刚玉(Al2O3)的原料藏量丰富，约占地壳重量的25%，价格低廉，并且具有多方面的优良性能。Al2O3有许多同质异晶体，报导过的变体有十多种，但主要的有三种，即α-Al2O3，β-Al2O3，γ-Al2O3。

  γ-Al2O3属尖晶石型结构，高温下不稳定，很少单独制成材料使用。β-Al2O3，实质上是一种含有碱金属或碱土金属的铝酸盐，化学组成可近似的用RO·6Al2O3和R2O·11Al2O3表示，六方晶格，密度3.30~3.63g/cm3，1400~1500℃开始分解，1600℃转变为α-Al2O3。α-Al2O3为高温形态，稳定温度高达熔点，密度3.96~4.01g/cm3，与杂质含量有关，单位晶胞是一个尖的棱面体，在自然界中以天然刚玉、红宝石和蓝宝石等形式存在。α-Al2O3结构致密、活性低，电学性质好，具有优良的机械性能。莫氏硬度为9。α-Al2O3属六方晶系，刚玉结构，a=4.76Å，c=12.99Å。

  Al2O3的机械强度高，Al2O3成分愈纯，强度愈高，利用机械强度可制成装置瓷和其它机械构件。Al2O3的电阻率高，电绝缘性能好，常温电阻率1015Ω·cm，绝缘强度15kV/mm。利用其绝缘性和强度，可以制成基板、管座、火花塞、电路外壳等。Al2O3的硬度高，莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、轴承、轴瓦和人造宝石等。Al2O3的熔点高、抗腐蚀，熔点2050℃，能较好的抗Be、Sr、Ni、Al、V、Ti、Mn、Fe、CO等熔融金属的侵蚀，对氢氧化钠、玻璃、炉渣的侵蚀也有很高的抵抗能力;在惰性气氛中不与Si、P、Sb、Bi作用，因此可用作耐火材料、炉管、玻璃拉丝坩埚、空心球、纤维和热电偶保护套等。Al2O3具有优良的化学稳定性，许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、氯化物、氮化物、溴化物、碘化物、干氟化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与Al2O3作用。因此可以制成纯金属和单晶生长的坩埚、人体关节、人工骨等。Al2O3具有的光学特性，可以制成透光材料，用以制造Na蒸汽灯管、微波整流罩、红外窗口和激光振荡元件等。利用Al2O3的离子导电性用作太阳能电池材料和蓄电池材料。Al2O3也常用于陶瓷表面金属化技术。

  矾土基电熔刚玉的主晶相是尺寸为1.0-1.5mm且晶体相互交错的刚玉相，其余为微量的金红石、氧化铝和钛酸铝，还有位于刚玉相内部或各晶相之间的少量玻璃相。在中国，经过十多年的不懈努力，矾土基电熔刚玉的冶炼工艺已经取得了很大的进步，年生产能力超过11万吨。矾土基电熔刚玉已成功地用作各种烧成砖与不定形耐火材料的原料，例如在高炉出铁沟浇注料中部分取代致密刚玉，作为基质料和颗粒料用于制造低蠕变高铝砖，在其它Al2O3-SiO2系耐火材料中用于取代白刚玉制备高性能产品。

  棕刚玉冶炼是利用铝对氧的亲和力比铁、硅、钛等大的基本原理，通过控制还原剂的数量用还原冶炼的方法使铝矾土中的主要杂质还原，被还原的杂质生成硅铁合金并与刚玉熔液分离，从而获得结晶质量符合要求，Al2O3含量大于94.5%的棕刚玉。Fe2O3在冶炼过程中被还原生成硅铁合金而除去，但仍有被少量的氧化铁与氧化铝生成尖晶石留在产品中。TiO2在冶炼过程中部分被还原进人硅铁合金，仍有相当大部分留在棕刚玉中，它是棕刚玉着色的主要因素。CaO和MgO在冶炼过程中难以还原，原料中CaO和MgO绝大部分仍存在于产品中。Na2O和K2O在冶炼过程中虽然能在高温下挥发一部分，但是不能被还原，仍留在棕刚玉中，对质量影响很大。

  棕刚玉原料由α-氧化铝晶粒与少量的玻璃相构成，α-氧化铝晶体由含Ti2O3的Al2O3固溶体组成，玻璃相绝大部分由二氧化钛和二氧化硅以及电弧炉中存在的其他微量氧化物组成。这些氧化物构成了玻璃相，它们在氧化铝晶粒的晶体结构中只有较低的溶解度。Ti2O3是Ti能固溶于旺.氧化铝晶粒中的唯一的氧化物，TiO2又是Ti的热力学上最稳定的氧化物，在棕刚玉冶炼还原过程中，一部分TiO2被还原成钛的亚氧化物(Ti2O3)，在1000℃以上，氧能扩散到嘎一氧化铝晶粒里，将Ti2O3氧化成更稳定的TiO2然后包裹在α-氧化铝晶粒体中，所以二氧化钛大多以α-氧化铝晶粒的固溶体存在。棕刚玉中有过量TiO2则不能保留在玻璃相中，而是与氧化铝反应生成钛酸铝(TiO2·Al2O3)，钛酸铝是α-氧化铝晶粒和玻璃相界面上的第三相;棕刚玉的韧性随着TiO2晶核的生长而增强，均匀弥散在α-氧化铝晶粒内部的TiO2相使α-氧化铝颗粒增韧。棕刚玉固溶Ti2O3导致棕刚玉出现蓝色。