作为砂轮磨削刃的磨粒通常是硬度比被加工材料高许多的天然或人造材料。zui主要磨料的一些物理性质列于表1中。

                          表1   磨料的一些性质

	材     料
	氧化铝（Al2O3）	碳化硅（SiC）	立方氮化硼（CBN）	金刚石（C）
结晶组织	六边形	六边形	立方	立方
密度（g/cm2）	3.98	3.22	3.48	3.52
熔点/0C	2400	≈ 2830	≈ 3200 （三相点105KPa时)	≈ 3700 (三相点130KPa时)
努氏硬度 （kg/mm2）	2100	2400	4700	8000

                  * 近似值——取决于结晶方向和纯度

现在用于砂轮的普通磨料都是基于氧化铝（Al₂O₃ ）和碳化硅（SiC）的人造材料。除Al₂O₃ 之外，人造氧化铝中还作为添加成分或杂质含有一些金属氧化物。碳化硅有多种形态，通常分为具有六边形或菱形结晶组织的α类碳化硅，和具有立方结晶组织的β类碳化硅。碳化硅磨料基本是α- SiC。对磨料的基本要求是它要硬于被磨材料。磨料硬度通常用努氏（Knoop）硬度试验确定的静态压痕硬度表示。磨料的另一个重要特性是它的动态强度或韧性。高的韧性使磨粒每次侵入和冲击工件时不易开裂和破碎。但另一方面，较脆的磨料在使用中变钝时容易形成锋锐的新切刃。

努氏硬度试验原理是：将顶部两棱之间的α角为172.5°和β角为130°的棱锥体金刚石压头用规定的试验力压入试样表面，经一定的保持时间后卸除试验力。试验力除以试样表面的压痕投影面积之商即为努氏硬度。努氏硬度试验适用于表层硬度和薄件的硬度测试。它特别适于测试硬而脆的材料，常被用于测试珐琅、玻璃、人造金刚石、金属陶瓷及矿物等材料。

普通磨料的相对脆性一般用较粗（12＃粒度）磨粒样品在规定条件下进行球磨的标准粉碎实验来评价。磨料的“脆性指数"表明引起破碎的程度，用球磨后的12＃粒度磨粒样品通过16＃筛的百分数来定义。这一粉碎实验也可以用于确定相同或不同磨料不同粒度磨粒的相对脆性。通常，同种磨料较细的磨粒的脆性较小，这是因为他们一般由较粗的材料破碎制成的。许多普通氧化铝和碳化硅磨料的硬度和脆性指数列于表2中。

              表2 氧化铝和碳化硅12#粒度磨料的硬度和脆性指数

磨粒种类	努氏硬度（kg/mm2）	脆性指数
氧化铝
改良刚玉（3%Cr）	2260	65.0
白刚玉	2120	56.6
单晶刚玉	2280	47.7
棕刚玉	2040	35.6
微晶刚玉	1950	10.9
10%锆刚玉	1960	10.9
40%锆刚玉	1460	7.9
烧结刚玉	1370	6.5
碳化硅
绿色碳化硅	2840	62.5
黑色碳化硅	2680	57.2

硬度高的磨料通常更脆些，这在图1的脆性指数和硬度关系中也可看出。碳化硅磨料的硬度比氧化铝的要高，几乎达到脆性区域的上限。较硬和较脆的磨料通常用于精密磨削作业。粗粒度韧性磨料则更适合于重磨削。

                  图1   表2给出的氧化铝和碳化硅磨料的硬度和脆性指数关系

     对于氧化铝磨粒，其性能的明显差异是由化学成分、组织特征在制造过程中的不同引起的。大部分氧化铝磨料由铝矾土作为主要生料开始以三种不同方法制得。经煅烧脱水的铝矾土直接用焦炭和铁在电炉中熔化，先被处理成较纯的氧化铝，然后再后部工序中熔炼。

     棕刚玉可以用*种方法即用脱水的铝矾土加入一定量的焦炭和铁熔化制得。棕刚玉包含有大约2.7%的在铝矾土中残留的氧化钛，它能导致棕刚玉材料硬度和脆性较低。这种半脆性磨料用于从重磨削到粗磨和半精磨的广泛作业之中。这一磨料的更韧的变种是由在更小铸锭模中更快冷却而获得的结晶尺寸很细的微晶刚玉（见表2），它主要用于重磨削。

    单晶刚玉可以用相似的熔融过程获得，但要添加铁的硫化物和碱性成分，以清除其中的钛。zui后得到可分解的硫化物基体中含有刚玉磨粒的铸锭，再破碎铸锭和用水处理分离出磨粒。它比棕刚玉纯得多，只含有少量氧化物杂质。单晶刚玉有相当锋锐切刃的阶梯状表面，主要用于精磨作业。

白刚玉和改良刚玉磨料是在Hall-Heroult电弧炉中对预提纯过的刚玉进行熔炼得到的。它几乎100%是Al₂O₃ 。改良刚玉是在刚玉中添加少量的可溶金属氧化物形成固熔体，以增加材料的硬度和韧性。白刚玉磨粒具有锋锐的破碎表面，和观察到的单晶刚玉相似。通常用来进行精磨加工。

烧结刚玉是用*不同的方法，即先通过压制或挤压用焙烧过的铝矾土细粉（1-5um）制成糊状物，得到的致密材料经破碎或切断制成粒，再在低于熔化温度下煅烧制得的。铝矾土中的杂质作为烧结剂使之得到非常细的晶粒和特别高的韧性。zui后得到的磨料产品通常是圆刃，没有锋锐的角。这种磨料用来进行重磨削。

锆刚玉（氧化铝和氧化锆的混合物）的出现深刻地影响了重磨削技术。氧化铝和氧化锆有非常相似的互溶性，能形成纯净的大约42%氧化锆（ZrO₂）的共晶体。尽管它的硬度值大约是氧化铝（Al₂O₃） 的一半，但该共晶体结构韧性非常好，因为软的氧化锆能阻止裂纹的扩展，使磨粒在很高的负载下不破碎，从而能用于更苛刻的条件和更长的寿命。锆刚玉对重磨削的另一个贡献是有更高的化学稳定性。分别含有硬的氧化铝和氧化锆的共晶体（Al₂O₃-ZrO₂）中富含氧化铝的混合磨料，是用达到共晶含量经煅烧的铝矾土、锆英砂、焦炭和铁在电炉中冶炼得到的。熔融液在水冷的钢板上被倒成一薄层，使之迅速淬火和固化成细树枝状组织，再经破碎成磨粒。不同的氧化锆（ZrO₂）含量使磨料的机械性质不同。磨料中Al₂O₃含量越多则越硬和越脆，而含量越接近共晶含量则磨料越韧和脆性降低。

碳化硅是在电炉中2000°C温度下用焦炭中的碳还原SiO2砂而制得的，根据：

           SiO₂+3C            SiC+2CO

理想产品是六方形碳化硅（α-SiC），它的颜色是绿到黑色。绿色碳化硅比黑色碳化硅要纯，是一种半导体。黑色碳化硅虽然硬度较低，基于成本考虑则主要用于磨削。

碳化硅的这两种材料都明显比刚玉硬度高，比zui硬的氧化铝磨料还要脆，由物理性质决定了它更适合于精磨，对于非金属和大多数陶瓷也确实是这样，但对铁族金属应用却表现不佳，因为它与铁和钢合金有化学反应，导致其抗磨损性差。但是，碳化硅对硬铸铁表现很好，因为其中高的碳含量减弱了与砂轮的化学反应。