuoc đat vao lo nung co khi quyen tro cua khi nhu argon va đuoc lam nong đen khoang 2000   °C, gay ra su graphit hoa cua vat lieu, thay đoi cau truc lien ket phan tu. Khi đuoc nung nong trong đieu kien chinh xac, cac chuoi nay lien ket voi nhau (polyme bac thang), tao thanh cac tam graphene hep cuoi cung hop nhat đe tao thanh mot day toc cot đon. Ket qua thuong la 93 carbon95% carbon. Soi chat luong thap hon co the đuoc san xuat bang cach su dung cao đo hoac rayon lam tien chat thay vi PAN. Carbon co the đuoc tang cuong hon nua, nhu mo đun cao, hoac carbon cuong đo cao, bang cac qua trinh xu ly nhiet. Carbon đuoc lam nong trong pham vi 1500   °C (carbon hoa) the hien đo ben keo cao nhat (5.650   MPa, hoac 820.000   psi), trong khi soi carbon đuoc lam nong tu 2500 đen 3000   °C (graphitizing) the hien mo đun đan hoi cao hon (531   GPa, hoac 77.000.000   psi). 


= Nghien cuu san xuat soi tai tao =
Hien nay, mot so to chuc nghien cuu đang thuc hien nghien cuu đe co gang tong hop soi carbon tu cac nguyen lieu tho khong tai tao. Neu thanh cong, đieu nay co the lam giam luong khi thai nha kinh lien quan đen san xuat soi carbon cung nhu chi phi san xuat dai han.


Xem them Soi basalt
Polyme gia co soi carbon
Vat lieu gom gia co soi carbon
Ong nano carbon
Vantablack
Vat lieu ESD
Graphen
BMW
VinFast


Tham khao Lien ket ngoai Carbon fibre (technology) tai Encyclopædia Britannica (tieng Anh)
Making Carbon Fiber Luu tru ngay 18 thang 8 nam 2010 tai Wayback Machine
How carbon fiber is made
Carbon Fibres – the First Five Years A 1971 Flight article on carbon fibre in the aviation field