最常见的两种单质是高硬度的金刚石和柔软滑腻的石墨，它们晶体结构和键型都不同。金刚石每个碳都是 四面体4配位，类似脂肪族化合物;石墨每个碳都是三角形3配位，可以看作无限个苯环稠合起来。

1. 金刚石(diamond)

最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，成空间网状结构，最终形成了一种硬度大、活性差的固体。金刚石的熔点超过3500℃，相当于某些恒星表面温度。主要作用:装饰品、切割金属材料等

2.石墨(graphite)

石墨

石墨是一种深灰色有金属光泽而不透明的细鳞片状固体。质软，有滑腻感，具有优良的导电性能。石墨中碳原子以平面层状结构键合在一起，层与层只见键合比较脆弱，因此层与层之间容易被滑动而分开。主要作用:制作铅笔，电极，电车缆线等

3.富勒烯(fullerene)

1985年由美国德克萨斯州罗斯大学的科学家发现。富勒烯中的碳原子是以球状穹顶的结构键合在一起。

4.其他碳结构

无定形碳(Amorphous，不是真的异形体,内部结构是石墨)

碳纳米管(Carbon nanotube)

六方金刚石(Lonsdaleite，与金刚石有相同的键型，但原子以六边形排 富勒烯

列，也被称为六角金刚石)

赵石墨(Chaoite，石墨与陨石碰撞时产生，具有六边形图案的原子排列)

汞黝矿结构(Schwarzite，由于有七边形的出现，六边形层被扭曲到"负曲率"鞍形中的假想结构)

纤维碳(Filamentous carbon，小片堆成长链而形成的纤维)

碳气凝胶(Carbon aerogels，密度极小的多孔结构，类似于熟知的硅气凝胶)

碳纳米泡沫(Carbon nanofoam，蛛网状，有分形结构，密度是碳气凝胶的百分之一，有铁磁性)

化学成分对磨料性质影响较大,对碳化硅磨料而言，碳化硅含量越高，其硬度与磨削性能就越好，一级品碳 化硅结晶块通常含有98%左右SiC，杂质(主要有二氧化硅、硅、碳、铁、铝、钙、镁)约占2%。刚玉中化学成分同样对磨料性质有较大影响，白刚玉由于比棕刚玉中Al2O3含量高，因而其硬度高于棕刚玉，性脆，具有良好切削性能;黑刚玉因Al2O3含量较低，故其硬度较低，而韧性较好，适用于制作涂附磨具。其它化学成分存在及含量多少，对刚玉性质也有较大影响，棕刚玉中TiO2含量增加，能使刚玉韧性增加;白刚玉中Na2O一种有害成分，由于它存在使得生成β--Al2O3结晶硬度降低，切削性能差，易破碎;如果在白刚玉冶炼过程中加入Cr2O3 ZrO2等化学成分，可以制造成铬刚玉、锆刚玉，使白刚玉性能得到改善，提高其韧性。

游离态在化学上，指一元素不与同种元素化合，而能单独存在的状态。元素以单质形态存在则为游离态。不同金属的化学活动性不同，它们在自然界中存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、银。

简单的说游离碳和化合物相对，不易化合或很易从化合物中分离的碳，就是单质的碳，元素以单质形态存在叫游离，游离碳就是以单质存在的碳元素。

硬质合金(WC)中碳化钨理想的碳含量是6.13%的质量比，当含碳量过高时，产品中将有明显的渗碳组织。产品终会有明显多余的游离碳。

游离碳会极大降低碳化钨硬质合金的强度与耐磨性。

金相检测中C型孔表示了渗碳的(C-type):游离碳。