刚玉（corundum）型结构的晶体（图3.21）属于三方晶系、菱面体格子。空间群R3c，其Strukturbericht符号为D51，Pearson符号为hR10，Z=2。菱面体晶胞中的原子坐标Al（0.333，0.667，0.0187），O（0.361，0.333，0.0833）。O做紧密堆积，Al填充于2/3的八面体空隙中，形成［AlO6］八面体。根据Pauling规则，为避免过多的［AlO6］八面体共面而降低结构稳定性，同层或层间的Al的相互距离应保持最大。结合Al、O的排布，每12个Al、O层为一个重复周期。具有刚玉结构的晶体主要有α-Al2O3、α-Fe2O3、α-Cr2O3等。

图3.21　刚玉菱面体晶胞示意图

α-Al2O3菱面体晶胞的晶格常数a=b=c=5.14Å，α=β=γ=55°17′。它是氧化铝的高温稳定型结构。在温度高于1300℃时，γ-Al2O3可转变为α-Al2O3。α-Al2O3的力学性能优异、硬度高，其莫氏硬度为9，仅次于金刚石。莫氏硬度是1812年奥地利矿物学家Fridrich Mohs提出的以10种硬度递增的矿物为标准来测定的相对硬度，表3.5。(www.daowen.com)

α-Al2O3可作氧化铝瓷的主晶相。工业上，人们常按Al2O3的质量分数来命名氧化铝瓷，如Al2O3的质量分数在75%左右，则称作75瓷。此外还有95瓷、99瓷等。氧化铝瓷的机电性能优良，而常用作结构材料，如切削金属的刀具、轴承球和研磨介质等。利用其优良的电绝缘性能来作陶瓷基板、真空开关和绝缘陶瓷。氧化铝生物陶瓷在1963年就开始用在外科手术中，那是因为其生物相容性较好之故。迄今，氧化铝瓷已在假牙、人工中耳骨等领域获得了应用。透明氧化铝瓷因对可见光、红外线有良好的透过性，而被用在高压钠灯和红外检测窗口上。

表3.5　莫氏硬度等级及标准矿物

氧化铝在珠宝领域也占有非常重要的地位。大家经常听说的红宝石、蓝宝石，其主晶相为α-Al2O3。红宝石含有少量的Cr3+，色泽随Cr3+的质量分数不同而变化。红宝石中的极品被称为“鸽血红”，它含Cr3+的质量分数在1%左右。红宝石还被誉为“爱情之石”、七月诞生石和结婚四十周年的纪念石。1920年，人们就已制造出了人工红宝石。人工红宝石可作为激光材料和工业应用。除红宝石外，蓝宝石是其他颜色的刚玉宝石之通称，其主要成分为α-Al2O3，常伴有Ti、V、Fe、Mn、Ni等过渡族的金属元素。蓝宝石中，蓝色蓝宝石被视为瑰宝，它的显色是因存在Fe2+和Ti4+之故；黄色蓝宝石主要由Fe3+或色心致色。