碳元素的3種異構體，其原子的空間擺放各不相同。石墨屬六方晶系，各層面由六角形環構成，層面與層面平行,呈有序的堆疊晶體結構;金剛石屬立方晶系的四面體結構;而無定形碳雖有微晶，但沒有像石墨那樣的有序擺放。由碳元素組成的一類非金屬材料。碳元素有 3種異構體：一種是無定形碳，如木炭、焦炭、炭黑等;另兩種是結晶形碳，即石墨和金剛石。無定形碳經高溫處理可轉化為石墨。石墨在催化劑效果和高壓、高溫條件下又可轉化為金剛石。這也是人工石墨和人工金剛石的出產辦法。
        分類：在機械工程中常常選用的碳和石墨，按安排結構可分為碳質材料和石墨材料。碳質材料是以石油焦、瀝青焦為材料。煤瀝青為粘結劑，通過混捏、限制成形、加熱碳化而成。石墨按來歷可分為天然石墨、人工石墨(包含特種石墨)兩種。天然石墨還有鱗狀和土狀兩種形狀。人工石墨是由碳質材料再經2500℃以上高溫石墨化處理而成。特種石墨是用一般石墨經熱壓加工處理，或選用其他有機材料和特別工藝而獲得。例如以熱固性樹脂經特別熱處理而成的玻璃碳;以碳氫化合物在高溫下分解、堆積而成的熱解石墨;以鱗狀天然石墨通過酸處理，然后在高溫下高度脹大而成的柔性石墨，以及以合成纖維制成的碳纖維和石墨纖維等。