氧化鈰在拋光上的前景

信息和光電子領(lǐng)域的高速發(fā)展促進(jìn)了化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)技術(shù)的不斷更新。除了設(shè)備和材料外 , 非常高精度表面的獲取更有賴于研磨粒子的設(shè)計(jì)與工業(yè)化生產(chǎn),以及相應(yīng)的拋光漿料的調(diào)配。而且隨著表面加工精度和效率要求的不斷提高，對拋光材料的要求也越來越高。二氧化鈰在微電子器件和準(zhǔn)確光學(xué)元器件表面準(zhǔn)確加工中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

氧化鈰拋光粉（VK-Ce01）拋光粉因具有切削能力強(qiáng)，拋光效率高，拋光精度高，拋光質(zhì)量好，操作環(huán)境清潔，污染小，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而在光學(xué)準(zhǔn)確拋光和CMP等領(lǐng)域占有較其重要的地位。

氧化是基本性質(zhì)：

二氧化鈰，又稱氧化鈰，為鈰的氧化物，此時(shí)鈰的化合價(jià)為+4價(jià)，化學(xué)式為CeO2。純品為白色重質(zhì)粉末或立方體結(jié)晶，不純品為淺顏色甚至粉紅色至紅棕色粉末(因含有微量鑭、鐠等)。常溫、常壓下，二氧化鈰是鈰的穩(wěn)定氧化物。鈰還能形成+3價(jià)的Ce2O3，其不穩(wěn)定，會和O2生成穩(wěn)定的CeO2。氧化鈰微溶于水、堿和酸。密度7.132 g/cm3，熔點(diǎn)2600℃，沸點(diǎn)3500℃ 。

氧化鈰的拋光機(jī)制

CeO2顆粒的硬度并不高，如下表所示，氧化鈰的硬度遠(yuǎn)低于金剛石、氧化鋁，也低于氧化鋯和氧化硅，與三氧化二鐵相當(dāng)。因此僅從機(jī)械方面來看，以低硬度的氧化鈰去拋光基于氧化硅的材料，如硅酸鹽玻璃、石英玻璃等，是不具有技術(shù)可行性的。但是氧化鈰卻是目前拋光基于氧化硅材料甚至氮化硅材料的較好拋光粉。可見氧化鈰拋光還具農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系械作用之外的其他作用。常用研磨、拋光材料的硬度材料金剛石在CeO2晶格中通常會出現(xiàn)氧空位使得其理化性能發(fā)生變化，并對拋光性能產(chǎn)生一定的影響。常用的氧化鈰拋光粉中均含有一定量的其他稀土氧化物，氧化鐠（Pr6O11）也為面心立方晶格結(jié)構(gòu)，可適用于拋光，而其他鑭系稀土氧化物沒有拋光能力，它們可在不改變CeO2晶體結(jié)構(gòu)的條件下，在一定范圍內(nèi)與之形成固溶體。對高純納米氧化鈰拋光粉（VK-Ce01）而言，氧化鈰（VK-Ce01）的純度越高,拋光能力越大,使用壽命也增加,特別是硬質(zhì)玻璃和石英光學(xué)鏡頭等長時(shí)間循環(huán)拋光時(shí),以使用高純度的氧化鈰拋光粉（VK-Ce01）為宜。

氧化鈰拋光粉的應(yīng)用：

氧化鈰拋光粉（VK-Ce01），主要用于玻璃制品的拋光，其主要應(yīng)用于以下領(lǐng)域：

1.  眼鏡、玻璃鏡片拋光；

2. 光學(xué)鏡頭、光學(xué)玻璃、透鏡等；

3. 手機(jī)屏玻璃、手表面（表門）等；

4.  液晶顯示器各類液晶屏；

5.  水鉆、燙鉆（發(fā)卡，牛仔褲上的鉆石）、燈飾球（大型大廳內(nèi)的豪華吊燈）；

6.  水晶工藝品；

7. 部分玉石的拋光

目前氧化鈰拋光的衍生：

氧化鈰表面摻鋁以顯著提高其拋光光學(xué)玻璃

在南昌大學(xué)稀土與微納功能材料研究中心的金 靇 , 孫戊辰 , 焦曉燕 , 李艷花 , 羅 巍 , 李永繡等人，提出拋光粒子的復(fù)合化和表面修飾是目前提高CMP拋光效率和精度的主要方法和途徑。因?yàn)橥ㄟ^多組分元素的復(fù)合可以調(diào)諧粒子性能 , 并通過表面修飾來提高拋光漿料的分散穩(wěn)定性和拋光效率。摻雜 TiO2 的 CeO2粉體的制備和拋光性能 , 可以使拋光效率提高工作效率 50%以上 , 同時(shí) , 表面缺陷也降低 80%。 CeO2 ZrO2 , SiO2 2CeO2 復(fù)合氧化物的協(xié)同拋光效果 ;因此 , 摻雜氧化鈰微納米復(fù)合氧化物的制備技術(shù)對于發(fā)展新型拋光材料,探討拋光機(jī)制具有非常重要的意義。除了摻雜量外 , 摻雜物在合成粒子中的狀態(tài)和分布對其表面特性和拋光性能的影響也非常大 。

其中，具有包覆態(tài)結(jié)構(gòu)的拋光粒子的合成更加引人矚目。因此，合成方法及條件的選擇也非常重要，尤其是那些簡單易行成本又低的方法 。以水合碳酸鈰為主要原料，采用濕固相機(jī)械化學(xué)法來合成鋁摻雜氧化鈰拋光粒子。在機(jī)械力作用下，水合碳酸鈰大顆�？梢员唤饫沓杉�(xì)小顆粒，而硝酸鋁則與氨水反應(yīng)形成無定形的膠體粒子。這種膠體粒子易于附著在碳酸鈰顆粒上，經(jīng)干燥和煅燒，可以在氧化鈰表面實(shí)現(xiàn)鋁的摻雜。采用這種方法合成了不同鋁摻雜量的氧化鈰粒子，并對其拋光性能進(jìn)行了表征，適量鋁摻入氧化鈰粒子表面后，將導(dǎo)致表面電位負(fù)值的加大，進(jìn)而使磨料顆粒間存在更強(qiáng)的靜電斥力，促進(jìn)磨料懸浮穩(wěn)定性提高。與此同時(shí)，磨料粒子與帶正電荷的軟質(zhì)層之間的通過庫侖引力的相互吸附作用也將加強(qiáng)，有利于磨料與被拋玻璃表面軟質(zhì)層的相互接觸 , 促進(jìn)拋光速率的提高。