剛玉

　　如果大家看到過寶石級的剛玉就知道，它的外觀看起來非常漂亮，還會有特殊的光學效應呢，自然就會讓人愛不釋手，其實，剛玉除了用作寶石以外，還會被運用在工業當中，在實際運用時候主要會被用作耐火材料，那么，剛玉到底是一種什么樣的材質呢?在特殊光學效應下會讓你看到怎樣的漂亮景象呢?今天，我們就一起來了解剛玉的情況。

　　剛玉，名稱源于印度，系礦物學名稱。剛玉Al2O3的同質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。剛玉主要用于高級研磨材料，手表和精密機械的軸承材料。作為激光發射材料的紅寶石系人造晶體。紅寶石和藍寶石都屬于剛玉礦物，除星光效應外，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，而其他色調的剛玉在商業上統稱藍寶石。
 

　　剛玉是什么

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

　　剛玉在摩氏硬度表中位列第9級。比重為4.00，有六角柱體的晶格結構。因著剛玉的硬度，和相對比鉆石更低廉的價錢，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、接觸變質及區域變質作用有關。

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

　　剛玉Al2O3的同質異像主要有三種變體，分別為α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3、，根據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，有無色、白、金黃(色素離子Ni、Cr)、黃(色素離子Ni)、紅(色素離子Cr)、藍(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)、白熾燈下藍紫、日光燈下紅紫效應(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、工業級兩種。寶石級的剛玉包括紅寶石和藍寶石兩種。工業級的工業主要用來做耐火材料。
 

　　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、流動性能優異、結晶好、線性膨脹系數低、耐高溫、耐腐蝕。是目前磨料磨具，噴砂研磨，耐火材料等行業必不可少的工業材料。有“工業牙齒”之稱。

　　鐵屑的作用是：

　?、倥c還原了的硅、鐵等結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，通過磁選分離出來。煉得的熔液冷卻成結晶塊，再經破碎、篩分、磁選而成各種粒度的產品。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，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，把冷卻后的結晶塊再加工成各種粒度的產品。在熔化氧化鋁粉時，如加入適量的三氧化二鉻可得鉻剛玉。

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

　　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寶石。

　　b.藍寶石：

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

　　特殊光學效應：

　　a.星光紅寶石、星光藍寶石：

　　紅、藍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。據報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.變色藍寶石：

　　少數藍寶石具有變色效應，它們在日光下呈藍色、灰藍色，在白熾燈下呈暗紅色、褐紅色，變色效應一般不明顯，顏色也不太鮮艷。
 

　　剛玉產地

　　中國

　　紅寶石：發現于云南、安徽、青海、重慶石筍山等地。其中云南紅寶石稍好。

　　藍寶石：發現于海南蓬萊鎮、山東濰坊地區、青海西部、江蘇六合等地。山東藍寶石以粒度大、晶體完整而著稱。最大達155克拉，但顏色過深、透明度較低。與藍寶石相比，黃色藍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。其顏色的最高品級稱為"鴿血紅"，即紅色純正，且飽和度很高。日光下顯熒光效應，其各個刻面均呈鮮紅色，熠熠生輝。 常含豐富的細小金紅石針霧，形成星光。顏色分布不均勻。高質量的緬甸藍寶石具有非常純正的藍色(帶紫的內反射色)，當然也有淺藍- 深藍的品種。

　　紅寶石以緬甸產量最佳。上佳10克拉以上紅寶石，緬甸一年只產幾顆;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。優質大粒藍寶石價值僅次于同質紅寶石、祖母綠和鉆石。優質剛玉晶體粒徑大于5mm，重量0.3~0.6克拉即可達寶石級。重量超過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

　　泰國紅寶石含Fe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，只是在光線直射的刻面較鮮艷，其他刻面則發黑。顏色比較均勻。缺失金紅石狀包裹體，所以沒星光紅寶石品種。 泰國藍寶石顏色較深、透明度較低，淺藍色的內反射色，常發育完好的六邊形色帶(同澳大利亞、中國一樣)，但尖竹紋地區的紅寶石、藍寶石質量較佳。

　　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-大紅各種過渡色。另外其色帶發育，金紅石針細、長而 且分布均勻。斯里蘭卡藍寶石同紅寶石一樣，具有很高的透明度，其顏色也很豐富，除藍色外，還有黃色，綠色等多種顏色，具翠藍色內反射色。

　　柬埔寨拜林

　　數年來拜林藍寶石在國際上十分走俏，為一種明亮、純正的藍色。

　　喀什米爾

　　發現于1881年，產量很少?？κ裁谞柕貐^的“矢車菊”藍寶石，一直被譽為藍寶石中的極品，它為一種朦朧的、略帶紫色調的濃重的藍色。給人以天鵝絨般的外觀。由于武裝沖突及惡劣的自然環境，當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色、黑藍色，顏色不均勻，六邊形色帶發育，其顏色深于泰國藍寶石。
 

　　剛玉的作用

　　一般用途

　　由于剛玉具有優良的高溫性質及機械強度等性能，因而被廣泛應用到了冶金、機械、化工、電子、航空和國防等眾多工業領域。其主要用途如下所述。

　　1、由于有耐高溫、耐腐蝕、高強度等性能，故用做澆鋼滑動水口，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%的低硅燒結剛玉磚是炭黑、硼化工、化肥、合成氨反應爐和汽化爐的專用爐襯。

　　2、由于有硬度大、耐磨性好、強度高的特點，在化工系統中，用作各種反應器皿和管道，化工泵的部件;作機械零部件、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、人體關節、密封磨環等。

　　3、由于有高溫絕緣性，故被用作熱電偶的套絲管和保護管，原子反應堆中用得絕緣性依舊優良，加之損耗不大，介電常數也不大，在電子工業中被廣泛用于固體集成電爐基板管座、外殼、瓷架、微薄窗口、導彈雷達天線保護罩等。

　　4、Al2O3屬離子型晶體，結構很穩定。在高頻、高壓和較高的溫度下使用，其絕緣性依舊優良，加之損耗不大，介電常數也不大，在電子工業中被廣泛用于固體擠成電路基板管座、外殼、瓷架、微玻窗口、導彈雷達天線保護罩等。

　　5、剛玉制品氣密性好，即使在高溫下也嚴密不透氣，因此在電真空中得到廣泛應用，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，如剛玉輕質磚、剛玉空心球和纖維制品，廣泛應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.燒結剛玉

　　用礬土或鋁氧粉的細料燒結而成，特點是韌性好，可制成各種特殊形狀和尺寸的磨粒。

　　主要用于重負荷磨鋼錠砂輪，適用于荒磨不銹鋼鋼錠等。

　　3.鋯剛玉

　　其特點是硬度略低，但韌性值大，強度較高，通常晶體尺寸較細，耐磨性能好。

　　國外鋯剛玉磨料主要用于重負荷磨削，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，外觀色澤和化學成分均與棕剛玉相似，特點是晶體尺寸小(50—280μm)，磨粒韌性好，強度大且自銳性好。

　　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，磨削發熱量少，缺點是生產成本較高，生產中有廢氣，廢水產生，產量較低。

　　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，但韌性稍差磨削時易切入工件，自銳性較好，發熱量小，磨削能力強，效率高，價格高于棕剛玉。

　　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，價格比較低廉的特點，適合于磨加工抗張強度高的金屬，在缺少其他磨料的情況下，一般可由它來代替。

　　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。

　　在特殊光學效應情況下，寶石級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顯示出非常漂亮的星線，所以，會讓人愛不釋手，這類型的寶石在紅藍寶石當中非常常見;而另外一類則是變色類，只有少數的藍寶石才有這樣的效果，它們在陽光照射下會呈現出藍色、灰藍色，而在白熾燈照射下則呈現出褐紅色或者暗紅色，它們的變色效應不會特別明顯，所以，你看到的顏色也不是特別鮮艷的那種。