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棕剛玉的物理結構有必要對棕剛玉的結構作一簡單的了解，這樣可以避免發生不測的質量問題。棕剛玉的顯微鏡檢查表明，它是由α-氧化鋁晶粒構成的，被少量的玻璃狀熔渣(見圖2)粘在一起。滿足典型的技術條件的棕剛玉，由95%以上的α-氧化鋁晶體構成，是由含Ti2O3的Al2O3固溶體組成的。玻璃狀熔渣絕大部分由二氧化硅、二氧化鈦組成，還有電弧爐中存在的其他微量氧化物。這些氧化物構成了玻璃相，它在α-氧化鋁晶粒的晶體結構中只有較低的溶解度。玻璃狀熔渣的多少，及其與α-氧化鋁晶粒間雜質的分布是影響棕剛玉性能的主要因素。
α-氧化鋁賦予棕剛玉材料以硬度和高的熔點，同時玻璃相和雜質的存在則賦予棕剛玉以韌 性或抗破碎性。對滿足典型技術條件要求的棕剛玉，玻璃相中的二氧化硅和二氧化鈦的混合比例，理論上近于1：1，相中的二氧化硅太多，則過量的二氧化硅則不能保留在玻璃相中，而是與一部分氧化鋁反應生成莫來石(2SiO2(3Al2O3))，這將會降低棕剛玉的韌性。
另一方面，如果棕剛玉中有過量的氧化鈦(TiO2)，則不能保留在玻璃相中，而是與氧化鋁反應生成鈦酸鋁(TiO2(Al2O3))。鈦酸鋁是在α-氧化鋁晶粒和玻璃相界面上的第三相，會造成α-氧化鋁晶粒間玻璃相的弱化。三相之間的熱膨脹系數的差異也會在加熱過程中引起晶粒間的裂紋。
棕剛玉中的二氧化硅絕大部分是在玻璃相中發現的。典型的棕剛玉技術條件可接受的TiO2 ：SiO2的比值依次為2.5：1到6：1。二氧化鈦大多作為α-氧化鋁晶粒的固溶體存在。在爐內的還原過程中，一部分TiO2被還原成鈦的亞氧化物(Ti2O3)。必須十分關注二氧化鈦和二氧化鋁熔化混合物中的比例，使其保持在能生成符合技術條件的棕剛玉。同時，不能使棕剛玉中的TiO2過還原。固溶的Ti2O3的量對棕剛玉的煅燒顏色和韌性是非常重要的。
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