Quelle est la relation entre l’alumine, le corindon et le saphir ?
1Alumine
Au sens large, de nombreuses personnes considèrent l'alumine comme un terme général désignant les oxydes d'aluminium, les hydroxydes d'aluminium et autres, qui sont une classe de composés composés d'aluminium, d'oxygène et d'hydrogène.
À proprement parler, l'alumine, ou oxyde d'aluminium de formule chimique Al₂O₃, est un oxyde dont la teneur dans la croûte terrestre est la deuxième plus élevée après le dioxyde de silicium. On la trouve abondamment dans des minéraux tels que le feldspath et le mica. Industriellement, elle est souvent extraite de la bauxite, une matière première minérale naturelle, pour obtenir de l'alumine.
La structure cristalline de l'alumine est complexe, avec de nombreux allotropes, qui peuvent être divisés en plus de dix formes cristallines telles que α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, κ, λ, ρ et χ. Parmi elles, α-Al₂O₃ est une phase stable, tandis que les autres formes cristallines sont des phases de transition. Toutes ces phases de transition se transforment en phase α à 1 200 °C. Ce processus de transformation implique la rupture et la recombinaison de liaisons chimiques, ce qui fait partie de la réorganisation du réseau. Il nécessite une très grande quantité d'énergie et est un processus irréversible. α-Al₂O₃ et γ-Al₂O₃ sont largement utilisés dans l'industrie.
L'α-Al₂O₃, communément appelé corindon, appartient au système cristallin trigonal et présente une densité de 3,96 à 4,01 g/cm³. C'est un matériau inorganique non métallique aux propriétés chimiques extrêmement stables, caractérisé par une dureté élevée (dureté Mohs 9), un point de fusion élevé (2050 °C), une résistance mécanique élevée, une bonne résistance à l'usure, une excellente résistance à la corrosion et une résistivité élevée. Par conséquent, la micropoudre d'α-Al₂O₃ est largement utilisée dans des domaines tels que les matériaux réfractaires, les céramiques spéciales, les matériaux abrasifs, l'industrie chimique et l'électronique.
Le γ-Al₂O₃ présente une structure spinelle défectueuse avec une quantité insuffisante d'ions aluminium et appartient à la famille des alumines activées. Il est largement utilisé dans la famille des alumines et joue un rôle crucial dans les domaines de l'adsorption, des catalyseurs et de leurs supports.
②Corindon
Le corindon est une pierre précieuse, un cristal α-Al₂O₃ naturellement présent dans la nature. Le corindon pur est incolore et sans défaut, mais il est assez rare. Il contient généralement des traces de Fe, Ti, Cr, Ni, etc., ce qui lui permet de présenter différentes couleurs : noir, bleu foncé, bleu-gris, jaune-gris, brun, beige, etc.
Le corindon peut être divisé en deux catégories : le corindon de qualité gemme et le corindon industriel. Le corindon industriel est principalement utilisé dans les matériaux abrasifs de haute qualité et peut être transformé en meules, disques abrasifs, papiers abrasifs et poudres abrasives. Il est utilisé pour le polissage et l'usinage de produits métalliques, et peut servir de paliers pour les pièces à rotation rapide des instruments de précision. La poudre de corindon ultrafine est largement utilisée pour le meulage et la réparation du verre optique des instruments de précision.
En raison de la pénurie d'approvisionnement en corindon naturel pour répondre à la demande, le corindon artificiel a fait son apparition dans l'industrie. Les principales différences entre ces produits en corindon résident dans leurs teneurs en alumine et leurs procédés de fabrication.
corindon brun
La phase principale du corindon brun est l'Al₂O₃ (représentant 94,5 % à 97 %), et les impuretés comprennent SiO₂, CaO, Fe₂O₃, MgO, etc. De couleur brune, il présente une dureté élevée, une ténacité relativement élevée et un faible coût. C'est l'un des abrasifs les plus couramment utilisés en meulage, notamment pour le meulage des aciers ordinaires.
corindon blanc
Le corindon blanc (WA) est fabriqué à partir de poudre d'alumine par fusion et cristallisation. Comparé au corindon brun, il présente des exigences plus élevées en matière d'isolation thermique et de perméabilité à l'air des fours à arc électrique lors de sa production. De couleur blanc pur et d'une grande pureté, ses cristaux présentent néanmoins des pores résiduels. Dur et cassant, ses grains abrasifs se brisent facilement lors du meulage, mais génèrent peu de chaleur. Il convient au meulage de l'acier trempé, de l'acier à haute teneur en carbone, etc.
corindon microcristallin
Le procédé de fusion du corindon microcristallin (MA) est sensiblement le même que celui du corindon brun, mais nécessite une trempe du liquide fondu. Les particules abrasives obtenues sont composées de nombreux petits grains cristallins d'une granulométrie inférieure à 300 μm. Grâce à sa meilleure ténacité, son auto-affûtage et sa résistance supérieure, il convient parfaitement au meulage de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable, etc.
corindon de zircone
Le corindon de zircone (ZA) est obtenu par fusion de poudre de bauxite ou d'alumine et de zircon dans un four à arc électrique, le ZrO₂ représentant 25 à 45 %. Comparé à d'autres types d'abrasifs, il présente une excellente ténacité et peut être utilisé pour le meulage de précision et sous fortes charges.
corindon noir
Le corindon noir (BA), également appelé émeri artificiel, est obtenu par mélange et frittage de bauxite et de coke. Il contient de l'oxyde de fer et une faible quantité d'impuretés. Son prix est bas, mais sa dureté est faible et ses performances de coupe sont médiocres.
③Saphir et rubis
Les saphirs et les rubis sont en réalité des corindons de haute qualité dopés avec de faibles quantités d'oxydes différents. Les rubis sont des cristaux de corindon transparents de qualité gemme, de la série rouge, tandis que les saphirs sont des cristaux de corindon transparents de qualité gemme, de différentes couleurs sauf le rouge. Il est à noter que les saphirs ne sont pas uniquement bleus.
En plus d'être utilisé comme pierre précieuse, le saphir, avec ses excellentes propriétés physiques, chimiques et optiques, a été largement appliqué dans les technologies de pointe telles que les lasers à semi-conducteurs, les fenêtres infrarouges, les plaquettes de substrat pour puces semi-conductrices et le traitement médical.
④Conclusion
L'alumine, ou trioxyde d'aluminium, a pour formule chimique Al₂O₃. Elle présente de nombreuses variantes polymorphes, les plus courantes étant α-Al₂O₃ et γ-Al₂O₃.
Le corindon est une pierre précieuse cristalline naturelle d'α-Al₂O₃. Face à la pénurie de corindon naturel, le corindon artificiel a fait son apparition dans l'industrie. Il se divise en corindon monocristallin et corindon polycristallin.
Les saphirs et les rubis sont des monocristaux d'α-Al₂O₃ qui présentent des couleurs différentes en raison du dopage avec de petites quantités d'oxydes différents, et ils sont également un type de corindon monocristallin de haute qualité.