Niektóre cechy ceramiki z tlenku glinu, takie jak mikrostruktura i kryształy

Właściwości materiałów ceramicznych na bazie tlenku glinu zależą głównie od ich wiązań chemicznych, struktury krystalicznej oraz defektów krystalicznych. Z punktu widzenia struktury krystalicznej siły wiązania międzyatomowego w materiałach ceramicznych to głównie wiązania jonowe, kowalencyjne lub mieszane wiązania jonowo-kowalencyjne. Wiązania te charakteryzują się nie tylko wysoką wytrzymałością, ale także kierunkowością. Wady krystaliczne (zwłaszcza wady liniowe i dyslokacje) mogą przemieszczać się w krysztale, a krytyczne naprężenie ścinające wymagane do przemieszczenia się dyslokacji wzdłuż płaszczyzny i kierunku o największym stopniu wyrównania jest bardzo małe. Duża liczba przemieszczeń dyslokacji powoduje wyraźne zjawisko poślizgu na płaszczyźnie krystalicznej oraz makroplastyczne odkształcenie. Siła wiązania wiązań metalicznych nie zmienia się znacząco przed i po makroplastycznej deformacji, ale w przypadku wiązań jonowych i kowalencyjnych w ceramice sytuacja wygląda inaczej. Ze względu na złożoną strukturę krystaliczną i niską symetrię materiałów ceramicznych, gdy dyslokacja przemieszcza się wzdłuż powierzchni poślizgu, odtworzenie struktury krystalicznej jest utrudnione (z powodu zniszczenia stanu minimalnej energii układu jonów dodatnich i ujemnych), co może prowadzić do zniszczenia wiązań atomowych i kruchego pękania bez odkształcenia plastycznego. Ze względu na różne rodzaje wiązań właściwości materiałów metalowych i ceramicznych znacznie się różnią. Temperatura topnienia i twardość materiałów ceramicznych mogą być od kilku do dziesięciu razy wyższe niż w przypadku metali zawierających ten sam pierwiastek. Na przykład temperatura topnienia Al₂O₃ jest około trzykrotnie wyższa niż w przypadku metalicznego glinu, natomiast twardość jest ponad 10 razy większa niż w przypadku metalicznego glinu.

Kolejną cechą charakterystyczną struktury materiałów ceramicznych z tlenku glinu jest niejednorodność i złożoność mikrostruktury. Materiały metalowe są zazwyczaj krzepnięte z dość jednorodnego stopu, a następnie mikrostrukturę materiału można ulepszyć i ujednolicić za pomocą obróbki na zimno i na gorąco. Materiały metalowe nie zawierają porów lub zawierają ich bardzo niewiele. Natomiast materiały ceramiczne powstają zazwyczaj w procesie formowania proszkowego i spiekania, co nieuchronnie wiąże się z obecnością pewnej liczby porów. Chociaż proszek o różnym składzie i wielkości cząstek jest mieszany w młynie kulowym, nadal trudno jest osiągnąć bardzo jednolity stopień wymieszania. Ponadto na granicach ziaren ceramicznych często występują fazy szkliste, które różnią się składem i strukturą od matrycy.

Cechy strukturalne materiałów ceramicznych determinują ich właściwości, w tym właściwości mechaniczne, elektryczne, magnetyczne, akustyczne, optyczne, termiczne i inne. Biorąc pod uwagę cechy strukturalne ceramiki tlenku glinu, nietrudno zrozumieć, dlaczego ceramika konstrukcyjna charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia, dużą wytrzymałością, odpornością na zużycie, odpornością na korozję oraz innymi podstawowymi właściwościami, ale ma też poważne wady, takie jak kruchość, trudności w obróbce, niska niezawodność i powtarzalność. Wady te powodują wiele trudności w zastosowaniach inżynieryjnych ceramiki konstrukcyjnej.