氧化鈰在拋光上的前景

信息和光電子領域的高速發(fā)展促進了化學機械拋光 (CMP)技術的不斷更新。除了設備和材料外 , 超高精度表面的獲取更有賴于高效研磨粒子的設計與工業(yè)化生產,以及相應的拋光漿料的調配。而且隨著表面加工精度和效率要求的不斷提高，對高效拋光材料的要求也越來越高。二氧化鈰在微電子器件和精密光學元器件表面精密加工中已經得到廣泛應用。

氧化鈰拋光粉（VK-Ce01）拋光粉因具有切削能力強，拋光效率高，拋光精度高，拋光質量好，操作環(huán)境清潔，污染小，使用壽命長等優(yōu)點，而在光學精密拋光和CMP等領域占有極其重要的地位。

氧化是基本性質：

二氧化鈰，又稱氧化鈰，為鈰的氧化物，此時鈰的化合價為+4價，化學式為CeO2。純品為白色重質粉末或立方體結晶，不純品為淺黃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2600℃，沸點3500℃ 。

氧化鈰的拋光機制

CeO2顆粒的硬度并不高，如下表所示，氧化鈰的硬度遠低于金剛石、氧化鋁，也低于氧化鋯和氧化硅，與三氧化二鐵相當。因此僅從機械方面來看，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首選拋光粉。可見氧化鈰拋光還具有機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晶格中通常會出現氧空位使得其理化性能發(fā)生變化，并對拋光性能產生一定的影響。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構，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晶體結構的條件下，在一定范圍內與之形成固溶體。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,特別是硬質玻璃和石英光學鏡頭等長時間循環(huán)拋光時,以使用高純度的氧化鈰拋光粉（VK-Ce01）為宜。

氧化鈰拋光粉的應用：

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

1.  眼鏡、玻璃鏡片拋光；

• 光學鏡頭、光學玻璃、透鏡等；
• 手機屏玻璃、手表面（表門）等；
•  液晶顯示器各類液晶屏；
•  水鉆、燙鉆（發(fā)卡，牛仔褲上的鉆石）、燈飾球（大型大廳內的豪華吊燈）；
•  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玻璃

在南昌大學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。因為通過多組分元素的復合可以調諧粒子性能 , 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 , 表面缺陷也降低 80%。 CeO2 ZrO2 , SiO2 2CeO2 復合氧化物的協(xié)同拋光效果 ;因此 , 摻雜氧化鈰微納米復合氧化物的制備技術對于發(fā)展新型拋光材料,探討拋光機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)結構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，采用濕固相機械化學法來合成鋁摻雜氧化鈰拋光粒子。在機械力作用下，水合碳酸鈰大顆?？梢员唤饫沓杉毿☆w粒，而硝酸鋁則與氨水反應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，經干燥和煅燒，可以在氧化鈰表面實現鋁的摻雜。采用這種方法合成了不同鋁摻雜量的氧化鈰粒子，并對其拋光性能進行了表征，適量鋁摻入氧化鈰粒子表面后，將導致表面電位負值的增大，進而使磨料顆粒間存在更強的靜電斥力，促進磨料懸浮穩(wěn)定性提高。與此同時，磨料粒子與帶正電荷的軟質層之間的通過庫侖引力的相互吸附作用也將加強，有利于磨料與被拋玻璃表面軟質層的相互接觸 , 促進拋光速率的提高。