最新晶体结构及氧化铝晶体特点
氧化铝的几种晶体类型
氧化铝的几种晶体类型氧化铝，这个名字听起来有点科学、冷冰冰的，不过其实它就像一个穿着不同衣服的小伙伴，今天我们就来聊聊它的几种晶体类型。
氧化铝常常被人们称为铝土矿，真是一个好东西，既可以做成宝石，又能变身成工业材料，真的是能文能武。
咱们得提到一种叫做“刚玉”的晶体。
这个名字听起来就挺酷的，像是电影里的超级英雄。
刚玉晶体坚硬得很，硬度仅次于钻石，真是名副其实的“硬汉”啊！刚玉的颜色也多种多样，像是一个五光十色的魔法师，能变成红色、蓝色、黄色等等。
尤其是红色的刚玉，大家都知道的，叫做“红宝石”，美得简直让人心醉。
蓝色的刚玉，称为“蓝宝石”，简直是珠宝界的明星，谁不想拥有一颗呢？我们来聊聊另一种氧化铝的晶体，叫做“锆铝矿”。
这个名字听上去可能没那么响亮，但它在工业上可是大有作为。
这种晶体的结构更为复杂，晶体的形状看起来像小山丘一样，挺有趣的。
锆铝矿主要用于耐火材料，简单来说，就是能耐高温的“勇士”，用在各种高温炉中，不怕烤、耐得住。
嘿，要是你是个厨师，肯定想和它交个朋友，哈哈！还有一种叫做“αAl2O3”，别看名字复杂，咱们直接叫它“铝土矿”就好了。
这个小家伙可真是个全能选手，除了能做成宝石，还是一种重要的工业材料。
它的硬度也很高，用在磨料和抛光剂上，跟刚玉比起来，可以说是不相上下。
想想看，打磨东西的时候，它就是个小帮手，帮你把东西打磨得光亮亮的，嘿，真是个细致的小家伙。
氧化铝的世界还有更多的神奇。
比如说，大家可能听说过的“βAl2O3”，这可是个特立独行的家伙。
它的结构比较独特，竟然能够在高温下保持稳定，哇，真是个强壮的小伙子。
这样的特性使得它在电子材料上也能大显身手，是不是觉得它特别厉害呢？不过，这些晶体类型的形成，离不开自然的鬼斧神工。
想象一下，在漫长的岁月中，地球母亲用自己的力量，将各种元素结合在一起，形成了如此美丽和实用的氧化铝。
这就像是一场没有导演的演出，各种矿物质自由组合，最终才有了今天我们看到的这些晶体。
三维晶体结构的金属氧化物
三维晶体结构的金属氧化物
1. 氧化铝（Al2O3），氧化铝是一种重要的陶瓷材料，具有高熔点、硬度和化学稳定性。
它通常采用六方最密堆积结构（hcp）或者四方最密堆积结构（fcc）。
2. 氧化镁（MgO），氧化镁具有岩盐结构，其中镁离子和氧离子呈八配位排列，这种结构使得氧化镁具有高熔点和硬度，因此被广泛应用于陶瓷和耐火材料。
3. 氧化铁（Fe2O3），氧化铁有几种晶体形式，其中最常见的是红色的α-Fe2O3，它具有纤锌矿结构，其中铁离子和氧离子呈六配位排列。
4. 氧化钛（TiO2），氧化钛具有多种晶体结构，最常见的是金红石结构和锐钛矿结构，它具有广泛的应用，包括作为颜料、催化剂和光学材料。
这些金属氧化物具有不同的晶体结构和性质，它们的研究和应用对于材料科学和工程具有重要意义。
通过深入了解它们的晶体结
构和性质，我们可以更好地设计和开发新型材料，满足不同领域的需求。
氧化铝简介介绍
可持续发展与绿色生产
节能减排
01
通过采用先进的生产工艺和技术，降低能源消耗和碳排放，实
现可持续发展。
循环经济
02
将氧化铝生产过程中产生的废渣进行综合利用，形成循环经济
的模式。
绿色生产
03
通过采用环保材料和绿色生产工艺，实现氧化铝生产的绿色生
产。
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氧化铝具有氧化性，可与 一些金属和非金属发生氧 化还原反应。
酸性
氧化铝可以表现出一定的 酸性，能够与一些金属和 非金属发生酸碱反应。
氧化铝的物理性质
白色固体
氧化铝通常为白色固体， 具有较高的密度和硬度。
高熔点
氧化铝具有高熔点，超过 2000℃。
电绝缘性
氧化铝具有良好的电绝缘 性，可用于电子、电器等 领域。
增长点。
环保要求
环保要求的提高也将促进氧化铝 需求的增长，如汽车尾气排放标 准的提高将增加对高性能氧化铝
的需求。
氧化铝发展趋势与前景
高性能氧化铝需求增加
随着汽车、航空航天等领域对材料性能要求的提高，高性能氧化 铝的需求逐渐增加。
绿色生产
随着环保要求的提高，绿色生产将成为氧化铝行业的重要发展趋势 ，企业将更加注重环保技术的应用和资源循环利用。
氧化铝简介介绍
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目录
• 氧化铝的基本性质 • 氧化铝的制备方法 • 氧化铝的应用领域 • 氧化铝的市场与发展趋势 • 氧化铝的生产与环保问题
01
氧化铝的基本性质
性
氧化铝在高温下稳定，不 与水反应，但在酸、碱溶 液中可发生化学反应。
氧化性
氧化铝晶型
γ-Al2O3、η-Al2O3、κ-Al2O3、χ-Al2O3、θ-Al2O3、α-Al2O3
、ρ-Al2O3和无定形相，共8种晶相。
ρ-Al2O3是结晶度最差，常温有胶结性能，500度后转变为γ-Al2O3，1000度后全变为α-Al2O3。
α-Al2O3在常温与高温都是稳定相。
即平时的刚玉材料的主晶相。
α-Al2O3也叫煅烧氧化铝,具有熔点高、硬度大、绝缘性能强、耐磨性好、化学性质稳定等特点。
广泛用于耐火材料、绝缘器材、集成电路基板、磨料磨具、陶瓷材料等许多领域。
α型氧化铝不溶于水和酸，工业上也称铝氧，是制金属铝的基本原料；也用于制各种耐火砖、耐火坩埚、耐火管、耐高温实验仪器；还可作研磨剂、阻燃剂、填充料等；。
氧化铝
氧化铝，又称三氧化二铝，分子量102，通常称为“铝氧”，是一种白色无定形粉状物，俗称矾土。
氧化铝，化学式为Al2O3，,刚玉型晶体接近于原子晶体，其它晶型的基本上是离子晶体，熔点为2050℃，沸点为3000℃，真密度为3.6g/cm。
外观：白色晶状粉末或固体它的流动性好，难溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。
它是铝电解生产中的主要原料。
有四种同素异构体β－氧化铝δ－氧化铝γ－氧化铝α－氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。
食入低危险吸入可能造成刺激或肺部伤害皮肤低危险眼睛低危险氧化铝是铝和氧的化合物，分子式为Al2O3。
在矿业、制陶业和材料科学上又被称为矾土。
氧化铝是没毒的（陶瓷、烤瓷牙齿等都是氧化铝），我们做菜用的锅很多就是用铝做的。
铝比较活泼，与空气中的氧气反应会变成氧化铝，这层氧化铝薄膜非常致密，附着在表面，阻止里面的铝继续与氧气反应。
平常我们摄入铝的途径只有一个：食物。
使用铝质的锅，再就是含有铝成分的食物（比如油条，炸油条的时候会使用明矾做膨化剂，明矾中含有铝元素）。
平常接触铝制品是没有问题的。
不会有中毒的危险铝有毒,但氧化铝不一定有毒，相反,碳无毒,CO却有毒γ型氧化铝γ型氧化铝是氢氧化铝在140-150℃的低温环境下脱水制得，工业上也叫活性氧化铝、铝胶．其结构中氧离子近似为立方面心紧密堆积，Al3+不规则地分布在由氧离子围成的八面体和四面体空隙之中．γ型氧化铝不溶于水，能溶于强酸或强碱溶液，将它加热至1200℃就全部转化为α型氧化铝．γ型氧化铝是一种多孔性物质，每克的内表面积高达数百平方米，活性高吸附能力强．工业品常为无色或微带粉红的圆柱型颗粒，耐压性好．在石油炼制和石油化工中是常用的吸附剂、催化剂和催化剂载体；在工业上是变压器油、透平油的脱酸剂，还用于色层分析；在实验室是中性强干燥剂，其干燥能力不亚于五氧化二磷，使用后在175℃以下加热6-8h还能再生重复使用．分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物，主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构，在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。
冰晶石晶格和氧化铝晶格的结构
Na + AlF63- AlF4- (F-) Al2O35%至电解 温度下的溶解度 AlOF32（AlOF54- ） 极限 AlOF2Al2O2F42-
Al2O3含量低的铝电解质熔体中桥式离子的结构
Na +
F-
Al2+
O2-
Al2O3含量低的铝电解质熔体中桥式离子的结构
Na3AlF6-Al2O3熔体中 各种离子含量
作 者 Grjotheim Brynestad Rolin Frank和Foster 年份 1956 1959 1960 1960 测定方法 冰点降低法 冰点降低法 冰点降低法 密度法
T（K）
1281 1281 1280 1273
α0 0.30 0.23 0.44 0.35
Bethokob
Holm Gilbert
15 Na +
Mol/kg溶液
10
Al2OF62-× 10
AlF45
Al2O2F42-× 10 AlF62F-
0 1 2 冰晶石摩尔比 3
冰晶石－氧化铝熔体的结构
冰晶石熔体的结构
根据液体与固体结构相似的理论，晶体在略高于其熔点 的温度下仍然不同程度地保持着固态质点所固有的有序 排列，即过程有序规律。而质点之间的远程有序规律不 再保持。 在冰晶石中，AlF63-近程有序，而它与N a(1)+, N a(2)+的有 序排列则为远程有序； 因此，冰晶石熔化时首先断裂的是AlF63-与N a+之间的化 学键,反应分两步： 1. Ｎa3AlF63Na++AlF632. AlF63-进一步分解： AlF63-AlF4-+2FAlF4-`AlF3`+3F
氧化铝晶体空间结构
氧化铝晶体空间结构
氧化铝有多种变体，其中最为人们所熟悉的是α型氧化铝和γ型氧化铝，二者均为白色无定形粉末。
自然界存在的刚玉为α型氧化铝，该晶体属于六方紧密堆积构型，氧原子按六方紧密堆积方式排列，6个氧原子围成一个八面体，在整个晶体中有三分之二的八面体孔穴为铝原子所占据。
由于这种紧密堆积结构，再加上晶体中铝离子与氧离子之间的吸引力强，晶格能大，所以α型氧化铝的熔点（2288K）和硬度（8.8）都很高。
γ型氧化铝只在低温条件下存在，强热至1273K可转化为α型氧化铝，γ氧化铝晶体属于立方面心紧密堆积构型，铝原子不规则地排列在由氧原子围成的八面体和四面体孔穴中。
还有一种为β型氧化铝，有离子传导能力（允许钠离子通过），金属铝表面的氧化铝薄膜为氧化铝的另外一种变体。
严格地说，氧化铝属于过渡型化合物，其主要为离子型而含部分共价型。
冶金级氧化铝 晶型
冶金级氧化铝晶型1. 引言1.1 引言氧化铝是一种广泛应用于冶金行业的重要材料，其晶型特点对材料的性能和应用具有重要影响。
通过对氧化铝晶型的研究和控制，可以改善材料的硬度、热稳定性、导热性等性能，提高材料的加工性能和耐久性。
在冶金级氧化铝中，晶型的定义主要指的是晶体的排列方式和结构特征。
晶型包括多种类型，如α-Al2O3、γ-Al2O3等，每种晶型都具有独特的结构和性质。
不同的晶型对应着不同的材料性能，因此在实际生产中需要根据具体需求选择合适的晶型和控制晶型结构。
晶型的控制技术是一项复杂而关键的工艺，在制备冶金级氧化铝时需要通过精确的工艺参数和控制手段来实现期望的晶型结构。
随着研究的不断深入，晶型控制技术也在不断创新和完善，为提高材料性能和应用范围提供了有力支持。
冶金级氧化铝的晶型研究是一个充满挑战和机遇的领域，通过深入探索晶型的特点、影响因素和控制方法，可以为提升材料性能和拓展应用领域打下坚实基础。
随着科技的不断进步，晶型研究的发展趋势将更加多样和前沿，为冶金行业的发展注入新的活力和动力。
2. 正文2.1 晶型的定义晶型是指固体材料中原子或分子排列的规则性和有序性。
在冶金级氧化铝中，晶型是指氧化铝颗粒内部原子或分子的排列方式，常见的晶型包括α-Al2O3、γ-Al2O3和θ-Al2O3等。
α-Al2O3为稳定的高温晶型，具有高硬度、耐高温、抗磨损等优良性能；γ-Al2O3在高温下会转变为α-Al2O3，具有较大的比表面积和活性，广泛应用于催化剂、吸附剂等领域；θ-Al2O3是一种过渡性晶型，在一定条件下可以转变为α-Al2O3或γ-Al2O3。
晶型对冶金级氧化铝的性能具有重要影响，不同晶型的氧化铝具有不同的物理、化学性质和应用特点。
晶型的控制技术包括物理方法、化学方法和工艺控制等，通过调控晶型可以改善冶金级氧化铝的性能。
随着科学技术的发展，晶型研究正朝着多晶体结构、纳米晶体制备、晶体生长机制等方面不断深入，为冶金级氧化铝的性能优化和应用拓展提供了良好的基础。
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R l 2a13a2
因此，可以用 l1 a 1l2 a 2l3 a 3表示一个空间格子
即一组（l1、l2、l3）的取值表示一个格点，所有（l1、l2、l3） 可能取值的集合就表示一个空间格子，这个空间格子又称为 布喇菲格子。
晶体可以看成是布喇菲格子的每一个格点上放上基元构成的
2）将B层原子放在Ａ层四个原子的 间隙里，第二层的每个球和第一层的 四个球紧密相切，如图，按AB AB AB ….次序沿垂直于层面方向叠加起 来就得到体心立方。体心立方单元如 图所示
3）用原点表示原子的位置，即得到 体心立方格子
Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等金属为典 型的具有体心立方晶格的金属
3、 面心立方
二维布喇菲格子
基矢
a1 a2
三维布喇菲格子 三维格子的重复单元是平行六面体 原胞对应体积最小的重复单元
基矢 a1 a2 a3
是原胞的三个边矢量
a3 a2 a1
晶胞
原胞是晶格的最小周期性单元，但是很多情况下原胞不 能反映晶格的对称性。因此，为了同时反映晶格的对称 性，往往会取较大的周期单元。结晶学中选取的单元称 为结晶学单胞，简称晶胞。
§1.2 晶体微观结构
1，基元
晶体可以由一种或多种原子（或离子）组成，它们构成晶体的基本结
构单元，称为基元。
2，晶格或点阵
晶体中的原子都是周期性地长程有序排列的，若把晶体内部的微粒看 成是几何学上的点，这些点按一定规则组成的空间格子称为晶格（或 点阵） 。
晶格
基元 +
晶格
晶体
常见的晶体的结构
1、 简单立方
例如面心立方晶格
原胞
a a1 2 ( j k)
a
a2
(i 2
k)
a
a3
(i 2
j)
晶胞
a ai b aj
c ak
2、晶格周期性的描述格矢
任意两个格点间的位移矢量，即格矢量，简称格矢
对于简单格子，一旦基矢被确定，则任一原子A的 位置可由下列格矢表示
例如
R l l1 a 1 l2 a 2 l3 a 3l1、l2、l3为一组整数
许多重要的化合物半导体，如InSb、ZnS、GaAs、InP等均 是闪锌矿结构。
晶格周期性的描述
1、晶格周期性的描述 晶格的共同特点是具有周期性，可以用原胞和基矢来描述这 一周期性
原胞 一个晶格中最小的周期性单元（重复单元）
二维布喇菲格子 原胞，由相邻的四个原子构成 的面积最小的平行四边形
基矢 原胞的边矢量
1）将原子球在一个平面内 按正方排列形成原子层
2）将原子层按图所示沿垂 直层面方向叠加起来就得到 简单立方结构，其最小的重 复结构单元如图
3）用原点表示原子的位置， 即得到简单立方格子
原子层 原子层 原子层
最小单元
简单立方 格子
2、 体心立方
1）原子球按正方形式铺开形成一原 子层，计为Ａ原子层，类似排列形成 另一原子层，计为Ｂ原子层
1）面心立方晶体的原胞和简单立方相 似，所不同的是，除立方体顶角上有原 子外，在立方体的六个面的中心还有六 个原子。
2）用原点表示原子的位置，即得到面心 立方格子
Cu、Al、Ni等具有面心立方结构。
4、 六角密排结构
1）原子球平铺在平面上，任意一个球都与六
个球相切，每三个相切的球的中心构成一等边 三角形，且每个球的周围有六个空隙，这样构 成一原子层，计为Ａ原子层。
晶体结构及氧化铝晶体特点
§1.1 晶体的宏观特征 §1.2 晶格的微观结构及常见的晶体结构 §1.3 晶格周期性的描述 §1.4 典型晶体结构的原胞和晶胞 §1.5 晶向&晶面及标记 §1.6 七大晶系&14种原胞 §1.7 氧化铝晶体结构简介
§1.1 晶体的宏观特征
1、晶体与非晶体
晶体：粒子（原子、离子或分子）在空间周期性地长程有 序排列形成的固体
金刚石由碳原子构成，其结构可以看成是由面心立方结构演变 而来的，即：在一个面心立方原胞的基础上在体内再额外加四 个原子，体内四个原子分别位于四个空间对角的1/4处。
面心立方
金刚石
重要的半导体材料，如Ge、Si等，都有四个价电子，其晶体结 构和金刚石相同
6、闪锌矿结构
和金刚石结构相似，所不同的是，在立方体顶角和面心处的 原子与体内原子分别属于不同的元素。
均匀性：晶体的宏观性质不随内部位置的变化而异。
对称性：晶体的宏观性质在不同方向有规律地重复出现的现象。
最低内能：从气态、液态、非晶态到晶态都要放热。反方向的变化都要吸
热。表明晶体内能最小，因此晶体最稳定。
熔点固定：当加热晶体到某一特定的温度是，晶体开始熔化，且在熔化过
程中保持温度不变，直至晶体全部溶化后，温度才又开始上升。。
2）类似排列形成另一原子层，计为Ｂ原子层。
3）将B层的球放在Ａ层相间的3个空隙里， B层每个球和A层三个球紧密相切，如图。
4）按AB AB AB ….次序沿垂直于层面方向 叠加起来就得到六角密排结构
5）用原点表示原子的位置，即得到六角密积格子
A B
Be、Mg、Zn、Cd等具有六角密排晶格结构。
5、 金刚石结构
非晶体：粒子在空间中无长程序排列形成的固体
Be2O3晶体
Be2O3玻璃
2、晶体的宏观特征
自范性：
晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发的成长 为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与 周围物质的界面，而呈现出凸多面体。 本质是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序 排列的宏观表象。
晶面角守恒：
对于一定类型的晶体来说，不论外形如何，其外 表的晶面间总有一特性的夹角。 a,b面，b,c面，a,c面三个夹角分别为141o47’， 120o00’，113o08’
晶体外形图 几种不同外形的石英晶体
解理性：晶体受外力作用时，具有沿某一个或几个特定晶面劈裂的性质。
如云母很容易沿自然层状结构平行方向劈为平面，这些劈裂面称为解理面。
各向异性：晶体的物理性质随观测方向而变化的现象。包括压电性质、
光学性质、磁学性质及热学性质等。如石墨的电导率沿晶体不同方向测时， 数值不同。
晶胞的边在晶轴方向，边长等于该方向上的一个周期，代表晶
胞三个边的矢量称为晶胞基矢，用 a 、 b 、 c 表示，这
三个矢量的长度a、b和c实际上就是所谓的晶格常数。
在一些情况下，晶胞就是原胞
例如简单立方晶格Biblioteka a1 aia ai
原胞 a2 aj 晶胞 b aj
a3 ak
c ak
而在另一些情况下，晶胞不是原胞