石墨是典型的非金屬相。具有反射的多色性和各向異性。在光學顯微鏡中。用明場非偏振光觀察，石墨為均勻一致的淺灰色；用暗場非偏振光觀察，邊緣有一亮圈。用明場偏振光觀察，有些方向發暗，有些方向發亮；用暗場偏振光觀察，呈各向異性，可看到明暗相交的十字形。就晶體結構而言，石墨屬于六方晶系。六角形排列的層面（0001），亦即結晶學【1010】方向，原子以強有力的共價健結合著，基面邊緣的碳原子健并不飽和，吸收附近碳原子的能力很強。基面與基面之間的棱面（1010），亦即結晶學的【0001】方向，原子以微弱的范德瓦爾力維持著，后者的結合力僅為前者的1/10。基于上述特點，按晶體生長理論看，石墨主要是沿著基面方向生長的，從而成長為片狀；這樣碳原子才會被“拉”得牢固。但是，當條件變化時（例如加入不同的變質劑），石墨就會呈現多種多樣的形態。我國的學者按照石墨的二維、三維形態以及石墨晶體學特征，亦即其內部的晶面排列位相，把石墨分為片狀、蠕蟲狀、球狀和絮狀4大類。前3類石墨是由鐵液直接凝固而成的。第4類是由石墨化退火或氧化脫碳退火獲得的。標準的石墨形態分為6類。即片狀，水草狀，蠕蟲狀，團絮狀，團狀和球狀等。
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