當(dāng)α-Al2O3含量大于90wt%時，我們稱這樣的耐火材料為燒結(jié)剛玉。燒結(jié)剛玉是采用Al2O3(γ-Al2O3)為原料，經(jīng)成型后在1900℃高溫下煅燒成的耐火熟料。
燒結(jié)氧化鋁主要由剛玉細(xì)晶粒直接結(jié)合而制備出來，其體積密度在3.60g/cm3以上，顯氣孔率在3.0%以下，耐火度≥1800℃。高溫煅燒后的α-Al2O3晶體發(fā)育良好，呈板狀結(jié)構(gòu)，且內(nèi)部有較多的封閉氣孔有利于改善其抗熱震、抗剝落性。在不添加添加劑情況下，其燒結(jié)剛玉純度高，體積穩(wěn)定性好，重?zé)湛s率極小，因此具有以下性能：
(1)硬度大，莫氏硬度9;
(2)熔點高，約2040℃;
(3)耐侵蝕，除氫氟酸、磷酸外，不與大多數(shù)堿和礦物酸反應(yīng);(4)高導(dǎo)熱性，高溫下電性能優(yōu)良;
(5)單顆粒強度高，使燒結(jié)剛玉具有很高的強度。
1. 剛玉的燒結(jié)性
剛玉中α-Al2O3的原子間鍵合能較大，燒結(jié)較困難，不引入助燒劑前提下，剛玉的燒結(jié)溫度達(dá)到1800℃左右，如此高的燒結(jié)溫度將使晶界的擴(kuò)散速度大于氣孔通過晶界排出速度，使氣孔不易排出，導(dǎo)致材料氣密性變差及力學(xué)性能的降低。
對于燒結(jié)剛玉，目前主要采用兩種方法來降低燒結(jié)溫度。一種是通過獲得晶粒小、比表面積大、表面活性高的單分散超細(xì)粉來降低溫度，但此方法對降低Al2O3的燒結(jié)溫度有限，且燒后試樣的晶體較小。
另一種方法引入適量的燒結(jié)助劑(TiO2、MgO、SiO2等)，通過與氧化鋁形成固溶體或低溫液相的方式來提高擴(kuò)散系數(shù)，降低氧化鋁燒結(jié)溫度。其中復(fù)合燒結(jié)助劑的致密效果最好，但引入的第二相種類會增多，影響其剛玉相含量及高溫性能。而單一添加劑中促燒結(jié)效果較好的為TiO2燒結(jié)助劑，且不會產(chǎn)生液相，影響其高溫性能，因此以TiO2作為剛玉的促燒結(jié)助劑得到了廣泛的應(yīng)用。
2. 燒結(jié)剛玉的種類及應(yīng)用
目前市場上主要為燒結(jié)和電熔這兩種剛玉，電熔剛玉主要有電熔白剛玉、電熔鉻剛玉、電熔致密剛玉等。但燒結(jié)剛玉的品種較電熔剛玉相比較單一，隨電費價格上漲，將提高電熔剛玉的生產(chǎn)成本，使燒結(jié)剛玉市場進(jìn)一步擴(kuò)大，所以研究開發(fā)多種燒結(jié)剛玉，成為當(dāng)下研究的熱點之一，以下為幾種燒結(jié)剛玉及其用途。
輕質(zhì)燒結(jié)剛玉是以過渡相氧化鋁為原料，采用發(fā)泡技術(shù)燒成的具有核殼結(jié)構(gòu)的多孔耐火材料。這種多孔剛玉的孔多為封閉氣孔，通過控制發(fā)泡劑加入量來控制其致密度。輕質(zhì)燒結(jié)剛玉主要在鋼包澆注料中使用，其封閉氣孔可以顯著降低降低熱導(dǎo)率并改善抗熱震性。
微孔燒結(jié)剛玉是一種比普通板狀剛玉體積密度低的耐火材料。微孔燒結(jié)剛玉具有更多的晶內(nèi)和晶間氣孔，孔大小維持在微米級，但其化學(xué)組成上與燒結(jié)板狀剛玉一樣。微孔燒結(jié)剛玉的氣孔使其具有體積密度小、導(dǎo)熱率低、強度高等特點。根據(jù)此性質(zhì)，可將微孔燒結(jié)剛玉部分替代燒結(jié)板狀剛玉應(yīng)用在鋼包內(nèi)，降低熱損失。
致密燒結(jié)剛玉是一種新型高密度燒結(jié)剛玉。相比普通燒結(jié)板狀剛玉，致密燒結(jié)剛玉的體積密度>3.65g/cm3，顯氣孔率<3.0%，相比原來的標(biāo)準(zhǔn)值有了大幅的提升，將有效改善燒結(jié)剛玉的性能，延長其使用壽命。較高的致密性使它具有更好耐磨性和抗沖刷性，這對于使用條件比較苛刻的耐火制品，如滑板、三大件、透氣磚及鋼包沖擊區(qū)澆注料等抗沖刷性要求高的耐火制品，使用致密燒結(jié)剛玉可其使用壽命和安全系數(shù)大幅度提高。
燒結(jié)鈦剛玉是一種在氧化鋁中引入TiO2，經(jīng)成型高溫煅燒制備出來的特種剛玉。由于Al2O3與TiO2的晶格常數(shù)接近，Ti4+和Al3+會發(fā)生有限置換，造成晶格畸變，活化晶格，顯著提高燒結(jié)活性，降低其燒結(jié)溫度。燒結(jié)鈦剛玉的機(jī)械強度大，抗彈性能好，可以與β-剛玉一起在玻璃窯的熔池中應(yīng)用，改善高溫條件下的韌性。
因此，研究不同種類的燒結(jié)剛玉，充分發(fā)揮燒結(jié)剛玉的優(yōu)良性能，降低其燒結(jié)溫度，改善其燒后性能，進(jìn)一步增大燒結(jié)剛玉的應(yīng)用，已成為當(dāng)下燒結(jié)剛玉的發(fā)展趨勢。
