铬刚玉 【行业必读】刚玉（氧化铝）的分类及应用大全

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关于刚玉

随着太阳能硅晶片切割行业的兴起，传统超硬、耐高温材料之一的碳化硅顿时成为超级磨料明星。因为金刚石微粉生产的切割、磨削工具广泛的应用到五金、建筑、陶瓷、石材切割、抛光等领域，也使得金刚石粉体被普通百姓所熟知。

刚玉作为一种非常重要的磨料、耐高温粉体材料，在普通人眼中却显得有些默默无闻，甚至是有些陌生。其实刚玉作为使用历史悠久的超硬、耐高温材料，至今仍然在各种工业领域中，发挥着重要的作用。

本文将简要的向读者介绍刚玉的种类及其特点，以期能够加深大家对刚玉家族各成员的认识。

α型氧化铝晶体叫做刚玉，常因含有不同的杂质而呈现不同的颜色。刚玉一般呈带蓝或带黄的灰色，有玻璃或金刚光泽，硬度仅次于金刚石和碳化硅，能耐高温。

自然界存在天然的刚玉，红宝石、蓝宝石就是天然刚玉。

工业生产使用的刚玉多数是人工合成的，随着加工工艺和掺杂的其它元素成份不同，刚玉可分为白刚玉、棕刚玉等多种类型。

下文将向大家介绍几种常见的刚玉种类及其特性

1、白刚玉

白刚玉是以优质氧化铝粉为原料，经电熔提炼结晶而成， 纯度高、自锐性好、耐酸碱腐蚀、耐高温、热态性能稳定。

白刚玉硬度略高于棕刚玉，韧性稍低，纯度高、自锐性好、磨削能力强、发热量小、效率高、耐酸碱腐蚀、耐高温、热稳定性好。

用白刚玉粒度砂制成磨具，适用于磨削高碳钢、高速钢及不锈钢等，白刚玉还可以用于精密铸造和高级耐火材料。

2、棕刚玉

棕刚玉是以铝矾土、无烟煤和铁屑为原料，在电弧炉内经高温冶炼而成。

在冶炼过程中，无烟煤中的碳将矾土中的氧化硅、氧化铁和氧化钛等杂质还原成金属，这些金属结合在一起成为铁合金，由于其比重较刚玉熔液大而沉降至炉底，与刚玉熔液分离。仅有少量的杂质夹杂在刚玉熔块中。

棕刚玉的主要矿物成份为Al2O3，三方晶系，少量的矿物杂质有：硅酸钙、钙斜长石、富铝红柱石（又称莫来石）、钛化物、玻璃体及少量铁合金等。

棕刚玉的抗破碎能力较强，抗氧化、抗腐蚀，具有良好的化学稳定性，是一种用途广泛的磨料。适用于磨削抗张强度高的金属材料，如普通碳素钢、硬青铜、合金钢的细磨和精磨，磨加工螺纹和齿轮等。

3、铬刚玉（又称红刚玉）

铬刚玉的冶炼工艺与白刚玉相同，只是在冶炼过程中加入一定量的氧化铬，呈浅紫色或玫瑰色。

铬刚玉中由于引入Cr元素改善了磨料的韧性，其韧性较白刚玉高，而硬度与白刚玉相近，用于加工韧性较大的材料时，其加工效率比白刚玉高，并且工件表面的光洁度也较好。铬刚玉适应于加工韧性高的淬火钢、合金钢、精密量具及仪表零件等光洁度要求较高的工件。

4、微晶刚玉

微晶刚玉所采用的原材料及冶炼方法与棕刚玉基本相同，在停炉后立即把熔液通过流放或倾倒的方法倒入模子内急速冷却，因而得到微细结晶的集合体。

微晶刚玉在冶炼过程中，杂质的还原程度较差，Al2O3含量为94%~96%，晶体尺寸一般在80~300微米，晶体占57%~85%，最大晶体尺寸不超过400~600微米。它具有强度高，韧性较大的特点。

适用于重负荷磨削，可以磨削不锈钢、碳素钢、轴承钢以及特种球墨铸铁等材料，由于磨粒在磨削过程中呈微刃破碎状态，也被用于精密磨削甚至镜面磨削。

5、单晶刚玉

单晶刚玉是以矾土、无烟煤、铁屑和黄铁矿为原材料，在电弧炉内共熔铬刚玉，矾土中的氧化铁、二氧化硅和氧化钛先后被还原，并组成铁合金从熔液中沉降至炉底。一小部分氧化铝与碳、硫化亚铁起复分解反应，生成少量的硫化铝填充在单晶颗粒之间，当熔块冷却后放入水中时，硫化铝被溶解，而被硫化铝隔开的单晶刚玉即可分散开，成为自然粒度的磨料。

单晶刚玉呈灰白色，其颗粒形状多为等积形，晶体内不含杂质，具有多棱角的切削刃，在同样的磨削力作用下，所形成的力矩小于其它磨料，因此它不易折碎，机械强度较高，单颗粒抗压强度为22~38kg，而棕刚玉仅为10~20kg。

单晶刚玉由于有较高的硬度和韧性，所以切削能力较强，可用来加工工具钢、合金钢、不锈钢、高钡钢等韧性大、硬度高的难磨材料。

6、锆刚玉

锆刚玉是以铝氧粉和锆英石为原料，在电弧炉内经高温冶炼而成铬刚玉，整个过程基本上是一个熔化再结晶的过程。

它是一种由α-Al2O3与ZrO2组成的共晶集合体，在冶炼过程中应尽可能使两种结晶相互交错构成微晶型晶体。

锆刚玉适用于高速重负荷磨削，可荒磨铸铁、铸钢、合金钢和高速钢等，特别适合于钛合金、耐热合金、高钒钢、不锈钢的磨加工。

7、镨钕刚玉

镨钕刚玉的制造工艺与白刚玉相似，其差异是在冶炼过程中加入约0.175%的镨钕富集物（氧化镨、氧化钕、氧化镧）。

大量的磨削试验证明其磨削性能优于白刚玉，适用磨削不锈钢、高速钢、球墨铸铁、高锰铸钢及某些耐热合金等。

8、黑刚玉

黑刚玉磨料是以优质的矾土为主要原料，加少量还原剂后,在电弧炉内经高温冶炼而成。

色泽呈黑色，硬度适中，其韧性较大、耐磨、棱角锋利、自锐性强，磨削时发热量少，且加工面无划痕，抛光光洁度高（比棕刚玉抛光能力提高一倍以上，抛光光洁度提高二级以上）。

黑刚玉适用于不锈钢、金属制品电镀前的底面抛光和喷沙，也可用于玻璃、竹木、石材等制品的磨削和抛光。黑刚玉也是制造树脂砂轮、砂布的新型材料。

目前，黑刚玉广泛地应用于不锈钢餐厨具、灯具、灯饰、摩托车零件、汽车配件等中等硬度材料的精细抛光。

9、矾土烧结刚玉

矾土烧结刚玉是唯一不用电炉冶炼的刚玉，它是用优质熟矾土（Al2O3含量85%以上）经湿法球磨至3微米的微粒料浆（球磨时应加粘结剂），再经压滤成型为各种几何形状的磨粒，在1500℃下烧结。

矾土烧结刚玉的主要化学成份是：Al2O3（85%~88%）、SiO₂（3%~4%）、TiO₂（3.5%~4.5%）、Fe₂O₃（5.6%~6.5%）。它具有α-Al2O3微晶结构，韧性高，可承受较大的磨削压力而不至于破碎，并能切削较厚的金属层，横向进给可高达6mm以上。

矾土烧结刚玉磨料的形状可制成各种柱形体，这是所有磨料中唯一的特例，适用于重负荷荒磨。

小结：

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。

由于有耐高温、耐腐蚀、高强度等性能，可用于制造耐火材料、陶瓷、火花塞、耐热抗氧化涂层；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、化工泵的部件及密封磨环等。

由于有高温绝缘性，故被用作热电偶的套丝管和保护管，原子反应堆中的绝缘件；由于其耐磨性，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。

刚玉作为磨料的一种，在磨料磨具中也被广泛应用。总之，刚玉是一种应用非常广泛的、极为重要的超硬、耐高温、耐腐蚀材料，无论在传统工业领域还是各种高科技应用领域都可以见到它的身影。

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