剛玉(Al2O3)的原料藏量豐富，約占地殼重量的25%，價格低廉，并且具有多方面的優(yōu)良性能。Al2O3有許多同質(zhì)異晶體，報導(dǎo)過的變體有十多種，但主要的有三種，即α-Al2O3，β-Al2O3，γ-Al2O3。
γ-Al2O3屬尖晶石型結(jié)構(gòu)，高溫下不穩(wěn)定，很少單獨制成材料使用。β-Al2O3，實質(zhì)上是一種含有堿金屬或堿土金屬的鋁酸鹽，化學(xué)組成可近似的用RO·6Al2O3和R2O·11Al2O3表示，六方晶格，密度3.30~3.63g/cm3，1400~1500℃開始分解，1600℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Al2O3。α-Al2O3為高溫形態(tài)，穩(wěn)定溫度高達(dá)熔點，密度3.96~4.01g/cm3，與雜質(zhì)含量有關(guān)，單位晶胞是一個尖的棱面體，在自然界中以天然剛玉、紅寶石和藍(lán)寶石等形式存在。α-Al2O3結(jié)構(gòu)致密、活性低，電學(xué)性質(zhì)好，具有優(yōu)良的機(jī)械性能。莫氏硬度為9。α-Al2O3屬六方晶系，剛玉結(jié)構(gòu)，a=4.76Å，c=12.99Å。
Al2O3的機(jī)械強(qiáng)度高，Al2O3成分愈純，強(qiáng)度愈高，利用機(jī)械強(qiáng)度可制成裝置瓷和其它機(jī)械構(gòu)件。Al2O3的電阻率高，電絕緣性能好，常溫電阻率1015Ω·cm，絕緣強(qiáng)度15kV/mm。利用其絕緣性和強(qiáng)度，可以制成基板、管座、火花塞、電路外殼等。Al2O3的硬度高，莫氏硬度為9，加上優(yōu)良的抗磨損性，所以廣泛地用以制造刀具、磨輪、磨料、拉絲模、軸承、軸瓦和人造寶石等。Al2O3的熔點高、抗腐蝕，熔點2050℃，能較好的抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ti、Mn、Fe、CO等熔融金屬的侵蝕，對氫氧化鈉、玻璃、爐渣的侵蝕也有很高的抵抗能力;在惰性氣氛中不與Si、P、Sb、Bi作用，因此可用作耐火材料、爐管、玻璃拉絲坩堝、空心球、纖維和熱電偶保護(hù)套等。Al2O3具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，許多復(fù)合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、氮化物、溴化物、碘化物、干氟化物以及硫酸、鹽酸、硝酸、氫氟酸不與Al2O3作用。因此可以制成純金屬和單晶生長的坩堝、人體關(guān)節(jié)、人工骨等。Al2O3具有的光學(xué)特性，可以制成透光材料，用以制造Na蒸汽燈管、微波整流罩、紅外窗口和激光振蕩元件等。利用Al2O3的離子導(dǎo)電性用作太陽能電池材料和蓄電池材料。Al2O3也常用于陶瓷表面金屬化技術(shù)。
礬土基電熔剛玉的主晶相是尺寸為1.0-1.5mm且晶體相互交錯的剛玉相，其余為微量的金紅石、氧化鋁和鈦酸鋁，還有位于剛玉相內(nèi)部或各晶相之間的少量玻璃相。在中國，經(jīng)過十多年的不懈努力，礬土基電熔剛玉的冶煉工藝已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，年生產(chǎn)能力超過11萬噸。礬土基電熔剛玉已成功地用作各種燒成磚與不定形耐火材料的原料，例如在高爐出鐵溝澆注料中部分取代致密剛玉，作為基質(zhì)料和顆粒料用于制造低蠕變高鋁磚，在其它Al2O3-SiO2系耐火材料中用于取代白剛玉制備高性能產(chǎn)品。
棕剛玉冶煉是利用鋁對氧的親和力比鐵、硅、鈦等大的基本原理，通過控制還原劑的數(shù)量用還原冶煉的方法使鋁礬土中的主要雜質(zhì)還原，被還原的雜質(zhì)生成硅鐵合金并與剛玉熔液分離，從而獲得結(jié)晶質(zhì)量符合要求，Al2O3含量大于94.5%的棕剛玉。Fe2O3在冶煉過程中被還原生成硅鐵合金而除去，但仍有被少量的氧化鐵與氧化鋁生成尖晶石留在產(chǎn)品中。TiO2在冶煉過程中部分被還原進(jìn)人硅鐵合金，仍有相當(dāng)大部分留在棕剛玉中，它是棕剛玉著色的主要因素。CaO和MgO在冶煉過程中難以還原，原料中CaO和MgO絕大部分仍存在于產(chǎn)品中。Na2O和K2O在冶煉過程中雖然能在高溫下?lián)]發(fā)一部分，但是不能被還原，仍留在棕剛玉中，對質(zhì)量影響很大。
棕剛玉原料由α-氧化鋁晶粒與少量的玻璃相構(gòu)成，α-氧化鋁晶體由含Ti2O3的Al2O3固溶體組成，玻璃相絕大部分由二氧化鈦和二氧化硅以及電弧爐中存在的其他微量氧化物組成。這些氧化物構(gòu)成了玻璃相，它們在氧化鋁晶粒的晶體結(jié)構(gòu)中只有較低的溶解度。Ti2O3是Ti能固溶于旺.氧化鋁晶粒中的唯一的氧化物，TiO2又是Ti的熱力學(xué)上最穩(wěn)定的氧化物，在棕剛玉冶煉還原過程中，一部分TiO2被還原成鈦的亞氧化物(Ti2O3)，在1000℃以上，氧能擴(kuò)散到嘎一氧化鋁晶粒里，將Ti2O3氧化成更穩(wěn)定的TiO2然后包裹在α-氧化鋁晶粒體中，所以二氧化鈦大多以α-氧化鋁晶粒的固溶體存在。棕剛玉中有過量TiO2則不能保留在玻璃相中，而是與氧化鋁反應(yīng)生成鈦酸鋁(TiO2·Al2O3)，鈦酸鋁是α-氧化鋁晶粒和玻璃相界面上的第三相;棕剛玉的韌性隨著TiO2晶核的生長而增強(qiáng)，均勻彌散在α-氧化鋁晶粒內(nèi)部的TiO2相使α-氧化鋁顆粒增韌。棕剛玉固溶Ti2O3導(dǎo)致棕剛玉出現(xiàn)藍(lán)色。
