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（球）、拋光液（膏）、砂紙、紗布（帶）、砂輪等等多種形式。不同應用領域甚至相同應用的不同階段對氧化鋁研磨（拋光）制品也提出了不同要求，其差異主要體現在氧化鋁的粒度、形貌、添加劑和硬度幾個方面。本文側重從硬度追溯氧化鋁原材料，整理介紹一些相關的產品及其具體應用。

多種多樣的拋光制品（來源：Saint-Gobain norton）

影響氧化鋁拋光產品硬度的主要因素包括磨粒大小、添加劑（膠結劑）、燒結度（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，燒結度則是過程控制使致密度和均勻性得到調整，而晶型以α相和γ相最為常見，其組成占比對產品硬度的影響也是最大的。

氧化鋁系統中的相變

（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，以晶體結構穩定，具有高硬度和較好的耐磨性而應用最為廣泛，通常以各類剛玉磨料產品形式出現，并且可以與其他陶瓷材料形成復合磨料，比如和氧化鋯結合（鋯英砂和氧化鋁高溫熔合）以提高韌性。

具體產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部結合的強度；納米多晶氧化鋁磨料以高穩定（不會再結晶）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，其結合溶膠-凝膠技術，通過將前體溶膠混合成型并干燥和煅燒制備而成，以優異性能（韌性好、自銳性好、使用壽命長等）得到廣泛關注，人們后來將它們統稱為SG磨料或陶瓷剛玉磨料……

Norzon NV的氧化鋁氧化鋯復合磨料

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用，尤其是在需要高質量表面光潔度和嚴格公差的行業，比如光學元件、半導體晶圓（CMP）和金相拋光（拋光金相試樣以揭示金屬和合金的微觀結構）等。

有業內領先企業為細分領域開發了α-γ混晶氧化鋁磨料（通過調整α相和γ相氧化鋁的比例和制備工藝，可以定制復合磨料）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

筆者曾向國內某汽車拋光劑開發商了解到，其向國內磨料粉體企業尋找可替代產品時發現，經第三方檢測到粒徑、純度完美對標進口氧化鋁的國內產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，判斷主要原因應該與磨粒微觀結構相關，而氧化鋁晶型的組成或許是問題癥結所在。由于水平有限，僅以小文拋磚引玉，希望業內學者和專家多提意見。

粉體圈 啟東