刚玉

刚玉是氧化铝 (Al_{2O3) 的结晶形式，通常含有微量铁、钛、钒和铬。 它是一种造岩矿物。 它是一种天然透明的材料，但会根据其晶体结构中过渡金属杂质的存在而呈现不同的颜色。 刚玉有两个主要的宝石品种：红宝石和蓝宝石。 由于铬的存在，红宝石呈红色，而蓝宝石则根据存在的过渡金属呈现出一系列颜色。 一种罕见的蓝宝石，帕帕拉恰蓝宝石，呈粉橙色。}

刚玉这个名称源自泰米尔语-德拉威语单词 kurundam（红宝石-蓝宝石）（在梵语中显示为 kuruvinda）。

由于刚玉的硬度（纯刚玉的莫氏硬度为 9.0），它几乎可以划伤所有其他矿物。 它通常用作砂纸和用于加工金属、塑料和木材的大型工具的研磨剂。 金刚砂是一种没有宝石价值的刚玉，通常用作磨料。 它是一种黑色颗粒状的刚玉，矿物与磁铁矿、赤铁矿或褐铁矿密切混合。

除了硬度之外，刚玉的密度为 4.02 克/立方厘米（251 磅/立方英尺），对于由低原子质量元素铝和氧组成的透明矿物来说，这个密度异常高。

刚玉以云母片岩、片麻岩和变质地体中的一些大理岩中的矿物形式存在。 它也出现在低硅火成岩正长岩和霞石正长岩侵入岩中。 其他事件是与超镁铁质侵入岩相邻的块状物，与七星岩脉相关，以及伟晶岩中的大晶体。 由于其硬度和抗风化性，它通常以碎屑矿物的形式出现在溪流和海滩的沙子中。 记录在案的xxx刚玉单晶尺寸约为 65 厘米 × 40 厘米 × 40 厘米（26 英寸 × 16 英寸 × 16 英寸），重 152 千克（335 磅）。 此后，该记录被某些合成晶锭打破。

用于磨料的刚玉在津巴布韦、巴基斯坦、阿富汗、俄罗斯、斯里兰卡和印度开采。 从历史上看，它是从美国北卡罗来纳州与纯橄榄岩相关的矿床和安大略省克雷格蒙特的霞石正长岩中开采出来的。 金刚砂级刚玉产于希腊纳克索斯岛和美国纽约皮克斯基尔附近。 磨料刚玉是由铝土矿合成制造的。

中国发现了四把公元前 2500 年凉州文化的刚玉斧头。

• 1837 年，马克·安托万·高丁 (Marc Antoine Gaudin) 通过氧化铝与少量作为着色剂的铬在高温下发生反应，制成了xxx颗合成红宝石。
• 1847 年，J. J. Ebelmen（玉宝门）通过氧化铝与硼酸的反应制成白色合成蓝宝石。
• 1877 年，弗雷尼克 (Frenic) 和弗莱尔 (Freil) 制成了可以切割小宝石的水晶刚玉。 Frimy 和 Auguste Verneuil 通过融合 BaF_{2 和 Al2O 制造人造红宝石 3 在 2,000 °C (3,630 °F) 以上的温度下带有少量铬。}
• 1903 年，Verneuil 宣布他可以使用这种火焰熔化工艺以商业规模生产合成红宝石。

Verneuil 工艺可以生产比自然界中常见的尺寸大得多的无瑕单晶蓝宝石和红宝石。 也可以通过熔剂生长和水热合成来生长宝石级合成刚玉。 由于刚玉合成方法简单，市场上大量供应这些晶体，其成本仅为天然宝石的一小部分。

除了装饰用途外，合成刚玉还用于生产机械零件（管、棒、轴承和其他机加工零件）、耐刮擦光学器件、耐刮擦手表水晶、卫星和航天器的仪表窗（因为它的透明性 紫外线到红外线范围）和激光元件。 例如，KAGRA 引力波探测器的主反射镜是 23 千克（50 磅）蓝宝石，Advanced LIGO 考虑使用 40 千克（88 磅）蓝宝石反射镜。 由于硬度高，刚玉还用于陶瓷装甲的开发。

刚玉在空间群R3c中呈三角对称结晶，标准条件下的晶格参数a = 4.75 Å和c = 12.982 Å。 晶胞包含六个公式单元。

刚玉的韧性对表面粗糙度和结晶取向很敏感。 合成晶体可能为 6–7 MPa·m1/2，天然晶体约为 4 MPa·m1/2。

在刚玉的晶格中，氧原子形成略微扭曲的六方密堆积，其中氧离子间八面体位点的三分之二被铝离子占据。