Корунд – это кристаллическая форма оксида алюминия ( Al 2 O 3 ), обычно содержащая следы железа , титана , ванадия и хрома . [3] [ 4] Это породообразующий минерал . Это естественный прозрачный материал, но он может иметь разные цвета в зависимости от присутствия примесей переходных металлов в его кристаллической структуре. [7] Корунд имеет две основные разновидности драгоценных камней: рубин и сапфир . Рубины имеют красный цвет из-за присутствия хрома, а сапфиры имеют различные цвета в зависимости от того, какой переходный металл присутствует. [7] Редкий вид сапфира, сапфир падпараджа , имеет розово-оранжевый цвет.
Название «корунд» происходит от тамильско - дравидийского слова курундам (рубин-сапфир) (в санскрите встречается как курувинда ). [8] [9]
Из-за твердости корунда (чистый корунд имеет показатель 9,0 по шкале Мооса ) он может поцарапать практически все другие минералы. Его обычно используют в качестве абразива для наждачной бумаги и крупных инструментов, используемых при обработке металлов, пластмасс и дерева. Наждак , разновидность корунда, не имеющая ценности как драгоценный камень, обычно используется в качестве абразива. Это черная зернистая форма корунда, в которой минерал тесно перемешан с магнетитом , гематитом или герцинитом . [6]
Помимо твердости, корунд имеет плотность 4,02 г/см 3 (251 фунт/ку фут), что необычно много для прозрачного минерала, состоящего из малоатомных элементов алюминия и кислорода . [10]
Корунд встречается в виде минерала в слюдяных сланцах , гнейсах и некоторых мраморах метаморфических террейнов . Он также встречается в интрузивах магматических сиенитов и нефелиновых сиенитов с низким содержанием кремния . Другие проявления представлены массами, примыкающими к ультраосновным интрузивам, связанным с дайками лампрофиров , и крупными кристаллами в пегматитах . [6] Он обычно встречается в виде обломочного минерала в речных и пляжных песках из-за его твердости и устойчивости к выветриванию. [6] Самый большой зарегистрированный монокристалл корунда имел размеры около 65 см × 40 см × 40 см (26 дюймов × 16 дюймов × 16 дюймов) и весил 152 кг (335 фунтов). [11] С тех пор этот рекорд был побит некоторыми синтетическими булями . [12]
Корунд для абразивов добывают в Зимбабве, Пакистане, Афганистане, России, Шри-Ланке и Индии. Исторически его добывали из месторождений, связанных с дунитами в Северной Каролине , США, и из нефелинового сиенита в Крейгмонте, Онтарио . [6] Корунд сорта Эмери встречается на греческом острове Наксос и недалеко от Пикскилла, штат Нью-Йорк , США. Абразивный корунд получают синтетическим путем из боксита . [6]
В Китае были обнаружены четыре корундовых топора, датируемые 2500 годом до нашей эры, из культур Лянчжу и культуры Саньсинцунь (последняя из которых расположена в районе Цзиньтань ). [13] [14]
Процесс Вернейля позволяет производить безупречные монокристаллические сапфиры и рубины гораздо большего размера, чем обычно встречаются в природе. Синтетический корунд ювелирного качества также можно вырастить путем выращивания под флюсом и гидротермального синтеза . Из-за простоты методов синтеза корунда на рынке стало доступно большое количество этих кристаллов за небольшую часть стоимости натуральных камней. [17]
Помимо декоративного применения, синтетический корунд также используется для производства механических деталей (трубок, стержней, подшипников и других механически обработанных деталей), устойчивой к царапинам оптики, устойчивых к царапинам часовых стекол, окон приборов для спутников и космических кораблей (из-за его прозрачности в от ультрафиолетового до инфракрасного диапазона) и лазерные компоненты. Например, главные зеркала детектора гравитационных волн KAGRA представляют собой сапфиры весом 23 кг (50 фунтов), [18] и Advanced LIGO рассматривали сапфировые зеркала весом 40 кг (88 фунтов). [19] Корунд также нашел применение при разработке керамической брони благодаря своей высокой прочности. [20]
Корунд кристаллизуется с тригональной симметрией в пространственной группе R 3 c и имеет параметры решетки a = 4,75 Å и c = 12,982 Å в стандартных условиях. Элементарная ячейка содержит шесть формульных единиц. [21] [4]
Прочность корунда чувствительна к шероховатости поверхности [22] [23] и кристаллографической ориентации. [24] Для синтетических кристаллов оно может составлять 6–7 МПа·м 1/2 , [24] и около 4 МПа·м 1/2 для природных. [25]
В решетке корунда атомы кислорода образуют слегка искаженную гексагональную плотную упаковку , в которой две трети октаэдрических позиций между ионами кислорода заняты ионами алюминия. [26] Отсутствие ионов алюминия в одном из трех узлов нарушает симметрию гексагональной плотной упаковки, снижая симметрию пространственной группы до R 3 c и кристаллический класс до тригонального. [27] Структуру корунда иногда описывают как псевдогексагональную структуру. [28]
Из-за своей распространенности корунд также стал названием основного структурного типа ( типа корунда ), встречающегося в различных бинарных и тройных соединениях . [29]
