高鋁磚中主要礦相為莫來石和剛玉。莫來石(3A1203·2Si02)是A1203-Si02系統中唯一穩定的化合物。其晶體結構為斜方晶系，柱面角(110)∧(110)=89º3′，光學角2V=40º~50º，Ng=1.654，Nm=1.644，Np=1.642。研究結果表明，莫來石存在α-莫來石、β-莫來石和γ-莫來石三種變體。其中α-莫來石是由符合化學式3A1203·2Si02的含71.8％A1203和28.2％Si02(質量分數)的純材料組成，β-莫來石含有呈固溶體狀態存在的殘余氧化鋁，γ-莫來石則含有少量以固溶體狀態存在的Fe203和Ti02。這三種變體均可由人工方法制得，但在天然礦物中發現有β-莫來石和γ-莫來石。β-莫來石可含有78％A1203，由α型到β型，其晶格常數顯著變化；當存在少量Fe203和(或)Ti02時，變為了γ型，晶格常數增大。

        剛玉(α-Al2O3)晶體結構屬三方晶系，在它的結構中O2-近似地呈六方最密堆積排列，Al3+填充在6個02-形成的八面體空隙中。因為Al3+與O2-的數目不等(2:3)，所以只有2／3的八面體空隙被填充。剛玉的最簡單單位晶格是銳角菱面體，其邊長為0.513nm，平均角為56º16′。結構中3個02-組成的面，形成了相鄰的2個八面體的公共面，因此這些3個02-面都連接了一對Al3+。

        高鋁磚的顯微結構特征決定于制品中的結晶相及玻璃相的組成及其數量。

        一級高鋁磚的主晶相為柱狀或粒狀剛玉，質量分數達70％以上；少量莫來石，質量分數為10％~20％。這說明結晶相之間的直接結合起主導作用。質量分數為5％~10％的玻璃相雜亂地分布于其中。

         二級高鋁磚的顯微結構特征是，結合率很高的莫來石晶體與晶體之間呈網絡結構，玻璃相分布在網絡結構的空隙之中，因而其高溫強度高，抗蠕變性能好。高溫下盡管有少量的液相存在，但它只填充于網絡結構中。

        三級高鋁磚中，玻璃相的質量分數高達20％，莫來石晶體僅僅鑲嵌在玻璃相集合體中，玻璃相在很大程度上控制著形變作用。在低溫階段，起填充作用的結晶相有助于增加其強度。隨著溫度升高，玻璃相的流動性增加，莫來石的填充、增強作用顯著降低，變形速率明顯加快，高溫力學性能表現最差。