碳是地球上非常丰富的元素之一，地球上碳的丰度列第14 位，90%的碳以碳酸钙的形式存在。同时碳是地球生命的基础，存在于所有动植物中，它们腐化、分化，形成了含碳物质，如天然气、石油、泥碳、煤等。地球上天然单质碳，也按碳的不同同素异性的晶胞特征，存在于金刚石、石墨、无烟煤中。而天然优质的金刚石、石墨矿非常稀少，大量的碳制品是人工合成的。

石墨晶体具有典型的层状结构，呈六方鳞片状和板状，钢灰色至黑色不透明半金属光泽，质软、易污，化学性质稳定，常温下不与酸碱反应，常用做电极、润滑液等。金刚石是碳元素在高温、高压条件下形成的同素异形体，为面心立方体结构，是天然存在状态中非常硬的物质，莫氏硬度为10。

纯净的金刚石无色透明，光折射率高，它因含有杂质呈黄、蓝、红、褐、黑等色，其化学性质极稳定，室温下不与酸碱反应，导电，导热，热胀系数小，常用于机械切削、研磨、地质钻探等行业。

而碳纤维为人造纤维状碳元素材料，单丝直径5~10µm，为乱层状石墨结构，是不完全的石墨结晶呈纤维轴向排列的物质。碳的石墨纤维层面主要是以碳原子共价键相结合。，而层与层之间是以范德华力相连接，因此它是各向异性材料。它密度小，耐高温，耐摩擦，耐辐射，热胀系数低，导电，导热，柔软，高抗拉强度，高弹性模量。通常将含碳的有机物纤维丝作为前驱体，用高温热氧稳定化、碳化、石墨化三个步骤来制备，主要用作树脂、金属、陶瓷的增强复合材料，其中碳纤维增强树脂(CFRP)的应用很广。

碳（石墨）纤维的质量、品种和成本80％取决于纤维前驱体（即所谓“基体”）的机械性能，通过40年的相互竞争发展到现在，无论从产品数量、质量和应用领域，聚腈基碳（石墨）纤维(PAN)都占优势，沥青基纤维获得了飞速发展并拓宽了应用，粘胶基纤维逐步缩小。

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