L'allumina esiste in diverse forme cristalline, le più comuni e importanti sono -Al₂O₃ e -Al₂O₃. Inoltre, esistono più di dieci stati di transizione, inclusi , δ, θ, η e κ. Queste diverse forme sono utilizzate in vari campi a causa delle loro diverse strutture cristalline, stabilità termica e proprietà superficiali.
-Al₂O₃ (allumina alfa) – La forma cristallina più stabile
Struttura: esagonale compatto-impacchettato (HCP), ioni di ossigeno disposti in uno schema ABAB…, Al³⁺ che occupa 2/3 degli interstizi ottaedrici, elevata energia reticolare e struttura altamente ordinata.
Proprietà: punto di fusione fino a 2050 gradi, durezza Mohs 9, forte inerzia chimica, insolubile in acqua, acidi o alcali, resistente alla corrosione e buon isolamento elettrico.
Applicazioni: comunemente noto come corindone, utilizzato nella produzione di materiali refrattari, abrasivi, pietre preziose artificiali (rubini/zaffiri), substrati ceramici e componenti strutturali ad alta-temperatura.
-Al₂O₃ (Gamma allumina) – Una fase di transizione altamente attiva
Struttura: cubica compattata- (CCP), simile allo spinello, con ioni alluminio distribuiti in vuoti tetraedrici e ottaedrici, che presentano numerosi difetti superficiali e pori.
Proprietà: ampia area superficiale specifica (200–600 m²/g), superficie porosa, fortemente acida, solubile in acidi e basi forti, si trasforma in -Al₂O₃ sopra 1200 gradi.
Applicazioni: nota anche come "allumina attivata", ampiamente utilizzata come supporto catalitico, materiale adsorbente, essiccante e per la purificazione degli scarichi automobilistici.
-Al₂O₃ (beta allumina) – Una fase speciale con conduttività ionica
Struttura: non Al₂O₃ puro, ma in realtà un alluminato contenente metalli alcalini (come Na⁺), che possiede una struttura a strati che consente agli ioni di migrare tra gli strati.
Proprietà: possiede la conduttività di cationi come Na⁺, ha una bassa densità e una scarsa stabilità termica.
Applicazioni: utilizzato come elettrolita solido nelle batterie al sodio-zolfo e come materiale conduttore ionico ad alta-temperatura.
Altre forme cristalline di transizione (δ, θ, η, κ, ecc.)
Caratteristiche comuni: sono tutti intermedi nei processi di transizione di fase ad alta-temperatura, con strutture comprese tra e , che si trasformano gradualmente verso la fase con temperatura crescente.
Caratteristiche:
θ-Al₂O₃: sistema cristallino monoclino, area superficiale specifica moderata, spesso utilizzato come supporto catalitico ad alta-temperatura.
δ-Al₂O₃: struttura cubica a faccia-centrata, buona stabilità termica, utilizzata nei rivestimenti-resistenti all'usura.
κ-Al₂O₃: sistema cristallino esagonale, ottenuto calcinando la gibbsite a 800–1150 gradi, utilizzato come legante nei materiali refrattari. ρ-Al₂O₃: quasi amorfo con scarsa cristallinità, ampiamente utilizzato nei calcinabili refrattari metallurgici.
