Alumina tồn tại ở một số dạng tinh thể, phổ biến và quan trọng nhất là -Al₂O₃ và -Al₂O₃. Ngoài ra, có hơn mười trạng thái chuyển tiếp, bao gồm , δ, θ, η và κ. Các dạng khác nhau này được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau do cấu trúc tinh thể, độ ổn định nhiệt và tính chất bề mặt khác nhau.
-Al₂O₃ (Alpha Alumina) – Dạng tinh thể ổn định nhất
Cấu trúc: Lục giác đóng-đóng gói (HCP), các ion oxy sắp xếp theo kiểu ABAB…, Al³⁺ chiếm 2/3 các kẽ bát diện, năng lượng mạng cao và cấu trúc có trật tự cao.
Đặc tính: Điểm nóng chảy cao tới 2050 độ, độ cứng Mohs 9, độ trơ hóa học mạnh, không tan trong nước, axit hoặc kiềm, chống ăn mòn và cách điện tốt.
Ứng dụng: Thường được gọi là corundum, được sử dụng trong sản xuất vật liệu chịu lửa, chất mài mòn, đá quý nhân tạo (hồng ngọc/sapphire), chất nền gốm và-các thành phần cấu trúc nhiệt độ cao.
-Al₂O₃ (Gamma Alumina) – Giai đoạn chuyển tiếp có hoạt tính cao
Cấu trúc: Khối đóng-đóng gói (CCP), tương tự như Spinel, với các ion nhôm phân bố trong các lỗ rỗng tứ diện và bát diện, biểu hiện nhiều khuyết tật bề mặt và lỗ rỗng.
Tính chất: Diện tích bề mặt riêng lớn (200–600 m2/g), bề mặt xốp, có tính axit mạnh, hòa tan trong axit và bazơ mạnh, chuyển hóa thành -Al₂O₃ trên 1200 độ.
Ứng dụng: Còn được gọi là "alumina hoạt tính", được sử dụng rộng rãi làm chất hỗ trợ xúc tác, chất hấp phụ, chất hút ẩm và vật liệu lọc khí thải ô tô.
-Al₂O₃ (Beta Alumina) – Pha đặc biệt có tính dẫn ion
Cấu trúc: Không phải Al₂O₃ nguyên chất, mà thực chất là aluminat chứa kim loại kiềm (chẳng hạn như Na⁺), có cấu trúc phân lớp cho phép các ion di chuyển giữa các lớp.
Tính chất: Có tính dẫn điện của các cation như Na⁺, có mật độ thấp và độ ổn định nhiệt kém.
Ứng dụng: Được sử dụng làm chất điện phân rắn trong pin natri-lưu huỳnh và vật liệu dẫn ion nhiệt độ-cao.
Các dạng tinh thể chuyển tiếp khác (δ, θ, η, κ, v.v.)
Đặc điểm chung: Tất cả đều là chất trung gian trong các quá trình chuyển pha có nhiệt độ-cao, có cấu trúc ở giữa và , chuyển dần dần về phía pha có nhiệt độ tăng dần.
Đặc trưng:
θ-Al₂O₃: Hệ tinh thể đơn nghiêng, diện tích bề mặt riêng vừa phải, thường được sử dụng làm chất xúc tác có nhiệt độ-cao.
δ-Al₂O₃: Cấu trúc hình khối đặt chính giữa mặt-, ổn định nhiệt tốt, được sử dụng trong lớp phủ-chống mài mòn.
κ-Al₂O₃: Hệ tinh thể lục giác, thu được bằng cách nung gibbsite ở 800–1150 độ, được sử dụng làm chất kết dính trong vật liệu chịu lửa. ρ-Al₂O₃: Gần như vô định hình với độ kết tinh kém, được sử dụng rộng rãi trong vật liệu đúc chịu lửa luyện kim.
