晶体结构晶体结构& &氧化铝晶体结构简介氧化铝晶体结构简介 §1.1 晶体的宏观特征晶体的宏观特征§1.2 晶格的微观结构及常见的晶体结构晶格的微观结构及常见的晶体结构§1.3 晶格周期性的描述晶格周期性的描述§1.4 典型晶体结构的原胞和晶胞典型晶体结构的原胞和晶胞§1.5 晶向晶向&晶面及标记晶面及标记§1.6 七大晶系七大晶系&14种原胞种原胞§1.7 氧化铝晶体结构简介氧化铝晶体结构简介 §1.1 晶体的宏观特征晶体晶体：粒子（原子、离子或分子）在空间周期性地：粒子（原子、离子或分子）在空间周期性地长程有长程有 序排列序排列形成的固体形成的固体1、晶体与非晶体、晶体与非晶体Be2O3晶体晶体非晶体非晶体：粒子在空间中无：粒子在空间中无长程序排列长程序排列形成的固体形成的固体Be2O3玻璃玻璃 2、晶体的宏观特征、晶体的宏观特征自范性自范性：：晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发的成长为单晶体，发育良好的单晶体物质在适当的结晶条件下，都能自发的成长为单晶体，发育良好的单晶体均以平面作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面体晶体均以平面作为它与周围物质的界面，而呈现出凸多面体。
本质是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象本质是晶体中粒子微观空间里呈现周期性的有序排列的宏观表象晶面角守恒晶面角守恒：：对于一定类型的晶体来说，不论外形如何，其外表的晶面间总有一特性的对于一定类型的晶体来说，不论外形如何，其外表的晶面间总有一特性的夹角a,b面，面，b,c面，面，a,c面三个夹角分别为面三个夹角分别为141o47’，，120o00’，，113o08’几种不同外形的石英晶体几种不同外形的石英晶体晶体外形图晶体外形图 解理性解理性：：晶体受外力作用时，具有沿某一个或几个特定晶面劈裂的性质晶体受外力作用时，具有沿某一个或几个特定晶面劈裂的性质如云母很容易沿自然层状结构平行方向如云母很容易沿自然层状结构平行方向劈为平面，这些劈裂面称为解理面劈为平面，这些劈裂面称为解理面各向异性各向异性：：晶体的物理性质随观测方向而变化的现象包括压电性质、光学性质、磁学性质及热学性质等晶体的物理性质随观测方向而变化的现象包括压电性质、光学性质、磁学性质及热学性质等如石墨的电导率沿晶体不同方向测时，数值不同如石墨的电导率沿晶体不同方向测时，数值不同均匀性均匀性：：晶体的宏观性质不随内部位置的变化而异。
晶体的宏观性质不随内部位置的变化而异对称性对称性：：晶体的宏观性质在不同方向有规律地重复出现的现象晶体的宏观性质在不同方向有规律地重复出现的现象最低内能最低内能：：从气态、液态、非晶态到晶态都要放热反方向的变化都要吸热表明晶体内能最小，因此晶体最稳从气态、液态、非晶态到晶态都要放热反方向的变化都要吸热表明晶体内能最小，因此晶体最稳定熔点固定熔点固定：：当加热晶体到某一特定的温度是，晶体开始熔化，且在熔化过程中保持温度不变，直至晶体全部溶化当加热晶体到某一特定的温度是，晶体开始熔化，且在熔化过程中保持温度不变，直至晶体全部溶化后，温度才又开始上升后，温度才又开始上升 §1.2 晶体微观结构晶体微观结构2，晶格或点阵，晶格或点阵晶体中的原子都是周期性地长程有序排列的，晶体中的原子都是周期性地长程有序排列的，若把晶体内部的微粒看成是几何学上的点，这些点按一定若把晶体内部的微粒看成是几何学上的点，这些点按一定规则组成的空间格子称为晶格（或点阵）规则组成的空间格子称为晶格（或点阵） 1，基元，基元晶体可以由一种或多种原子（或离子）组成，它们构成晶体的基本结构单元，称为基元晶体可以由一种或多种原子（或离子）组成，它们构成晶体的基本结构单元，称为基元。
晶格晶格 基元基元+晶体晶体晶格晶格 1、、 简单立方简单立方1）将原子球在一个平面内按正方排列形成）将原子球在一个平面内按正方排列形成原子层原子层2））将将原原子子层层按按图图所所示示沿沿垂垂直直层层面面方方向向叠叠加加起起来来就就得得到到简简单单立立方方结结构构，，其其最最小小的的重重复复结构单元如图结构单元如图3）用原点表示原子的位置，即得到）用原点表示原子的位置，即得到简单立方简单立方格子格子 常见的晶体的结构常见的晶体的结构原子层原子层原子层原子层原子层原子层最小单元最小单元简单立方简单立方格子格子 2、、 体心立方体心立方1）原子球按正方形式铺开形成一原子层，计为Ａ原子）原子球按正方形式铺开形成一原子层，计为Ａ原子层，类似排列形成另一原子层，计为Ｂ原子层层，类似排列形成另一原子层，计为Ｂ原子层2））将将B层层原原子子放放在在ＡＡ层层四四个个原原子子的的间间隙隙里里，，第第二二层层的的每每个个球球和和第第一一层层的的四四个个球球紧紧密密相相切切，，如如图图，，按按AB AB AB ….次次序序沿沿垂垂直直于于层层面面方方向向叠叠加加起起来来就就得得到到体体心心立立方方体体心立方单元如图所示心立方单元如图所示3）用原点表示原子的位置，即得到）用原点表示原子的位置，即得到体心立方格子体心立方格子Li、、Na、、K、、Rb、、Cs、、Fe等金属为典型的具有体心立方晶等金属为典型的具有体心立方晶格的金属格的金属 3、、 面心立方面心立方1））面面心心立立方方晶晶体体的的原原胞胞和和简简单单立立方方相相似似，，所所不不同同的的是是，，除除立立方方体体顶顶角角上上有有原原子子外外，，在在立立方方体体的的六六个个面面的的中中心心还还有有六六个个原子。
原子2）用原点表示原子的位置，即得到面心立方格子）用原点表示原子的位置，即得到面心立方格子Cu、、Al、、Ni等具有面心立方结构等具有面心立方结构 4、、 六角密排结构六角密排结构1））原原子子球球平平铺铺在在平平面面上上，，任任意意一一个个球球都都与与六六个个球球相相切切，，每每三三个个相相切切的的球球的的中中心心构构成成一一等等边边三三角角形形，，且且每每个个球球的的周周围围有有六六个个空空隙隙，，这这样样构构成成一一原子层，计为Ａ原子层原子层，计为Ａ原子层3））将将B层层的的球球放放在在ＡＡ层层相相间间的的3个个空空隙隙里里，，B层层每每个个球球和和A层层三三个个球球紧密相切，如图紧密相切，如图2）类似排列形成另一原子层，计为Ｂ原子层类似排列形成另一原子层，计为Ｂ原子层4））按按AB AB AB ….次次序序沿沿垂垂直直于于层层面面方方向向叠叠加加起起来来就就得得到到六六角角密密排结构排结构5）用原点表示原子的位置，即得到六角密积格子）用原点表示原子的位置，即得到六角密积格子Be、、Mg、、Zn、、Cd等具有六角密排晶格结构等具有六角密排晶格结构BA 5、、 金刚石结构金刚石结构金金刚刚石石由由碳碳原原子子构构成成，，其其结结构构可可以以看看成成是是由由面面心心立立方方结结构构演演变变而而来来的的，，即即：：在在一一个个面面心心立立方方原原胞的基础上在体内再额外加四个原子，体内四个原子分别位于四个空间对角的胞的基础上在体内再额外加四个原子，体内四个原子分别位于四个空间对角的1/4处。
处面心立方面心立方金刚石金刚石重要的半导体材料，如重要的半导体材料，如Ge、、Si等，都有四个价电子，其晶体结构和金刚石相同等，都有四个价电子，其晶体结构和金刚石相同 6、、闪锌矿结构闪锌矿结构和金刚石结构相似，所不同的是，在立方体顶角和面心处的原子与体内原子分别属于不同和金刚石结构相似，所不同的是，在立方体顶角和面心处的原子与体内原子分别属于不同的元素许多重要的化合物半导体，如许多重要的化合物半导体，如InSb、、ZnS、、GaAs、、InP等均是闪锌矿结构等均是闪锌矿结构 1、晶格周期性的描述、晶格周期性的描述原胞原胞一个晶格中最小的周期性单元（重复单元）一个晶格中最小的周期性单元（重复单元）晶格的共同特点是具有周期性，可以用晶格的共同特点是具有周期性，可以用原胞原胞和和基矢基矢来描述这一周期性来描述这一周期性二维布喇菲格子二维布喇菲格子原胞，由相邻的四个原子构成的面积最小的平原胞，由相邻的四个原子构成的面积最小的平行四边形行四边形晶格周期性的描述晶格周期性的描述 二维布喇菲格子二维布喇菲格子基矢基矢基矢基矢原胞的边矢量原胞的边矢量三维格子的重复单元是平行六面体三维格子的重复单元是平行六面体基矢基矢是原胞的三个边矢量是原胞的三个边矢量原胞对应体积最小的重复单元原胞对应体积最小的重复单元三维布喇菲格子三维布喇菲格子 晶胞的边在晶轴方向，边长等于该方向上的一个周期，代表晶胞三个边的矢量称为晶胞基矢，晶胞的边在晶轴方向，边长等于该方向上的一个周期，代表晶胞三个边的矢量称为晶胞基矢，用 、用 、 、 表示，这、 表示，这三个矢量的长度三个矢量的长度a、、b和和c实际上就是所谓的晶格常数。
实际上就是所谓的晶格常数原胞是晶格的最小周期性单元，但是很多情况下原胞不能反映晶格的对称性因此，原胞是晶格的最小周期性单元，但是很多情况下原胞不能反映晶格的对称性因此，为了同时反映晶格的对称性，往往会取较大的周期单元结晶学中选取的单元称为结为了同时反映晶格的对称性，往往会取较大的周期单元结晶学中选取的单元称为结晶学单胞，简称晶学单胞，简称晶胞晶胞晶胞晶胞 在一些情况下，晶胞就是原胞在一些情况下，晶胞就是原胞而在另一些情况下，晶胞不是原胞而在另一些情况下，晶胞不是原胞原胞晶胞原胞晶胞例如简单立方晶格例如简单立方晶格例如面心立方晶格例如面心立方晶格 2、晶格周期性的描述、晶格周期性的描述格矢格矢对于简单格子，一旦基矢被确定，则任一原子对于简单格子，一旦基矢被确定，则任一原子A的位置可由下列格矢表示的位置可由下列格矢表示任意两个格点间的位移矢量，即任意两个格点间的位移矢量，即格矢量，简称格矢格矢量，简称格矢例如例如l1、、l2、、l3为一组整数为一组整数 因此，可以用 表示一个空间格子因此，可以用 表示一个空间格子即一组（即一组（l1、、l2、、l3）的取值表示一个格点，所有（）的取值表示一个格点，所有（l1、、l2、、l3）可能取值的集合就表示一个）可能取值的集合就表示一个空间格子，这个空间格子又称为空间格子，这个空间格子又称为布喇菲布喇菲格子格子。
晶体可以看成是布喇菲格子的每一个格点上放上基元构成的晶体可以看成是布喇菲格子的每一个格点上放上基元构成的 晶体＝布喇菲格子＋基元晶体＝布喇菲格子＋基元 复式格子复式格子如果晶体包含两种或两种以上的原子，则不同的原子各自构成自身的布喇菲格子（子晶格），若干个相同的布喇菲如果晶体包含两种或两种以上的原子，则不同的原子各自构成自身的布喇菲格子（子晶格），若干个相同的布喇菲格子相互位移套构而形成所谓的格子相互位移套构而形成所谓的复式格子复式格子整个金刚石晶格可以看成是由沿体对角线相互位移四分之一对角线长整个金刚石晶格可以看成是由沿体对角线相互位移四分之一对角线长度的两个面心立方晶格套构而成度的两个面心立方晶格套构而成整个整个NaCl晶格可以看成是由沿体对角线相互位移二分之一对角线长度晶格可以看成是由沿体对角线相互位移二分之一对角线长度的两个面心立方晶格套构而成的两个面心立方晶格套构而成 对于复式格子，任一原子对于复式格子，任一原子A的位置可由下列格矢表示的位置可由下列格矢表示l1、、l2、、l3为一组整数为一组整数 ＝＝1，，2，，3….例如：金刚石晶格例如：金刚石晶格对角线上的原子（红色）位置对角线上的原子（红色）位置面心立方位置上（绿色）的原子位置面心立方位置上（绿色）的原子位置是原胞中各种等价原子之间的相对位移是原胞中各种等价原子之间的相对位移 §1.4 常见晶体结构的原胞和晶胞常见晶体结构的原胞和晶胞（（1）简单立方）简单立方体 积体 积原子数原子数1原胞原胞晶胞晶胞晶胞晶胞＝原胞＝原胞体 积体 积原胞只含一个原子原胞只含一个原子基矢基矢 （（2）体心立方）体心立方体 积体 积原子数原子数2晶胞晶胞原胞原胞由立方体的中心到三个顶点引三个基矢由立方体的中心到三个顶点引三个基矢基矢基矢原胞只含一个原子原胞只含一个原子体 积体 积 （（3）面心立方）面心立方原胞原胞晶胞晶胞原子数原子数4体 积体 积原胞只含一个原子原胞只含一个原子体 积体 积基矢基矢由立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢由立方体的顶点到三个近邻的面心引三个基矢基矢基矢 （（4）六方结构）六方结构原胞基矢原胞基矢 、、 在密排面内，互成在密排面内，互成1200角角 沿垂直密排面的方向。
沿垂直密排面的方向基矢基矢 §1.5 晶向 晶面和它们的标记晶向 晶面和它们的标记通通过过任任何何两两个个格格点点连连一一直直线线，，则则这这直直线线上上包包含含无无限限个个相同的格点，这样的直线称为晶体的晶列相同的格点，这样的直线称为晶体的晶列相互平行的晶列，叫做一族晶列整个晶体可以看作相互平行的晶列，叫做一族晶列整个晶体可以看作是由一族晶列组成的一族晶列不但方向不同而且格是由一族晶列组成的一族晶列不但方向不同而且格点分布的周期也相同不同方向的晶列不但方向不同点分布的周期也相同不同方向的晶列不但方向不同而且晶列上格点排列的周期也不同而且晶列上格点排列的周期也不同晶列晶列晶体具有方向性，沿晶格不同方向晶体性质不同，如何区别和标志晶格中不同的方向晶体具有方向性，沿晶格不同方向晶体性质不同，如何区别和标志晶格中不同的方向 一族晶列定义了一个方向，称为晶向一族晶列定义了一个方向，称为晶向确定晶向的一组参数[l1、、l2、、l3]晶向晶向晶向指数晶向指数l1、、l2、、l3为一组整数为一组整数以晶列上任一格点以晶列上任一格点O为原点，以原胞的为原点，以原胞的3个单位矢量 个单位矢量 为轴建立坐标系为轴建立坐标系则在该晶列上任取则在该晶列上任取1格点格点A，其位矢可表示为：，其位矢可表示为：很明显，晶列很明显，晶列OA的取向被的取向被l1、、l2、、l3三个整数所确定。
三个整数所确定若若l1、、l2、、l3为互质整数，则可直接用这三个互质整数来表示该晶列的方向为互质整数，则可直接用这三个互质整数来表示该晶列的方向称为晶向指数称为晶向指数若若l1、、l2、、l3不为互质整数，则先要将这三个数简约为互质整数不为互质整数，则先要将这三个数简约为互质整数确定晶向指数方法确定晶向指数方法 简立方格子立方边简立方格子立方边OAOA、面对角线、面对角线OBOB和体对角线和体对角线OCOC的晶向指数的晶向指数立方边立方边OAOA的晶向指数为的晶向指数为[100]立方边共有立方边共有6个不同的晶向，晶向指数分别个不同的晶向，晶向指数分别为为由于立方晶格的对称性，每一组晶向中所有晶向是等效的，因由于立方晶格的对称性，每一组晶向中所有晶向是等效的，因此，常常用此，常常用<100><100>表示边的表示边的晶向数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的属于同一族晶向数字相同，但排列顺序不同或正负号不同的属于同一族晶向 体对角线体对角线OCOC的晶向指数为的晶向指数为[111]体对角线共有体对角线共有8个不同的晶向个不同的晶向面对角线面对角线OBOB的晶向指数为的晶向指数为[110]面对角线共有面对角线共有12个不同的晶向个不同的晶向同理，由于立方晶格的对称性，常常用同理，由于立方晶格的对称性，常常用<110><110>和和<111><111>分别表示边、面对角和体对角线的分别表示边、面对角和体对角线的晶向。
晶向 晶格中同一平面上的各点所构成的平面晶格中同一平面上的各点所构成的平面晶面晶面晶面指数晶面指数确定晶面空间取向的一组参数（确定晶面空间取向的一组参数（hkl），也叫密勒指数），也叫密勒指数 密勒指数的确认方法密勒指数的确认方法晶格中任选一格点为原点，以晶胞的晶格中任选一格点为原点，以晶胞的3个棱边为坐标轴，组成坐标系，求出任一晶面在三根个棱边为坐标轴，组成坐标系，求出任一晶面在三根轴上的截距（轴上的截距（pqr），求倒数（），求倒数（1/p, 1/q, 1/r））,约化为为质数（最小整数）（约化为为质数（最小整数）（hkl）即为密勒）即为密勒指数指数截距p=3a，q=2b，r=1c所以 OABCDEFG对如图所示的基矢，求：对如图所示的基矢，求：(1)ABC晶面的密勒指数；晶面的密勒指数；(2)DEFG晶面的密勒指数晶面的密勒指数(1)ABC晶面在三个基矢方向上的截距分别为晶面在三个基矢方向上的截距分别为4a、、b、、c，因，因此截距的倒数为此截距的倒数为因此，该晶面的密勒指数为因此，该晶面的密勒指数为(144)(2)DEFG晶面在三个基矢方向上的截距分别为晶面在三个基矢方向上的截距分别为2a、、3b、、 ，因此，因此截距的倒数为截距的倒数为因此，该晶面的密勒指数为因此，该晶面的密勒指数为(320) 简立方格子典型晶面的密勒指数简立方格子典型晶面的密勒指数1、、(100)晶面晶面在三个基矢方向上的截距分别为在三个基矢方向上的截距分别为a、、 、、 ，因此截距，因此截距的倒数为的倒数为由由于于立立方方晶晶格格的的对对称称性性，，这这三三组组晶晶面面是是等等效效的的，，因因 此此 ，， 常常 常常 用用 {100}{100}来来 表表 示示 (100)(100)、、 (010)(010)和和(001)(001) 三个等效的晶面。
三个等效的晶面因此，该晶面的密勒指数为因此，该晶面的密勒指数为类似的晶面有类似的晶面有(010)、、(001) 在三个基矢方向上的截距分别为在三个基矢方向上的截距分别为a、、b、、 ，因此截距，因此截距的倒数为的倒数为因此，该晶面的密勒指数为因此，该晶面的密勒指数为类似的晶面有类似的晶面有6个，密勒指数分别为个，密勒指数分别为记为｛记为｛110｝｝2、、(110)晶面晶面3、、(111)晶面晶面在三个基矢方向上的截距分别为在三个基矢方向上的截距分别为a、、b、、c，因此截距，因此截距的倒数为的倒数为因此，该晶面的密勒指数为因此，该晶面的密勒指数为类似的晶面有类似的晶面有4个，密勒指数分别为个，密勒指数分别为记为｛记为｛111｝｝ 说明：六角密排结构4指数表示晶向和晶面三指数表示晶向、晶面原三指数表示晶向、晶面原三指数表示晶向、晶面原三指数表示晶向、晶面原则则上适用于任何晶系，上适用于任何晶系，上适用于任何晶系，上适用于任何晶系，但用于六角晶系有个缺点：但用于六角晶系有个缺点：但用于六角晶系有个缺点：但用于六角晶系有个缺点：晶体具有等效的晶面、晶体具有等效的晶面、晶体具有等效的晶面、晶体具有等效的晶面、晶向不具有晶向不具有晶向不具有晶向不具有类类似的指数似的指数似的指数似的指数。
例：六棱柱两个相例：六棱柱两个相例：六棱柱两个相例：六棱柱两个相邻邻的外表面在晶体学上的外表面在晶体学上的外表面在晶体学上的外表面在晶体学上应应是等是等是等是等价的，但其密勒指数却分价的，但其密勒指数却分价的，但其密勒指数却分价的，但其密勒指数却分别为别为（（（（100100）和（）和（）和（）和（1 1 10）夹夹角角角角为为60o60o的密排方向是等价的，的密排方向是等价的，的密排方向是等价的，的密排方向是等价的，但晶向指数却但晶向指数却但晶向指数却但晶向指数却为为[100][100]和和和和[110].[110]. 解决方法：解决方法：解决方法：解决方法：引入四指数，即引入引入四指数，即引入引入四指数，即引入引入四指数，即引入4 4个坐个坐个坐个坐标轴标轴(hkl)(hkl)→→(hkil)(hkil) 晶面指数晶面指数i=-(h+k)i=-(h+k){10{10 1 10}=(100}=(10 1 10), (10), (1 1 100), (0100), (01 1 10)0)晶向指数晶向指数(UVW)(UVW)→→(uvtw) (uvtw) u=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, u=(2U-V)/3, v=(2V-U)/3, t=-(u+v)t=-(u+v) , w=W , w=W [100][100]→→[2[2 1 1 1 10]0][110][110]→→[1[11 1 2 2 0]0] →→ §1.6 七大晶系 七大晶系 14种原胞种原胞根据晶体的宏观对称性，可以把晶体划分为根据晶体的宏观对称性，可以把晶体划分为7大晶系，大晶系，14种布喇菲原胞种布喇菲原胞 1)、三斜晶系、三斜晶系 a≠b≠c α≠β≠γ≠90°因为因为a、、b和ｃ是互相倾斜的，所以称为三斜系ｃ是互相倾斜的，所以称为三斜系 2)、单斜晶系、单斜晶系 a≠b≠c α＝＝ γ ＝＝90°≠ β因为只有因为只有a和ｃ是互相倾斜的，所以称为单斜系和ｃ是互相倾斜的，所以称为单斜系1. 简单单斜简单单斜 a≠b≠c α＝＝ γ ＝＝90°≠ β2.底心单斜底心单斜 a≠b≠c α＝＝ γ ＝＝90°≠ β 3)、正交晶系、正交晶系 a≠b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°因为因为a、、b和ｃ是互相正交的，所以称为正交系ｃ是互相正交的，所以称为正交系1、简单正交、简单正交 a≠b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°2、底心正交、底心正交 a≠b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°3、体心正交、体心正交 a≠b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°4、面心正交、面心正交 a≠b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°简单正交简单正交底心正交底心正交体心正交体心正交面心正交面心正交 4)、正方晶系、正方晶系 （又称四角晶系）（又称四角晶系） a＝＝b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°1、简单四角 、简单四角 a＝＝b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90°2、体心四角 、体心四角 a＝＝b≠c α＝＝β＝＝γ＝＝90° 6)、三角晶系、三角晶系 a＝＝b＝＝c α＝＝β＝＝γ≠90°5)、六角晶系、六角晶系 a＝＝b≠c α＝＝β＝＝90° γ＝＝120° 7)、立方晶系、立方晶系 a＝＝b＝＝c α＝＝β＝＝γ＝＝90°1、简单立方 、简单立方 a＝＝b＝＝c α＝＝β＝＝γ＝＝90°2、体心立方 、体心立方 a＝＝b＝＝c α＝＝β＝＝γ＝＝90°3、面心立方 、面心立方 a＝＝b＝＝c α＝＝β＝＝γ＝＝90°简单立方简单立方体心立方体心立方面心立方面心立方 XRD 检测晶体结构布喇格定律布喇格定律 (1)(1) (1)(1) §1.7 Al2O3晶体结构简介α-Al2O3η-Al2O3 θ-Al2O3 χ-Al2O3 δ-Al2O3 ρ-Al2O3 氢氧化铝在高温下完全脱水变成稳定的最终产物氢氧化铝在高温下完全脱水变成稳定的最终产物α-Al2O3，在此之前由于温度、压力、蒸汽分压的不同可形成多种不同的，在此之前由于温度、压力、蒸汽分压的不同可形成多种不同的晶型，这些晶型可以看作是中间（或过渡）形态。
目前已知的晶型，这些晶型可以看作是中间（或过渡）形态目前已知的Al2O3结晶形态有结晶形态有8种高温高温低温低温γ-Al2O3 κ-Al2O3 刚玉刚玉α-Al2O3 Al2O3各种晶型的晶体性质各种晶型的晶体性质 O2-Al3+空格α-Al2O3晶体结构 O2− 以六角密排方式排列，以六角密排方式排列，Al3+处于氧离子的缝隙中，处于一个八面体处于氧离子的缝隙中，处于一个八面体的中心位置，但只有的中心位置，但只有2/3的缝隙填有的缝隙填有Al3+ 六方晶胞晶胞常数：晶胞常数：晶胞常数：晶胞常数：a=4.75 Aa=4.75 A，，，，c=12.97 A c=12.97 A 由于由于Al3+处于氧离子的缝隙中，但只有处于氧离子的缝隙中，但只有2/3的缝隙填有的缝隙填有Al3+，其余，其余1/3的间隙是空着的因此，的间隙是空着的因此， Al3+的分布必须有一定的分布必须有一定的规律，其原则就是在同一层及层与层之间，的规律，其原则就是在同一层及层与层之间， Al3+的之间的的之间的距离应保持最远距离应保持最远经分析有经分析有Al3+层与氧离子层交互排列至第层与氧离子层交互排列至第13层时才出现重复，如图所示为六方晶胞。
层时才出现重复，如图所示为六方晶胞 如果将如果将如果将如果将α α- -AlAl2 2OO3 3晶体的晶体的晶体的晶体的结结构做构做构做构做层层次分析，可次分析，可次分析，可次分析，可以看到以看到以看到以看到O2-O2-排列在一个平面上，排列在一个平面上，排列在一个平面上，排列在一个平面上，这这个平面垂个平面垂个平面垂个平面垂直于晶体的光直于晶体的光直于晶体的光直于晶体的光轴轴C C3 3 菱面体晶胞菱面体晶胞：菱面体晶胞：菱面体晶胞：菱面体晶胞：边长边长5.124 A5.124 A，平面角，平面角，平面角，平面角55o1755o17’ ’每个晶胞每个晶胞每个晶胞每个晶胞2 2个分子，即个分子，即个分子，即个分子，即1010个离子，个离子，个离子，个离子，6 6个个个个Al3+Al3+和和和和4 4个个个个O2-O2-严严格来格来格来格来说说，离子晶体不存在分子基元但，离子晶体不存在分子基元但，离子晶体不存在分子基元但，离子晶体不存在分子基元但为为了方便理解，了方便理解，了方便理解，了方便理解，将菱面体将菱面体将菱面体将菱面体8 8个个个个顶顶角及中心均放置一个角及中心均放置一个角及中心均放置一个角及中心均放置一个AlAl2 2OO3 3分子，而中心分子，而中心分子，而中心分子，而中心的分子的分子的分子的分子对对于于于于顶顶角的分子来角的分子来角的分子来角的分子来说说，，，，转过转过了了了了180180度度度度 AlAl2 2OO3 3分子构造如左分子构造如左分子构造如左分子构造如左图图。
3 3个个个个O2-O2-距离距离距离距离2.49 A2.49 A2 2个个个个Al3+Al3+距离距离距离距离2.7 A2.7 AAl3+Al3+和和和和6 6个个个个O2-O2-距离稍有差距离稍有差距离稍有差距离稍有差别别，其中，其中，其中，其中3 3个距离个距离个距离个距离较较近的近的近的近的为为1.89 A1.89 A，另，另，另，另3 3个个个个为为1.93 A1.93 A 六方晶胞与菱面晶胞形态学晶胞形态学晶胞结构晶胞结构晶胞 八面体单元每个铝离子周围有每个铝离子周围有6个氧离子，组成一个歪扭的八面体个氧离子，组成一个歪扭的八面体 图图a, c 平行和垂直于平行和垂直于C轴的八面体单元排布方式轴的八面体单元排布方式图图b 包含八面体单元的堆积示意图（包含八面体单元的堆积示意图（ corundum motive））图图d 分解的包含八面体单元的图堆积示意图分解的包含八面体单元的图堆积示意图图图e 晶体沿晶体沿C轴八面体单元排布示意图轴八面体单元排布示意图八面体单元配位生长 。