剛玉

　　如果大家看到過(guò)寶石級(jí)的剛玉就知道，它的外觀看起來(lái)非常漂亮，還會(huì)有特殊的光學(xué)效應(yīng)呢，自然就會(huì)讓人愛(ài)不釋手，其實(shí)，剛玉除了用作寶石以外，還會(huì)被運(yùn)用在工業(yè)當(dāng)中，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)候主要會(huì)被用作耐火材料，那么，剛玉到底是一種什么樣的材質(zhì)呢?在特殊光學(xué)效應(yīng)下會(huì)讓你看到怎樣的漂亮景象呢?今天，我們就一起來(lái)了解剛玉的情況。

　　剛玉，名稱源于印度，系礦物學(xué)名稱。剛玉Al2O3的同質(zhì)異像主要有三種變體，分別為α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。剛玉硬度僅次于金剛石。剛玉主要用于高級(jí)研磨材料，手表和精密機(jī)械的軸承材料。作為激光發(fā)射材料的紅寶石系人造晶體。紅寶石和藍(lán)寶石都屬于剛玉礦物，除星光效應(yīng)外，只有半透明-透明且色彩鮮艷的剛玉才能做寶石。紅色的稱為紅寶石，而其他色調(diào)的剛玉在商業(yè)上統(tǒng)稱藍(lán)寶石。
 

　　剛玉是什么

　　剛玉是一種由氧化鋁(Al2O3)的結(jié)晶形成的寶石。摻有金屬鉻的剛玉顏色鮮紅，一般稱之為紅寶石;而藍(lán)色或沒(méi)有色的剛玉，普遍都會(huì)被歸入藍(lán)寶石的類別。

　　剛玉在摩氏硬度表中位列第9級(jí)。比重為4.00，有六角柱體的晶格結(jié)構(gòu)。因著剛玉的硬度，和相對(duì)比鉆石更低廉的價(jià)錢，它成為了砂紙及研磨工具的好材料。

　　剛玉有玻璃光澤，硬度9。比重3.95-4.10。在高溫富鋁貧硅C的條件下形成，主要與巖漿作用、接觸變質(zhì)及區(qū)域變質(zhì)作用有關(guān)。

　　剛玉是鋁礬土為主要原料經(jīng)礦業(yè)爐煉出的人造材料，可做磨料和耐火材料。純度較高的為白色叫白剛玉，含有少量雜質(zhì)的為棕色叫棕剛玉。

　　剛玉Al2O3的同質(zhì)異像主要有三種變體，分別為α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、，根據(jù)X衍射分析確還有η-Al2O3(等軸晶系)、ρ-Al2O3(晶系不確定)、χ-Al2O3(六方晶系)、κ-Al2O3(六方晶系)、δ-Al2O3(四方晶系)、θ-Al2O3(單斜晶系)。剛玉顏色多種，有無(wú)色、白、金黃(色素離子Ni、Cr)、黃(色素離子Ni)、紅(色素離子Cr)、藍(lán)(色素離子Ti、Fe)、綠(色素離子Co、Ni、V)、紫(Ti、Fe、Cr)、棕、黑(色素離子Fe、Fe)、白熾燈下藍(lán)紫、日光燈下紅紫效應(yīng)(色素離子V)。

　　剛玉的主要成分剛玉的主要成分是三氧化二鋁。

　　剛玉有寶石級(jí)、工業(yè)級(jí)兩種。寶石級(jí)的剛玉包括紅寶石和藍(lán)寶石兩種。工業(yè)級(jí)的工業(yè)主要用來(lái)做耐火材料。
 

　　人造剛玉

　　人造剛玉磨料的制法：

　　棕剛玉是將氧化鋁含量高的礬土配入無(wú)煙煤或焦炭等碳素材料和鐵屑，在電弧爐中熔煉而成。碳素材料的作用是還原礬土中的二氧化硅和氧化鐵等。棕剛玉純度高、流動(dòng)性能優(yōu)異、結(jié)晶好、線性膨脹系數(shù)低、耐高溫、耐腐蝕。是目前磨料磨具，噴砂研磨，耐火材料等行業(yè)必不可少的工業(yè)材料。有“工業(yè)牙齒”之稱。

　　鐵屑的作用是：

　?、倥c還原了的硅、鐵等結(jié)成密度大于剛玉的鐵合金，與剛玉熔液分離沉于爐底;

　　②使鐵合金具有較高的感磁性，以便將夾雜在剛玉中的鐵合金，通過(guò)磁選分離出來(lái)。煉得的熔液冷卻成結(jié)晶塊，再經(jīng)破碎、篩分、磁選而成各種粒度的產(chǎn)品。煉得的熔液若快速冷卻則成為微晶剛玉;若控制還原程度，存留較多的二氧化硅、氧化鐵等雜質(zhì)，可得黑剛玉。單晶剛玉是在上述爐料中再加入黃鐵礦煉得的，其熔塊經(jīng)水解除去硫化鋁后，即得單晶體的剛玉顆粒。鋯剛玉用與冶煉棕剛玉相同的原料，外加氧化鋯含量高的原料(如鋯英砂)經(jīng)冶煉制成，也有用氧化鋁粉和氧化鋯粉混合熔融而成的，成品中含氧化鋯10～40%。

　　白剛玉是將高純度的氧化鋁粉，在電弧爐中熔化，把冷卻后的結(jié)晶塊再加工成各種粒度的產(chǎn)品。在熔化氧化鋁粉時(shí)，如加入適量的三氧化二鉻可得鉻剛玉。

　　燒結(jié)剛玉磨料是將氧化鋁含量高的礬土或氧化鋁粉，磨細(xì)至10微米以下，加入適量的添加劑(如氧化鋯、氧化鎂)和粘結(jié)劑，經(jīng)擠壓、切斷成短的細(xì)棒狀(約為直徑1毫米，長(zhǎng)5毫米)，在窯中燒結(jié)而成。
 

　　剛玉品種

　　按顏色分：

　　a.紅寶石：

　　指紅色的剛玉寶石，粉紅色的剛玉屬于粉紅色藍(lán)寶石。

　　b.藍(lán)寶石：

　　除去紅色系列以外的所有顏色的剛玉寶石，包括粉紅色、無(wú)色、黃色、紅色，橙色、綠色、藍(lán)色、黑褐色、紫色等。定名時(shí)除了藍(lán)色剛玉直接定名為藍(lán)寶石外，其它各種顏色的剛玉需在藍(lán)寶石名稱前冠以顏色形容詞，如黃色藍(lán)寶石、綠色藍(lán)寶石。

　　特殊光學(xué)效應(yīng)：

　　a.星光紅寶石、星光藍(lán)寶石：

　　紅、藍(lán)寶石可含豐富的金紅石包裹體，這些針狀體在垂直C軸的平面內(nèi)呈60度角相交，加工成弧面形寶石后顯示六射星線。

　　偶爾出現(xiàn)的十二射星線圖案是由兩組六射星線交叉而成的，兩組星光互成30度角交叉。據(jù)報(bào)道引起兩組星光的包裹體一組是金紅石，另一組是赤鐵礦。

　　b.變色藍(lán)寶石：

　　少數(shù)藍(lán)寶石具有變色效應(yīng)，它們?cè)谌展庀鲁仕{(lán)色、灰藍(lán)色，在白熾燈下呈暗紅色、褐紅色，變色效應(yīng)一般不明顯，顏色也不太鮮艷。
 

　　剛玉產(chǎn)地

　　中國(guó)

　　紅寶石：發(fā)現(xiàn)于云南、安徽、青海、重慶石筍山等地。其中云南紅寶石稍好。

　　藍(lán)寶石：發(fā)現(xiàn)于海南蓬萊鎮(zhèn)、山東濰坊地區(qū)、青海西部、江蘇六合等地。山東藍(lán)寶石以粒度大、晶體完整而著稱。最大達(dá)155克拉，但顏色過(guò)深、透明度較低。與藍(lán)寶石相比，黃色藍(lán)寶石大多透明度較好。

　　緬甸

　　緬甸紅寶石具有鮮艷的玫瑰紅色-紅色。其顏色的最高品級(jí)稱為"鴿血紅"，即紅色純正，且飽和度很高。日光下顯熒光效應(yīng)，其各個(gè)刻面均呈鮮紅色，熠熠生輝。 常含豐富的細(xì)小金紅石針霧，形成星光。顏色分布不均勻。高質(zhì)量的緬甸藍(lán)寶石具有非常純正的藍(lán)色(帶紫的內(nèi)反射色)，當(dāng)然也有淺藍(lán)- 深藍(lán)的品種。

　　紅寶石以緬甸產(chǎn)量最佳。上佳10克拉以上紅寶石，緬甸一年只產(chǎn)幾顆;幾十克拉乃至上百克拉的紅寶石巨粒，幾十年甚至上百年才出1~2顆。優(yōu)質(zhì)大粒藍(lán)寶石價(jià)值僅次于同質(zhì)紅寶石、祖母綠和鉆石。優(yōu)質(zhì)剛玉晶體粒徑大于5mm，重量0.3~0.6克拉即可達(dá)寶石級(jí)。重量超過(guò)2克拉，可視為珍品。著名的緬甸“鴿血紅寶石”，最大者為55克拉。

　　泰國(guó)

　　泰國(guó)紅寶石含F(xiàn)e高，顏色較深，透明度較低，多呈暗紅色-棕紅色。日光下不具熒光效應(yīng)，只是在光線直射的刻面較鮮艷，其他刻面則發(fā)黑。顏色比較均勻。缺失金紅石狀包裹體，所以沒(méi)星光紅寶石品種。 泰國(guó)藍(lán)寶石顏色較深、透明度較低，淺藍(lán)色的內(nèi)反射色，常發(fā)育完好的六邊形色帶(同澳大利亞、中國(guó)一樣)，但尖竹紋地區(qū)的紅寶石、藍(lán)寶石質(zhì)量較佳。

　　斯里蘭卡

　　斯里蘭卡紅寶石以透明度高、顏色柔和而聞名于世。而且顆粒較大，其顏色多彩多姿，幾乎包括從淺紅-大紅各種過(guò)渡色。另外其色帶發(fā)育，金紅石針細(xì)、長(zhǎng)而 且分布均勻。斯里蘭卡藍(lán)寶石同紅寶石一樣，具有很高的透明度，其顏色也很豐富，除藍(lán)色外，還有黃色，綠色等多種顏色，具翠藍(lán)色內(nèi)反射色。

　　柬埔寨拜林

　　數(shù)年來(lái)拜林藍(lán)寶石在國(guó)際上十分走俏，為一種明亮、純正的藍(lán)色。

　　喀什米爾

　　發(fā)現(xiàn)于1881年，產(chǎn)量很少?？κ裁谞柕貐^(qū)的“矢車菊”藍(lán)寶石，一直被譽(yù)為藍(lán)寶石中的極品，它為一種朦朧的、略帶紫色調(diào)的濃重的藍(lán)色。給人以天鵝絨般的外觀。由于武裝沖突及惡劣的自然環(huán)境，當(dāng)前市面上已見不到該品種。

　　澳大利亞

　　可有多種顏色，主要是透明度較低的深藍(lán)色、黑藍(lán)色，顏色不均勻，六邊形色帶發(fā)育，其顏色深于泰國(guó)藍(lán)寶石。
 

　　剛玉的作用

　　一般用途

　　由于剛玉具有優(yōu)良的高溫性質(zhì)及機(jī)械強(qiáng)度等性能，因而被廣泛應(yīng)用到了冶金、機(jī)械、化工、電子、航空和國(guó)防等眾多工業(yè)領(lǐng)域。其主要用途如下所述。

　　1、由于有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)度等性能，故用做澆鋼滑動(dòng)水口，冶煉稀貴金屬、特種合金、高純金屬、玻璃拉絲、制作激光玻璃的坩堝及器皿;各種高溫爐窯，如耐火材料、陶瓷、煉鐵高爐的內(nèi)襯(墻和管);理化器皿、火花塞、耐熱抗氧化涂層。SiO2小于0.5%的低硅燒結(jié)剛玉磚是炭黑、硼化工、化肥、合成氨反應(yīng)爐和汽化爐的專用爐襯。

　　2、由于有硬度大、耐磨性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，在化工系統(tǒng)中，用作各種反應(yīng)器皿和管道，化工泵的部件;作機(jī)械零部件、各種模具，如拔絲模、擠鉛筆芯模嘴等;作刀具、磨具磨料、防彈材料、人體關(guān)節(jié)、密封磨環(huán)等。

　　3、由于有高溫絕緣性，故被用作熱電偶的套絲管和保護(hù)管，原子反應(yīng)堆中用得絕緣性依舊優(yōu)良，加之損耗不大，介電常數(shù)也不大，在電子工業(yè)中被廣泛用于固體集成電爐基板管座、外殼、瓷架、微薄窗口、導(dǎo)彈雷達(dá)天線保護(hù)罩等。

　　4、Al2O3屬離子型晶體，結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定。在高頻、高壓和較高的溫度下使用，其絕緣性依舊優(yōu)良，加之損耗不大，介電常數(shù)也不大，在電子工業(yè)中被廣泛用于固體擠成電路基板管座、外殼、瓷架、微玻窗口、導(dǎo)彈雷達(dá)天線保護(hù)罩等。

　　5、剛玉制品氣密性好，即使在高溫下也嚴(yán)密不透氣，因此在電真空中得到廣泛應(yīng)用，如用剛玉制作各種大型電子管殼、固體微電路中的雙列直插式封裝外殼。

　　6、剛玉保溫材料，如剛玉輕質(zhì)磚、剛玉空心球和纖維制品，廣泛應(yīng)用與各種高溫爐窯的爐墻及爐頂，既耐高溫又保溫。

　　7、透明剛玉制品可制作燈管、微波整流罩。另外，Na-b-Al2O3制品是制造鈉硫電池的電解質(zhì)材料。
 

　　特征用途

　　剛玉作為磨料的一種，在磨料磨具中被廣泛應(yīng)用，其中剛玉的種類也有很多，不同種類的剛玉的使用用途也是不一樣的，本欄目將向你介紹剛玉的種類特征和具體使用用途。

　　1.黑剛玉

　　屬于棕剛玉的派生品種，外觀呈黑色。硬度較低但韌性好。

　　多用于自由研磨，如制品電鍍前的打磨或粗磨，也用于制作涂附磨具，樹脂切割片，拋光塊等。

　　2.燒結(jié)剛玉

　　用礬土或鋁氧粉的細(xì)料燒結(jié)而成，特點(diǎn)是韌性好，可制成各種特殊形狀和尺寸的磨粒。

　　主要用于重負(fù)荷磨鋼錠砂輪，適用于荒磨不銹鋼鋼錠等。

　　3.鋯剛玉

　　其特點(diǎn)是硬度略低，但韌性值大，強(qiáng)度較高，通常晶體尺寸較細(xì)，耐磨性能好。

　　國(guó)外鋯剛玉磨料主要用于重負(fù)荷磨削，適合于磨耐熱合金鋼，鈦合金和奧氏體不銹鋼等。

　　4.鉻剛玉

　　為白剛玉的派生品種，外觀呈玫瑰色，硬度與白剛玉相近，韌性略高于白剛玉且強(qiáng)度高，磨削性能好，磨削精度高。用這種磨料制成的磨具其形狀保持性好。

　　應(yīng)用范圍與白剛玉相似，尤其適于各種刀具，量具，儀表零件的精磨和成型磨，通常鉻剛玉較白剛玉具有更好的磨削性能。

　　5.微晶剛玉

　　屬于棕剛玉的派生品種，外觀色澤和化學(xué)成分均與棕剛玉相似，特點(diǎn)是晶體尺寸小(50—280μm)，磨粒韌性好，強(qiáng)度大且自銳性好。

　　適合磨不銹鋼，碳素鋼，球磨鑄鐵等，磨削方式上適于成型磨，切入磨，精磨和重負(fù)荷磨削。

　　6.單晶剛玉

　　單晶剛玉磨料的顆粒是由單一晶體組成，并具有良好的多棱切削刃，較高的硬度和韌性，磨削能力強(qiáng)，磨削發(fā)熱量少，缺點(diǎn)是生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)中有廢氣，廢水產(chǎn)生，產(chǎn)量較低。

　　可用于磨削較硬且韌性好的難磨金屬材料，如不銹鋼，高釩高速鋼，耐熱合金鋼及易變形，易燒傷的工件，考慮到單晶剛玉磨料受生產(chǎn)條件的限制，一般只推薦用于耐熱合金和難磨金屬材料的磨削。

　　7.白剛玉

　　白剛玉的硬度略高于棕剛玉，但韌性稍差磨削時(shí)易切入工件，自銳性較好，發(fā)熱量小，磨削能力強(qiáng)，效率高，價(jià)格高于棕剛玉。

　　適合于磨硬度較高的鋼材，如高速鋼，高碳鋼，淬火鋼，合金鋼等。

　　8.棕剛玉

　　棕剛玉外觀為棕褐色，含量在94.5%--97%。具有硬度高，韌性大，顆粒鋒銳，價(jià)格比較低廉的特點(diǎn)，適合于磨加工抗張強(qiáng)度高的金屬，在缺少其他磨料的情況下，一般可由它來(lái)代替。

　　廣泛用于普通鋼材的粗磨，如：碳素鋼，一般合金鋼，可煅鑄鐵，硬青銅等。棕剛玉的二級(jí)品磨料常用作磨米砂輪，樹脂切割砂輪。砂瓦，砂布，砂紙等。

　　在特殊光學(xué)效應(yīng)情況下，寶石級(jí)的剛玉可以分為兩類：一類是星光類，這類型寶石里面有非常豐富的金紅石，如果將其加工成為弧面型的寶石會(huì)顯示出非常漂亮的星線，所以，會(huì)讓人愛(ài)不釋手，這類型的寶石在紅藍(lán)寶石當(dāng)中非常常見;而另外一類則是變色類，只有少數(shù)的藍(lán)寶石才有這樣的效果，它們?cè)陉?yáng)光照射下會(huì)呈現(xiàn)出藍(lán)色、灰藍(lán)色，而在白熾燈照射下則呈現(xiàn)出褐紅色或者暗紅色，它們的變色效應(yīng)不會(huì)特別明顯，所以，你看到的顏色也不是特別鮮艷的那種。