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氧化铝

在广义上，很多人认为氧化铝是铝的氧化物与铝的氢氧化物等的统称，是由铝、氧和氢组成的一类化合物。

但严格来说，氧化铝，即三氧化二铝，化学式为Al₂O₃，是地壳内含量仅次于二氧化硅的氧化物，广泛存在于长石、云母等矿物之中。工业上常常用天然矿物原料——铝土矿进行提炼，以获得氧化铝。

来源：重庆任丙科技

氧化铝晶体结构复杂，有许多同素异构体，可分为α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ、κ、λ、ρ、χ等十几种晶型，α-Al₂O₃是稳定相，其余晶型为过渡相，在1200℃都会向α相转换，转换过程包括化学键的断裂和组合，属于晶格重组，需要非常大的能量，是一个不可逆的过程。α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃已广泛应用于工业。

α-Al₂O₃俗称刚玉，属于三方晶系，密度为3.96～4.01g/cm³，是一种化学性能非常稳定的无机非金属材料，硬度高（莫氏硬度9），熔点高（2050℃），强度高，耐磨性好，耐腐蚀性好，电阻率高。所以α-Al2O3微粉在耐火材料、特种陶瓷、研磨材料、化工、电子等领域有着广泛的应用。

γ-Al₂O₃属于铝离子不足的缺陷型尖晶石结构，属于活性氧化铝，在氧化铝家族中应用较为广泛，在吸附和催化剂及其载体领域发挥着至关重要的作用。

刚玉

刚玉是宝石矿物名称，是自然界天然存在的α-Al₂O₃晶体，纯刚玉无色，无瑕疵，但相当稀少。天然刚玉一般含微量Fe、Ti、Cr、Ni等，从而呈现黑色、深蓝色、蓝灰色、黄灰色、褐色、棕色等不同的颜色。

刚玉在用途上可分为宝石级刚玉和工业用刚玉。工业用刚玉主要用作高级研磨材料领域，可制成刚玉砂轮、研磨盘、研磨纸及研磨粉。用于金属制品的磨光和加工制造，可作精密仪器快速转动部分的轴承，超细粒刚玉粉广泛用于磨修精密仪器的光学玻璃。

因天然刚玉产量供不应求，工业上便出现了人造刚玉。十九世纪末，Nroton公司成功研制棕刚玉，之后其种类也随之增加。这些刚玉产品的主要区别在于氧化铝的含量的不同，及其制造工艺的不同。

棕刚玉

来源：山东英格瓷四砂泰山磨料有限公司

棕刚玉中的主相是Al₂O₃（94.5%~97%），杂相为SiO₂、CaO、Fe₂O₃、MgO等，呈棕褐色。具有高硬度和较高的韧性，并且成本低廉，是磨削领域最常用的磨料之一，常用作普通钢材的磨削加工。

生产棕刚玉工艺流程：以铝矾土、碳素和铁屑为原料，通过配比计算之后将相应比例的原料填入电弧炉中进行熔化和熔炼，初步还原杂质氧化物，其中还原得到的杂质合金由于密度差异与刚玉熔体发生分离。之后继续进行精炼，使杂质氧化物得到充分的还原，进一步提高纯度，得到成分符合要求的刚玉熔体。然后将熔体倒入接包，自然冷却得到刚玉熔块。

白刚玉

来源：山东英格瓷四砂泰山磨料有限公司

白刚玉（WA）以氧化铝粉为原料熔融结晶而成，与棕刚玉相比，在生产中对电弧炉的绝热性能和透气性能要求更高，其色泽洁白纯度高，但晶体中存在残余气孔，质硬而脆，磨削时磨粒易破裂，但发热小，适用于磨削淬火钢、高碳钢等。

微晶刚玉

微晶刚玉（MA）的冶炼过程与棕刚玉大致相同，但是需要将熔液通过流放措施进行急冷，得到的磨料颗粒由许多粒径在300μm以下的微小晶粒组成。由于具有更优的韧性、自锐性和更高的强度，适用于碳素钢、不锈钢等的磨削加工。

锆刚玉

锆刚玉（ZA）以矾土或氧化铝粉和锆英石为原料，在电弧炉中熔炼而成，其中ZrO₂占25%~45%，与其它种类磨料相比，韧性表现优异，可用于重负荷与精密磨削。

铬刚玉

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铬刚玉（PA）是在熔炼白刚玉时加入氧化铬而制得的，其色紫红或玫瑰红，韧性及制得磨具的耐用度高于白刚玉，可用于精密量具、仪表零件等精细工件的加工。

镨钕刚玉

镨钕刚玉（NA）是用氧化铝粉、氧化镨、氧化钕混合物在电弧炉中熔炼冷却结晶得到的，含有少量稀土氧化物，韧性高于白刚玉，主要用于不锈钢、高速钢、球磨铸铁等的磨削。

黑刚玉

黑刚玉（BA）又名人造金刚砂，由铁矾土与焦炭混合烧结而成，含有氧化铁与少量杂质，价廉但硬度低、切削性能差。

蓝宝石和红宝石

来源：pexels

蓝宝石与红宝石实际上就是掺杂了少量不同氧化物的优质刚玉，红宝石是红色系列透明的宝石级刚玉晶体，蓝宝石则是除红色以外各种颜色透明的宝石级刚玉晶体，注意，蓝宝石不仅仅是蓝色。

除了用作宝石，凭借优异的物理、化学及光学性能，蓝宝石在固体激光、红外窗口、半导体芯片的衬底片、医疗等尖端技术中得到了广泛应用。

小结

氧化铝，即三氧化二铝，化学式为Al₂O₃，它有很多晶型变化，常见的有α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃等。

刚玉是宝石矿物名称，是自然界天然存在的α-Al₂O₃晶体，因天然刚玉产量供不应求, 工业上便出现了人造刚玉，分为单晶刚玉和多晶刚玉。

蓝宝石与红宝石是掺杂了少量不同氧化物而呈现不同颜色的α-Al₂O₃单晶，也是一种优质单晶刚玉。

（中国粉体网/山川）

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