作為一種重要的研磨和拋光材料，氧化鋁制品可以是研磨介質(zhì)（球）、拋光液（膏）、砂紙、紗布（帶）、砂輪等等多種形式。不同應(yīng)用領(lǐng)域甚至相同應(yīng)用的不同階段對氧化鋁研磨（拋光）制品也提出了不同要求，其差異主要體現(xiàn)在氧化鋁的粒度、形貌、添加劑和硬度幾個方面。本文側(cè)重從硬度追溯氧化鋁原材料，整理介紹一些相關(guān)的產(chǎn)品及其具體應(yīng)用。

多種多樣的拋光制品（來源：Saint-Gobain norton）

影響氧化鋁拋光產(chǎn)品硬度的主要因素包括磨粒大小、添加劑（膠結(jié)劑）、燒結(jié)度（溫度、時間等）以及氧化鋁晶相。通常磨粒大小和硬度成正比，添加劑則從多方面對晶粒尺寸、顆粒排列甚至晶格修飾造成影響，燒結(jié)度則是過程控制使致密度和均勻性得到調(diào)整，而晶型以α相和γ相最為常見，其組成占比對產(chǎn)品硬度的影響也是最大的。

氧化鋁系統(tǒng)中的相變

（圖表來源：https://doi.org/10.3390/ma13071787）

α氧化鋁

莫氏硬度9，密度約為3.9g/cm3，以晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有高硬度和較好的耐磨性而應(yīng)用最為廣泛，通常以各類剛玉磨料產(chǎn)品形式出現(xiàn)，并且可以與其他陶瓷材料形成復(fù)合磨料，比如和氧化鋯結(jié)合（鋯英砂和氧化鋁高溫熔合）以提高韌性。

具體產(chǎn)品如單晶氧化鋁磨料可以提供更鋒利的切割作用并提高內(nèi)部結(jié)合的強度；納米多晶氧化鋁磨料以高穩(wěn)定（不會再結(jié)晶）和高分散性而用于CMP拋光；以Norton出品的高端SG剛玉磨料為代表，其結(jié)合溶膠-凝膠技術(shù)，通過將前體溶膠混合成型并干燥和煅燒制備而成，以優(yōu)異性能（韌性好、自銳性好、使用壽命長等）得到廣泛關(guān)注，人們后來將它們統(tǒng)稱為SG磨料或陶瓷剛玉磨料……

Norzon NV的氧化鋁氧化鋯復(fù)合磨料

圣戈班MA88單晶氧化鋁顆粒

納米多晶氧化鋁

SG磨料

γ氧化鋁

莫氏硬度6-8左右，密度通常在3.5g/cm3以上但低于α氧化鋁，比表面積范圍寬，最高約達400m2/g，晶粒較小可至幾十甚至十幾納米。γ氧化鋁的納米級顆粒尺寸和高比表面積使其適用于精密拋光應(yīng)用，尤其是在需要高質(zhì)量表面光潔度和嚴格公差的行業(yè)，比如光學(xué)元件、半導(dǎo)體晶圓（CMP）和金相拋光（拋光金相試樣以揭示金屬和合金的微觀結(jié)構(gòu)）等。

有業(yè)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)為細分領(lǐng)域開發(fā)了α-γ混晶氧化鋁磨料（通過調(diào)整α相和γ相氧化鋁的比例和制備工藝，可以定制復(fù)合磨料）以兼顧不同的磨削和拋光需求，適用于一些特殊的應(yīng)用。

市售γ氧化鋁粉體和懸浮液（左）及以其為原料制備的CMP漿料（右）

80%α氧化鋁/20%γ氧化鋁的混晶氧化鋁磨料

（來源：US Research Nanomaterials, Inc）

小結(jié)

筆者曾向國內(nèi)某汽車拋光劑開發(fā)商了解到，其向國內(nèi)磨料粉體企業(yè)尋找可替代產(chǎn)品時發(fā)現(xiàn)，經(jīng)第三方檢測到粒徑、純度完美對標進口氧化鋁的國內(nèi)產(chǎn)品在同樣的溶劑體系下，二者的拋光效果大相徑庭。本文從最影響拋光效果的硬度角度出發(fā)，判斷主要原因應(yīng)該與磨粒微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)，而氧化鋁晶型的組成或許是問題癥結(jié)所在。由于水平有限，僅以小文拋磚引玉，希望業(yè)內(nèi)學(xué)者和專家多提意見。

粉體圈 啟東