氧化铝

氧化铝是铝和氧的化合物，化学式为Al2O3。它是几种氧化铝中最常见的一种，特别是氧化铝（III）。它通常被称为氧化铝，根据特定的形式或应用，也可以称为氧化铝、铝矾土或刚玉。它天然存在于其结晶多晶相α-Al2O3中，作为矿物刚玉，其变种形成珍贵的宝石红宝石和蓝宝石。Al2O3在其用于生产铝金属、由于其硬度而用作磨料以及由于其高熔点而用作耐火材料方面具有重要意义。

Al2O3是电绝缘体，但对于陶瓷材料具有相对高的热导率(30Wm-1K-1)。氧化铝不溶于水。在其最常见的结晶形式中，称为刚玉或α-氧化铝，其硬度使其适合用作磨料和切削工具的组件。

氧化铝负责金属铝的耐候性。金属铝与大气中的氧气具有很强的反应性，在数百皮秒的时间内，任何暴露的铝表面上都会形成一层薄薄的氧化铝钝化层（4nm厚）。该层保护金属免受进一步氧化。可以使用称为阳极氧化的工艺来增强该氧化层的厚度和性能。多种合金，如铝青铜，通过在合金中加入一定比例的铝来提高耐腐蚀性，从而利用这一特性。阳极氧化产生的氧化铝通常是无定形的，但放电辅助氧化工艺（例如等离子电解氧化）会导致涂层中有相当大比例的结晶氧化铝，从而提高其硬度。

氧化铝于1988年从美国环境保护署的化学品清单中删除。如果氧化铝是一种纤维形式，则它在EPA的有毒物质排放清单中。

氧化铝是一种两性物质，这意味着它可以与酸和碱（例如氢氟酸和氢氧化钠）反应，与碱起酸作用，与酸作用成碱，中和另一个并产生盐。

最常见的结晶氧化铝形式称为刚玉，它是热力学稳定的形式。氧离子形成一个近乎六边形的密排结构，铝离子填充了八面体空隙的三分之二。每个Al3+中心是八面体。就其结晶学而言，刚玉采用空间群为R3c（国际表中编号167）的三角布拉维晶格。原始单元格包含两个氧化铝的公式单元。

氧化铝也存在于其他亚稳相中，包括立方γ和η相、单斜θ相、六方χ相、斜方κ相和可以是四方或斜方的δ相。每个都有独特的晶体结构和特性。立方γ-Al2O3具有重要的技术应用。所谓的β-Al2O3证明是NaAl11O17。

熔化温度附近的熔融氧化铝大致为2/3四面体（即2/3的Al被4个氧邻居包围）和1/3的5配位，几乎没有(<5%)八面体Al-O存在.大约80%的氧原子在三个或更多Al-O多面体之间共享，并且大多数多面体间的连接是角共享的，其余10-20%是边缘共享的。八面体熔化时的分解伴随着较大的体积增加（~33%），接近其熔点的液体密度为2.93g/cm3。熔融氧化铝的结构与温度有关，在冷却（和过冷）过程中，铝的5倍和6倍比例增加，代价是四面体AlO4单元，接近于在非晶氧化铝中发现的局部结构排列。