① Alumine
Au sens large, beaucoup considèrent l'alumine comme un terme général désignant les oxydes d'aluminium, les hydroxydes d'aluminium et autres composés similaires, qui sont une classe de composés constitués d'aluminium, d'oxygène et d'hydrogène.
À proprement parler, l'alumine, ou oxyde d'aluminium de formule chimique Al₂O₃, est un oxyde qui, après le dioxyde de silicium, est le plus abondant dans la croûte terrestre. On la trouve fréquemment dans des minéraux comme 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 et présente de nombreux allotropes, que l'on peut classer en plus d'une dizaine de formes cristallines, telles que α, β, γ, δ, ε, ζ, η, θ, κ, λ, ρ et χ. Parmi celles-ci, 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 1200 °C. Ce processus de transformation implique la rupture et la recombinaison de liaisons chimiques, ce qui correspond à une réorganisation du réseau cristallin. Il requiert une très grande quantité d'énergie et est irréversible. α-Al₂O₃ et γ-Al₂O₃ sont largement utilisés dans l'industrie.
L'alumine α (α-Al₂O₃), plus communément appelée corindon, appartient au système cristallin trigonal et possède 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 (9 sur l'échelle de Mohs), 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. De ce fait, la poudre fine d'α-Al₂O₃ est largement utilisée dans des domaines tels que les matériaux réfractaires, les céramiques spéciales, les abrasifs, l'industrie chimique et l'électronique.
L'alumine γ-Al₂O₃ possède une structure spinelle défectueuse avec un déficit en ions aluminium et appartient à la famille des alumines activées. Elle est largement utilisée et joue un rôle crucial dans les domaines de l'adsorption, de la catalyse et de ses supports.
② Corindon
Le corindon est le nom d'un minéral précieux, un cristal d'α-Al₂O₃ présent naturellement dans la nature. Le corindon pur est incolore et sans défaut, mais il est assez rare. Le corindon naturel contient généralement des traces de fer, de titane, de chrome, de nickel, etc., ce qui lui confère différentes couleurs comme le noir, le bleu foncé, le gris-bleu, le gris-jaune, le brun, le beige, etc.
Le corindon se divise, selon son usage, en corindon de qualité gemme et corindon industriel. Ce dernier est principalement utilisé dans le domaine des abrasifs de haute qualité et sert à la fabrication de meules, de disques, de papier abrasif et de poudre abrasive. Il est employé pour le polissage et l'usinage des métaux et peut également servir de palier pour les pièces rotatives des instruments de précision. La poudre de corindon ultrafine est largement utilisée pour le meulage et la réparation des verres optiques des instruments de précision.
Face à la pénurie de corindon naturel, le corindon artificiel s'est développé dans l'industrie. Les principales différences entre ces produits résident dans leur teneur en alumine et leurs procédés de fabrication.
corindon brun
La phase principale du corindon brun est l'alumine (Al₂O₃) (représentant 94,5 % à 97 %), et les phases impures comprennent le silicium (SiO₂), le calcium (CaO), l'oxyde de fer (Fe₂O₃), l'oxyde de magnésium (MgO), etc. Il est de couleur brune. Grâce à sa dureté élevée, sa ténacité relativement importante et son faible coût, c'est l'un des abrasifs les plus couramment utilisés dans le domaine du meulage, notamment pour le meulage des aciers courants.
corindon blanc
Le corindon blanc (WA) est fabriqué à partir de poudre d'alumine par fusion et cristallisation. Comparé au corindon brun, il exige une isolation thermique et une perméabilité à l'air plus élevées des fours à arc électrique lors de sa production. D'un blanc pur et d'une grande pureté, il présente toutefois des pores résiduels dans ses cristaux. Dur et cassant, ses grains abrasifs se brisent facilement lors du meulage, mais il dégage 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 il nécessite une trempe du métal en fusion. Les particules abrasives obtenues sont composées de nombreux grains cristallins minuscules d'une taille inférieure à 300 µm. Grâce à sa meilleure ténacité, son auto-affûtage et sa résistance supérieure, il convient au meulage de l'acier au carbone, de l'acier inoxydable, etc.
Corindon de zircone
Le corindon zirconiérisé (ZA) est fabriqué en fondant de la poudre de bauxite ou d'alumine et du zircon dans un four à arc électrique, le ZrO₂ représentant 25 % à 45 %. Comparé à d'autres types d'abrasifs, il possède une excellente ténacité et peut être utilisé pour le meulage de précision et sous forte charge.
Corindon noir
Le corindon noir (CN), également appelé émeri artificiel, est fabriqué en mélangeant et en frittant de la bauxite et du coke. Il contient de l'oxyde de fer et une faible quantité d'impuretés ; son prix est bas, mais sa dureté est faible et son pouvoir de coupe médiocre.
③ Saphir et rubis
Les saphirs et les rubis sont en réalité des corindons de haute qualité dopés avec de petites quantités de différents oxydes. Les rubis sont des cristaux de corindon transparents de qualité gemme appartenant à la série rouge, tandis que les saphirs désignent des cristaux de corindon transparents de qualité gemme de diverses couleurs, à l'exception du rouge. Il convient de noter que les saphirs ne sont pas uniquement bleus.
En plus d'être utilisée comme pierre précieuse, le saphir, grâce à ses excellentes propriétés physiques, chimiques et optiques, a été largement utilisé dans des technologies de pointe telles que les lasers à semi-conducteurs, les fenêtres infrarouges, les substrats pour puces semi-conductrices et les traitements médicaux.
④ Conclusion
L'alumine, ou trioxyde d'aluminium, a pour formule chimique Al₂O₃. Elle présente de nombreuses variantes polymorphes, dont les plus courantes sont α-Al₂O₃ et γ-Al₂O₃.
Le corindon est une pierre précieuse, un cristal d'α-Al₂O₃ présent naturellement dans la nature. Face à la pénurie de corindon naturel, l'industrie a développé le corindon artificiel, qui se divise en corindon monocristallin et corindon polycristallin.
Les saphirs et les rubis sont des monocristaux d'α-Al₂O₃ qui présentent différentes couleurs en raison du dopage avec de petites quantités de différents oxydes, et ils sont également un type de corindon monocristallin de haute qualité.