Wat is de relatie tussen aluminiumoxide, korund en saffier?
①Aluminiumoxide
In brede zin beschouwen veel mensen alumina als een algemene term voor aluminiumoxiden, aluminiumhydroxiden en dergelijke. Dit is een klasse verbindingen die zijn samengesteld uit aluminium, zuurstof en waterstof.
Strikt genomen is aluminiumoxide, oftewel aluminiumoxide met de chemische formule Al₂O₃, een oxide dat qua gehalte in de aardkorst op de tweede plaats staat na siliciumdioxide. Het wordt veel aangetroffen in mineralen zoals veldspaat en mica. Industrieel wordt het vaak gewonnen uit bauxiet, een natuurlijke minerale grondstof, om aluminiumoxide te verkrijgen.
De kristalstructuur van aluminiumoxide is complex en bevat veel allotropen, die onderverdeeld kunnen worden in meer dan tien kristalvormen, zoals α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, κ, λ, ρ en χ. α-Al₂O₃ is een stabiele fase, terwijl de andere kristalvormen overgangsfasen zijn. Al deze overgangsfasen transformeren bij 1200 °C naar de α-fase. Het transformatieproces omvat het verbreken en recombineren van chemische bindingen, wat deel uitmaakt van roosterreorganisatie. Het vereist zeer veel energie en is een onomkeerbaar proces. α-Al₂O₃ en γ-Al₂O₃ worden veel gebruikt in de industrie.
α-Al₂O₃, algemeen bekend als korund, behoort tot het trigonale kristalsysteem met een dichtheid van 3,96–4,01 g/cm³. Het is een anorganisch, niet-metaalachtig materiaal met extreem stabiele chemische eigenschappen, met een hoge hardheid (hardheid volgens Mohs 9), een hoog smeltpunt (2050 °C), hoge sterkte, goede slijtvastheid, uitstekende corrosiebestendigheid en een hoge soortelijke weerstand. α-Al₂O₃-micropoeder wordt daarom veel gebruikt in sectoren zoals vuurvaste materialen, speciale keramiek, schuurmaterialen, de chemische industrie en de elektronica.
γ-Al₂O₃ heeft een defecte spinelstructuur met onvoldoende aluminiumionen en behoort tot de groep geactiveerde aluminiumoxide. Het wordt veel gebruikt in de aluminiumoxidefamilie en speelt een cruciale rol op het gebied van adsorptie, katalysatoren en hun dragers.
②Korund
Korund is de naam van een edelsteenmineraal, een natuurlijk voorkomend α-Al₂O₃-kristal. Zuiver korund is kleurloos en zuiver, maar het is vrij zeldzaam. Natuurlijk korund bevat over het algemeen sporen van ijzer, titaandioxide, chroom, nikkel, enz., waardoor het verschillende kleuren kan hebben, zoals zwart, donkerblauw, blauwgrijs, geelgrijs, bruin, beige, enzovoort.
Korund kan qua gebruik worden onderverdeeld in edelkorund en industrieel korund. Industrieel korund wordt voornamelijk gebruikt in hoogwaardige schuurmaterialen en kan worden verwerkt tot korundslijpschijven, slijpschijven, schuurpapier en schuurpoeder. Het wordt gebruikt voor het polijsten en bewerken van metalen producten en kan worden gebruikt als lagers voor sneldraaiende onderdelen van precisie-instrumenten. Ultrafijn korundpoeder wordt veel gebruikt voor het slijpen en repareren van optisch glas van precisie-instrumenten.
Vanwege het tekort aan natuurlijk korund om aan de vraag te voldoen, is kunstmatig korund in de industrie ontstaan. De belangrijkste verschillen tussen deze korundproducten liggen in de verschillende aluminiumoxidegehaltes en de verschillende productieprocessen.
Bruin korund
De hoofdfase van bruin korund is Al₂O₃ (94,5% - 97%), en de onzuiverheden omvatten SiO₂, CaO, Fe₂O₃, MgO, enz. Het heeft een bruine kleur. Met zijn hoge hardheid, relatief hoge taaiheid en lage kosten is het een van de meest gebruikte schuurmiddelen voor het slijpen en wordt het vaak gebruikt voor het slijpen van gewone staalsoorten.
Wit korund
Wit korund (WA) wordt door smelten en kristallisatie uit aluminiumoxidepoeder gemaakt. Vergeleken met bruin korund stelt het hogere eisen aan de thermische isolatie en luchtdoorlaatbaarheid van vlamboogovens tijdens de productie. Het is zuiverwit van kleur en heeft een hoge zuiverheidsgraad, maar de kristallen bevatten nog poriën. Het is hard en bros, en de slijpkorrels breken gemakkelijk tijdens het slijpen, maar het genereert weinig warmte. Het is geschikt voor het slijpen van gehard staal, koolstofstaal, enz.
Microkristallijn korund
Het smeltproces van microkristallijn korund (MA) is ongeveer hetzelfde als dat van bruin korund, maar vereist dat de gesmolten vloeistof door middel van maatregelen wordt afgeschrikt. De resulterende schuurdeeltjes bestaan uit vele kleine kristalkorrels met een deeltjesgrootte van minder dan 300 μm. Door de betere taaiheid, zelfslijpende eigenschappen en hogere sterkte is het geschikt voor het slijpen van koolstofstaal, roestvrij staal, enz.
Zirkonia korund
Zirkoniumkorund (ZA) wordt gemaakt door bauxiet- of aluminiumoxidepoeder en zirkoon te smelten in een elektrische vlamboogoven, waarbij ZrO₂ 25% tot 45% uitmaakt. Vergeleken met andere soorten schuurmiddelen heeft het een uitstekende taaiheid en kan het worden gebruikt voor zwaar en nauwkeurig slijpen.
Zwarte korund
Zwarte korund (BA), ook wel bekend als kunstmatig amaril, wordt gemaakt door het mengen en sinteren van bauxiet en cokes. Het bevat ijzeroxide en een kleine hoeveelheid onzuiverheden en is goedkoop, maar heeft een lage hardheid en slechte snijprestaties.
③Saffier en robijn
Saffieren en robijnen zijn in feite hoogwaardige korund, gedoteerd met kleine hoeveelheden verschillende oxiden. Robijnen zijn transparante korundkristallen van edelsteenkwaliteit in de rode reeks, terwijl saffieren verwijzen naar transparante korundkristallen van edelsteenkwaliteit in verschillende kleuren, behalve rood. Saffieren zijn overigens niet alleen blauw.
Naast het gebruik als edelsteen wordt saffier, vanwege zijn uitstekende fysieke, chemische en optische eigenschappen, ook veelvuldig toegepast in geavanceerde technologieën zoals vastestoflasers, infraroodvensters, substraatwafers voor halfgeleiderchips en medische behandelingen.
④Conclusie
Alumina, oftewel aluminiumtrioxide, heeft de chemische formule Al₂O₃. Het kent vele polymorfe variaties, waarvan α-Al₂O₃ en γ-Al₂O₃ de meest voorkomende zijn.
Korund is de naam van een edelsteenmineraal, een natuurlijk voorkomend α-Al₂O₃-kristal. Vanwege het tekort aan natuurlijk korund om aan de vraag te voldoen, is er in de industrie kunstmatig korund ontstaan, dat wordt onderverdeeld in monokristallijn korund en polykristallijn korund.
Saffieren en robijnen zijn α-Al₂O₃ monokristallen die verschillende kleuren vertonen als gevolg van dotering met kleine hoeveelheden van verschillende oxiden. Ze zijn ook een type hoogwaardig monokristallijn korund.