① Aluminiumoxid
Im weiteren Sinne verstehen viele Menschen unter Aluminiumoxid einen Oberbegriff für Aluminiumoxide, Aluminiumhydroxide und ähnliche Verbindungen, die aus Aluminium, Sauerstoff und Wasserstoff bestehen.
Streng genommen ist Aluminiumoxid (Al₂O₃) ein Oxid, das nach Siliciumdioxid das zweithäufigste Element der Erdkruste ist. Es kommt häufig in Mineralien wie Feldspat und Glimmer vor. Industriell wird es oft aus Bauxit, einem natürlichen mineralischen Rohstoff, gewonnen.
Die Kristallstruktur von Aluminiumoxid ist komplex und weist zahlreiche Allotrope auf, die in mehr als zehn Kristallformen wie α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, κ, λ, ρ und χ unterteilt werden können. α-Al₂O₃ ist eine stabile Phase, während die anderen Kristallformen Übergangsphasen darstellen. Alle diese Übergangsphasen wandeln sich bei 1200 °C in die α-Phase um. Dieser Umwandlungsprozess beinhaltet das Aufbrechen und die Neubildung chemischer Bindungen und zählt zu den Gitterumstrukturierungen. Er erfordert eine sehr hohe Energiemenge und ist irreversibel. α-Al₂O₃ und γ-Al₂O₃ finden breite industrielle Anwendung.
α-Al₂O₃, allgemein bekannt als Korund, gehört zum trigonalen Kristallsystem und hat eine Dichte von 3,96–4,01 g/cm³. Es handelt sich um ein anorganisches, nichtmetallisches Material mit äußerst stabilen chemischen Eigenschaften. Es zeichnet sich durch hohe Härte (Mohs-Härte 9), einen hohen Schmelzpunkt (2050 °C), hohe Festigkeit, gute Verschleißfestigkeit, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und einen hohen spezifischen Widerstand aus. Daher findet α-Al₂O₃-Mikropulver breite Anwendung in Bereichen wie Feuerfestmaterialien, Spezialkeramik, Schleifmitteln, der chemischen Industrie und der Elektronik.
γ-Al₂O₃ besitzt eine defekte Spinellstruktur mit unzureichendem Aluminiumionengehalt und gehört zu den aktivierten Aluminiumoxiden. Es findet breite Anwendung innerhalb der Aluminiumoxid-Familie und spielt eine entscheidende Rolle in den Bereichen Adsorption, Katalyse und Trägermaterialien.
② Korund
Korund ist der Name eines Edelsteinminerals, das in der Natur als α-Al₂O₃-Kristall vorkommt. Reiner Korund ist farblos und makellos, aber recht selten. Natürlicher Korund enthält in der Regel Spuren von Eisen, Titan, Chrom, Nickel usw., wodurch er verschiedene Farben wie Schwarz, Dunkelblau, Blaugrau, Gelbgrau, Braun, Beige usw. aufweist.
Korund lässt sich hinsichtlich seiner Verwendung in Edelsteinkorund und Industriekorund unterteilen. Industriekorund wird hauptsächlich als hochwertiges Schleifmittel eingesetzt und kann zu Schleifscheiben, Schleifpapier und Schleifpulver verarbeitet werden. Er dient zum Polieren und Bearbeiten von Metallprodukten und kann als Lager für schnell rotierende Teile von Präzisionsinstrumenten verwendet werden. Ultrafeines Korundpulver findet breite Anwendung beim Schleifen und Reparieren von optischem Glas in Präzisionsinstrumenten.
Da die Nachfrage nach natürlichem Korund nicht gedeckt werden konnte, hat sich in der Industrie künstlicher Korund etabliert. Die Hauptunterschiede zwischen diesen Korundprodukten liegen im unterschiedlichen Aluminiumoxidgehalt und den verschiedenen Herstellungsverfahren.
Braunes Korund
Die Hauptphase von braunem Korund ist Al₂O₃ (94,5–97 %), zu den Verunreinigungsphasen gehören SiO₂, CaO, Fe₂O₃, MgO usw. Es ist braun. Aufgrund seiner hohen Härte, relativ hohen Zähigkeit und geringen Kosten zählt es zu den am häufigsten verwendeten Schleifmitteln und wird oft zum Schleifen von gewöhnlichen Stahlwerkstoffen eingesetzt.
Weißer Korund
Weißer Korund (WA) wird durch Schmelzen und Kristallisieren von Aluminiumoxidpulver hergestellt. Im Vergleich zu braunem Korund stellt er höhere Anforderungen an die Wärmedämmung und Luftdurchlässigkeit von Elektrolichtbogenöfen während der Produktion. Er ist reinweiß und hochrein, weist jedoch Restporen in seinen Kristallen auf. Er ist hart und spröde, und seine Schleifkörner brechen beim Mahlen leicht, erzeugt aber wenig Wärme. Er eignet sich zum Mahlen von gehärtetem Stahl, hochkohlenstoffhaltigem Stahl usw.
Mikrokristalliner Korund
Die Herstellung von mikrokristallinem Korund (MA) erfolgt im Wesentlichen wie die von braunem Korund, erfordert jedoch das Abschrecken der Schmelze. Die entstehenden Schleifpartikel bestehen aus vielen winzigen Kristallkörnern mit einer Partikelgröße von unter 300 µm. Aufgrund seiner besseren Zähigkeit, seiner selbstschärfenden Eigenschaften und seiner höheren Festigkeit eignet es sich zum Schleifen von Kohlenstoffstahl, Edelstahl usw.
Zirkonoxidkorund
Zirkonkorund (ZA) wird durch Schmelzen von Bauxit- oder Aluminiumoxidpulver und Zirkon in einem Elektrolichtbogenofen hergestellt, wobei der Anteil an ZrO₂ 25–45 % beträgt. Im Vergleich zu anderen Schleifmitteln zeichnet es sich durch eine hervorragende Zähigkeit aus und eignet sich für hochbelastetes und präzises Schleifen.
Schwarzer Korund
Schwarzer Korund (BA), auch als künstlicher Schmirgel bekannt, wird durch Mischen und Sintern von Bauxit und Koks hergestellt. Er enthält Eisenoxid und geringe Mengen an Verunreinigungen und ist zwar preisgünstig, weist aber eine geringe Härte und schlechte Schneidleistung auf.
③ Saphir und Rubin
Saphire und Rubine sind hochwertige Korunde, die mit geringen Mengen verschiedener Oxide versetzt sind. Rubine sind transparente, edelsteinartige Korundkristalle der roten Farbreihe, während Saphire transparente, edelsteinartige Korundkristalle in verschiedenen Farben außer Rot bezeichnen. Es ist wichtig zu wissen, dass Saphire nicht immer blau sind.
Saphir wird nicht nur als Edelstein verwendet, sondern findet aufgrund seiner hervorragenden physikalischen, chemischen und optischen Eigenschaften auch breite Anwendung in Spitzentechnologien wie Festkörperlasern, Infrarotfenstern, Substratwafern für Halbleiterchips und in der medizinischen Behandlung.
④ Schlussfolgerung
Aluminiumoxid, genauer gesagt Aluminiumtrioxid, hat die chemische Formel Al₂O₃. Es existiert in vielen polymorphen Formen, wobei α-Al₂O₃ und γ-Al₂O₃ häufig vorkommen.
Korund ist der Name eines Edelsteinminerals, das in der Natur als α-Al₂O₃-Kristall vorkommt. Aufgrund der Knappheit an natürlichem Korund, die die Nachfrage nicht decken kann, hat sich in der Industrie künstlicher Korund etabliert, der in Einkristallkorund und polykristallinen Korund unterteilt wird.
Saphire und Rubine sind α-Al₂O₃-Einkristalle, die aufgrund der Dotierung mit geringen Mengen verschiedener Oxide unterschiedliche Farben aufweisen und außerdem eine Art von hochwertigem Korund-Einkristall darstellen.