自然界中，由碳组成的固态物质可大致分为晶体和无定形体两类。木炭、煤、骨炭（含有一些杂质）归于无定形碳。因为木炭内部的碳原子摆放不规矩，所以没有必定的洁净外形。而像金刚石、石墨一类物质，因为组成它们的碳原子有规矩地摆放在空间的必定点上，有必定的几许形状，称为晶体。

  我们知道，金刚石是现有物质中最硬的一种，人们用它来裁玻璃或许装在钻探机的钻头上用来钻穿坚固的岩石以勘察地下矿产；石墨则很软，只要用指甲在它上面刻划，就会出现划痕，把它划在纸上时，也会留下黑色的痕迹（铅笔的笔芯便是用石墨和少数粘土制成的）。金刚石和石墨都是由纯碳组成的物质，为什么在性质上会天壤之别呢？这是因为它们的结晶结构不同，或许说内部的碳原子摆放不同。

  用X射线衍射分析法测知，在金刚石中碳原子是交织规整地摆放成立体结构。每一个碳原子以1．54ù的共价键与四个等距离的碳原子相连接，构成一个正四面体（如图2－1所示）。因为金刚石晶格碳原子这样有规矩地摆放，所以成为最硬的物质。

  石墨中碳原子的摆放与金刚石不同。石墨在晶体学分类上归于六方晶系，抱负的石墨是由许多叠合的层面所组成。每一层碳原子散布在正六角形平面的顶角上，三个相邻的碳原子以共价键连接，称为一个二度空间的平面网，叫做基面。叠在一同的相邻基面相互错开，上面一层有一个碳原子处在下面一层碳原子六角网络的中心（如图2－2所示），每隔一层，碳原子的方位相同，称为ABABAB．．．．．．的三度空间摆放。每层之间的结合力很小，就像一幅叠起来的扑克牌相同，很简单滑动散开。层距为3．35ù，基面上的原子距离为1．42ù。

  那么炭黑粒子内部结构又是怎样的呢？对炭黑粒子内部结构的X射线衍射研讨证明（并且曩昔也是这样以为的），炭黑粒子中的碳原子相同是以六角平面构成二度有序的层平面（基面）的网状摆放。六角形摆放的原子距离正是石墨的距离（1．42ù），这样的层平面，摆放成3～5层（乙炔炭黑则在6～7层之间）。均匀层面距离要比石墨对应的距离大些，石墨为3．35ù，炭黑通常在3．48～3．56ù之间，依炭黑的种类不同而异。这些层平面大约是平行的和等距的，但因为层与层之间遭到改变和平移，而不出现石墨那样的ABABAB．．．．．．三度有序堆积次序。炭黑这种摆放状况称为乱层结构，如图2－3所示。

  对炭黑粒子内部研讨的重大进展，是近年来选用所谓相衬电子显微技能。使用这种技能，在电子显微镜的荧光屏上可直接观察到炭黑粒子内部结构的细节。图2－4是用相衬电子显微镜所拍照的图片，这中心还包含炉黑、（高结构高耐磨炉黑）、可混槽黑、热裂炭黑和乙炔炭黑的图片。电子光学扩大倍数为30万倍，光学扩大倍数为3．3倍左右，总扩大倍数为100万倍。

  从图中可见，在炭黑“粒子”的内部结构中，只要热裂炭黑呈球形，层平面环绕一个中心散布；其他的炭黑则是由层平面环绕多个中心散布在聚熔体中。一个旋转中心所构成的粒子犹如树干截面的年轮，一层层地展开来，但不是很规整，看上去存在着像曲折的石墨层的接连网络，但看不出单个的结晶单元。作为交织的明线与暗线的石墨层，均匀层面距离为3．60ù。不同种类炭黑其层距略有不同。粒径在20～70μm的炉黑，均匀为3．77～3．85ù之间，中粒子热裂炭黑为3．63ù，可混槽黑为3．78ù，乙炔炭黑为3．55ù。在聚熔体的粒子和粒子之间构成环绕几个成长中心摆放的网络。其间，各层之间常常是曲折的，往往能看到一层挤进某两层之间。这样曲折的石墨层是不能用X射线衍射法计算出来的。

  依据相衬电子显微镜以及用X射线衍射法对经高温处理使之石墨化的炭黑的进一步研讨，现在对炭黑的内部结构已经有了新的知道。也便是说，炭黑具有准石墨微晶的特征。所谓的准晶体，便是介于真晶体和无定形体之间的摆放次序。这样的准石墨微晶环绕着炭黑粒子的中心排成略为曲折的平行层面，其外层比内层摆放较规矩，并更趋于石墨化。炭黑的这种微观结构叫做同心取向准石墨结构（如图2－5所示）。