刚玉

　　如果大家看到过宝石级的刚玉就知道，它的外观看起来非常漂亮，还会有特殊的光学效应呢，自然就会让人爱不释手，其实，刚玉除了用作宝石以外，还会被运用在工业当中，在实际运用时候主要会被用作耐火材料，那么，刚玉到底是一种什么样的材质呢?在特殊光学效应下会让你看到怎样的漂亮景象呢?今天，我们就一起来了解刚玉的情况。

　　刚玉，名称源于印度，系矿物学名称。刚玉Al2O3的同质异像主要有三种变体，分别为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。刚玉硬度仅次于金刚石。刚玉主要用于高级研磨材料，手表和精密机械的轴承材料。作为激光发射材料的红宝石系人造晶体。红宝石和蓝宝石都属于刚玉矿物，除星光效应外，只有半透明-透明且色彩鲜艳的刚玉才能做宝石。红色的称为红宝石，而其他色调的刚玉在商业上统称蓝宝石。
 

　　刚玉是什么

　　刚玉是一种由氧化铝(Al2O3)的结晶形成的宝石。掺有金属铬的刚玉颜色鲜红，一般称之为红宝石;而蓝色或没有色的刚玉，普遍都会被归入蓝宝石的类别。

　　刚玉在摩氏硬度表中位列第9级。比重为4.00，有六角柱体的晶格结构。因着刚玉的硬度，和相对比钻石更低廉的价钱，它成为了砂纸及研磨工具的好材料。

　　刚玉有玻璃光泽，硬度9。比重3.95-4.10。在高温富铝贫硅C的条件下形成，主要与岩浆作用、接触变质及区域变质作用有关。

　　刚玉是铝矾土为主要原料经矿业炉炼出的人造材料，可做磨料和耐火材料。纯度较高的为白色叫白刚玉，含有少量杂质的为棕色叫棕刚玉。

　　刚玉Al2O3的同质异像主要有三种变体，分别为α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、，根据X衍射分析确还有η-Al2O3(等轴晶系)、ρ-Al2O3(晶系不确定)、χ-Al2O3(六方晶系)、κ-Al2O3(六方晶系)、δ-Al2O3(四方晶系)、θ-Al2O3(单斜晶系)。刚玉颜色多种，有无色、白、金黄(色素离子Ni、Cr)、黄(色素离子Ni)、红(色素离子Cr)、蓝(色素离子Ti、Fe)、绿(色素离子Co、Ni、V)、紫(Ti、Fe、Cr)、棕、黑(色素离子Fe、Fe)、白炽灯下蓝紫、日光灯下红紫效应(色素离子V)。

　　刚玉的主要成分刚玉的主要成分是三氧化二铝。

　　刚玉有宝石级、工业级两种。宝石级的刚玉包括红宝石和蓝宝石两种。工业级的工业主要用来做耐火材料。
 

　　人造刚玉

　　人造刚玉磨料的制法：

　　棕刚玉是将氧化铝含量高的矾土配入无烟煤或焦炭等碳素材料和铁屑，在电弧炉中熔炼而成。碳素材料的作用是还原矾土中的二氧化硅和氧化铁等。棕刚玉纯度高、流动性能优异、结晶好、线性膨胀系数低、耐高温、耐腐蚀。是目前磨料磨具，喷砂研磨，耐火材料等行业必不可少的工业材料。有“工业牙齿”之称。

　　铁屑的作用是：

　　①与还原了的硅、铁等结成密度大于刚玉的铁合金，与刚玉熔液分离沉于炉底;

　　②使铁合金具有较高的感磁性，以便将夹杂在刚玉中的铁合金，通过磁选分离出来。炼得的熔液冷却成结晶块，再经破碎、筛分、磁选而成各种粒度的产品。炼得的熔液若快速冷却则成为微晶刚玉;若控制还原程度，存留较多的二氧化硅、氧化铁等杂质，可得黑刚玉。单晶刚玉是在上述炉料中再加入黄铁矿炼得的，其熔块经水解除去硫化铝后，即得单晶体的刚玉颗粒。锆刚玉用与冶炼棕刚玉相同的原料，外加氧化锆含量高的原料(如锆英砂)经冶炼制成，也有用氧化铝粉和氧化锆粉混合熔融而成的，成品中含氧化锆10～40%。

　　白刚玉是将高纯度的氧化铝粉，在电弧炉中熔化，把冷却后的结晶块再加工成各种粒度的产品。在熔化氧化铝粉时，如加入适量的三氧化二铬可得铬刚玉。

　　烧结刚玉磨料是将氧化铝含量高的矾土或氧化铝粉，磨细至10微米以下，加入适量的添加剂(如氧化锆、氧化镁)和粘结剂，经挤压、切断成短的细棒状(约为直径1毫米，长5毫米)，在窑中烧结而成。
 

　　刚玉品种

　　按颜色分：

　　a.红宝石：

　　指红色的刚玉宝石，粉红色的刚玉属于粉红色蓝宝石。

　　b.蓝宝石：

　　除去红色系列以外的所有颜色的刚玉宝石，包括粉红色、无色、黄色、红色，橙色、绿色、蓝色、黑褐色、紫色等。定名时除了蓝色刚玉直接定名为蓝宝石外，其它各种颜色的刚玉需在蓝宝石名称前冠以颜色形容词，如黄色蓝宝石、绿色蓝宝石。

　　特殊光学效应：

　　a.星光红宝石、星光蓝宝石：

　　红、蓝宝石可含丰富的金红石包裹体，这些针状体在垂直C轴的平面内呈60度角相交，加工成弧面形宝石后显示六射星线。

　　偶尔出现的十二射星线图案是由两组六射星线交叉而成的，两组星光互成30度角交叉。据报道引起两组星光的包裹体一组是金红石，另一组是赤铁矿。

　　b.变色蓝宝石：

　　少数蓝宝石具有变色效应，它们在日光下呈蓝色、灰蓝色，在白炽灯下呈暗红色、褐红色，变色效应一般不明显，颜色也不太鲜艳。
 

　　刚玉产地

　　中国

　　红宝石：发现于云南、安徽、青海、重庆石笋山等地。其中云南红宝石稍好。

　　蓝宝石：发现于海南蓬莱镇、山东潍坊地区、青海西部、江苏六合等地。山东蓝宝石以粒度大、晶体完整而著称。最大达155克拉，但颜色过深、透明度较低。与蓝宝石相比，黄色蓝宝石大多透明度较好。

　　缅甸

　　缅甸红宝石具有鲜艳的玫瑰红色-红色。其颜色的最高品级称为"鸽血红"，即红色纯正，且饱和度很高。日光下显荧光效应，其各个刻面均呈鲜红色，熠熠生辉。 常含丰富的细小金红石针雾，形成星光。颜色分布不均匀。高质量的缅甸蓝宝石具有非常纯正的蓝色(带紫的内反射色)，当然也有浅蓝- 深蓝的品种。

　　红宝石以缅甸产量最佳。上佳10克拉以上红宝石，缅甸一年只产几颗;几十克拉乃至上百克拉的红宝石巨粒，几十年甚至上百年才出1~2颗。优质大粒蓝宝石价值仅次于同质红宝石、祖母绿和钻石。优质刚玉晶体粒径大于5mm，重量0.3~0.6克拉即可达宝石级。重量超过2克拉，可视为珍品。著名的缅甸“鸽血红宝石”，最大者为55克拉。

　　泰国

　　泰国红宝石含Fe高，颜色较深，透明度较低，多呈暗红色-棕红色。日光下不具荧光效应，只是在光线直射的刻面较鲜艳，其他刻面则发黑。颜色比较均匀。缺失金红石状包裹体，所以没星光红宝石品种。 泰国蓝宝石颜色较深、透明度较低，浅蓝色的内反射色，常发育完好的六边形色带(同澳大利亚、中国一样)，但尖竹纹地区的红宝石、蓝宝石质量较佳。

　　斯里兰卡

　　斯里兰卡红宝石以透明度高、颜色柔和而闻名于世。而且颗粒较大，其颜色多彩多姿，几乎包括从浅红-大红各种过渡色。另外其色带发育，金红石针细、长而 且分布均匀。斯里兰卡蓝宝石同红宝石一样，具有很高的透明度，其颜色也很丰富，除蓝色外，还有黄色，绿色等多种颜色，具翠蓝色内反射色。

　　柬埔寨拜林

　　数年来拜林蓝宝石在国际上十分走俏，为一种明亮、纯正的蓝色。

　　喀什米尔

　　发现于1881年，产量很少。喀什米尔地区的“矢车菊”蓝宝石，一直被誉为蓝宝石中的极品，它为一种朦胧的、略带紫色调的浓重的蓝色。给人以天鹅绒般的外观。由于武装冲突及恶劣的自然环境，当前市面上已见不到该品种。

　　澳大利亚

　　可有多种颜色，主要是透明度较低的深蓝色、黑蓝色，颜色不均匀，六边形色带发育，其颜色深于泰国蓝宝石。
 

　　刚玉的作用

　　一般用途

　　由于刚玉具有优良的高温性质及机械强度等性能，因而被广泛应用到了冶金、机械、化工、电子、航空和国防等众多工业领域。其主要用途如下所述。

　　1、由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，故用做浇钢滑动水口，冶炼稀贵金属、特种合金、高纯金属、玻璃拉丝、制作激光玻璃的坩埚及器皿;各种高温炉窑，如耐火材料、陶瓷、炼铁高炉的内衬(墙和管);理化器皿、火花塞、耐热抗氧化涂层。SiO2小于0.5%的低硅烧结刚玉砖是炭黑、硼化工、化肥、合成氨反应炉和汽化炉的专用炉衬。

　　2、由于有硬度大、耐磨性好、强度高的特点，在化工系统中，用作各种反应器皿和管道，化工泵的部件;作机械零部件、各种模具，如拔丝模、挤铅笔芯模嘴等;作刀具、磨具磨料、防弹材料、人体关节、密封磨环等。

　　3、由于有高温绝缘性，故被用作热电偶的套丝管和保护管，原子反应堆中用得绝缘性依旧优良，加之损耗不大，介电常数也不大，在电子工业中被广泛用于固体集成电炉基板管座、外壳、瓷架、微薄窗口、导弹雷达天线保护罩等。

　　4、Al2O3属离子型晶体，结构很稳定。在高频、高压和较高的温度下使用，其绝缘性依旧优良，加之损耗不大，介电常数也不大，在电子工业中被广泛用于固体挤成电路基板管座、外壳、瓷架、微玻窗口、导弹雷达天线保护罩等。

　　5、刚玉制品气密性好，即使在高温下也严密不透气，因此在电真空中得到广泛应用，如用刚玉制作各种大型电子管壳、固体微电路中的双列直插式封装外壳。

　　6、刚玉保温材料，如刚玉轻质砖、刚玉空心球和纤维制品，广泛应用与各种高温炉窑的炉墙及炉顶，既耐高温又保温。

　　7、透明刚玉制品可制作灯管、微波整流罩。另外，Na-b-Al2O3制品是制造钠硫电池的电解质材料。
 

　　特征用途

　　刚玉作为磨料的一种，在磨料磨具中被广泛应用，其中刚玉的种类也有很多，不同种类的刚玉的使用用途也是不一样的，本栏目将向你介绍刚玉的种类特征和具体使用用途。

　　1.黑刚玉

　　属于棕刚玉的派生品种，外观呈黑色。硬度较低但韧性好。

　　多用于自由研磨，如制品电镀前的打磨或粗磨，也用于制作涂附磨具，树脂切割片，抛光块等。

　　2.烧结刚玉

　　用矾土或铝氧粉的细料烧结而成，特点是韧性好，可制成各种特殊形状和尺寸的磨粒。

　　主要用于重负荷磨钢锭砂轮，适用于荒磨不锈钢钢锭等。

　　3.锆刚玉

　　其特点是硬度略低，但韧性值大，强度较高，通常晶体尺寸较细，耐磨性能好。

　　国外锆刚玉磨料主要用于重负荷磨削，适合于磨耐热合金钢，钛合金和奥氏体不锈钢等。

　　4.铬刚玉

　　为白刚玉的派生品种，外观呈玫瑰色，硬度与白刚玉相近，韧性略高于白刚玉且强度高，磨削性能好，磨削精度高。用这种磨料制成的磨具其形状保持性好。

　　应用范围与白刚玉相似，尤其适于各种刀具，量具，仪表零件的精磨和成型磨，通常铬刚玉较白刚玉具有更好的磨削性能。

　　5.微晶刚玉

　　属于棕刚玉的派生品种，外观色泽和化学成分均与棕刚玉相似，特点是晶体尺寸小(50—280μm)，磨粒韧性好，强度大且自锐性好。

　　适合磨不锈钢，碳素钢，球磨铸铁等，磨削方式上适于成型磨，切入磨，精磨和重负荷磨削。

　　6.单晶刚玉

　　单晶刚玉磨料的颗粒是由单一晶体组成，并具有良好的多棱切削刃，较高的硬度和韧性，磨削能力强，磨削发热量少，缺点是生产成本较高，生产中有废气，废水产生，产量较低。

　　可用于磨削较硬且韧性好的难磨金属材料，如不锈钢，高钒高速钢，耐热合金钢及易变形，易烧伤的工件，考虑到单晶刚玉磨料受生产条件的限制，一般只推荐用于耐热合金和难磨金属材料的磨削。

　　7.白刚玉

　　白刚玉的硬度略高于棕刚玉，但韧性稍差磨削时易切入工件，自锐性较好，发热量小，磨削能力强，效率高，价格高于棕刚玉。

　　适合于磨硬度较高的钢材，如高速钢，高碳钢，淬火钢，合金钢等。

　　8.棕刚玉

　　棕刚玉外观为棕褐色，含量在94.5%--97%。具有硬度高，韧性大，颗粒锋锐，价格比较低廉的特点，适合于磨加工抗张强度高的金属，在缺少其他磨料的情况下，一般可由它来代替。

　　广泛用于普通钢材的粗磨，如：碳素钢，一般合金钢，可煅铸铁，硬青铜等。棕刚玉的二级品磨料常用作磨米砂轮，树脂切割砂轮。砂瓦，砂布，砂纸等。

　　在特殊光学效应情况下，宝石级的刚玉可以分为两类：一类是星光类，这类型宝石里面有非常丰富的金红石，如果将其加工成为弧面型的宝石会显示出非常漂亮的星线，所以，会让人爱不释手，这类型的宝石在红蓝宝石当中非常常见;而另外一类则是变色类，只有少数的蓝宝石才有这样的效果，它们在阳光照射下会呈现出蓝色、灰蓝色，而在白炽灯照射下则呈现出褐红色或者暗红色，它们的变色效应不会特别明显，所以，你看到的颜色也不是特别鲜艳的那种。