مستقبل أكسيد السيريوم في التلميع

ساهم التطور السريع في مجالي المعلومات والإلكترونيات الضوئية في التحديث المستمر لتقنية التلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP). فبالإضافة إلى المعدات والمواد، يعتمد الحصول على أسطح فائقة الدقة بشكل كبير على تصميم وإنتاج جزيئات كاشطة عالية الكفاءة، فضلاً عن تحضير معجون التلميع المناسب. ومع التحسين المستمر لمتطلبات دقة وكفاءة معالجة الأسطح، تتزايد الحاجة إلى مواد تلميع عالية الكفاءة. ويُستخدم ثاني أكسيد السيريوم على نطاق واسع في عمليات التشغيل الدقيق لأسطح الأجهزة الإلكترونية الدقيقة والمكونات البصرية الدقيقة.

يتميز مسحوق تلميع أكسيد السيريوم (VK-Ce01) بقدرة قطع قوية، وكفاءة تلميع عالية، ودقة تلميع عالية، وجودة تلميع جيدة، وبيئة تشغيل نظيفة، وتلوث منخفض، وعمر خدمة طويل، وما إلى ذلك، ويستخدم على نطاق واسع في مجال التلميع البصري الدقيق وCMP، ويحتل مكانة بالغة الأهمية.

الخصائص الأساسية لأكسيد السيريوم:

السيريا، المعروف أيضًا باسم أكسيد السيريوم، هو أكسيد السيريوم. في هذه الحالة، يكون تكافؤ السيريوم +4، وصيغته الكيميائية CeO2. المنتج النقي عبارة عن مسحوق أبيض كثيف أو بلورات مكعبة، أما المنتج غير النقي فهو مسحوق أصفر فاتح أو حتى وردي إلى بني محمر (لاحتوائه على آثار من اللانثانوم والبراسيوديميوم، إلخ). في درجة حرارة وضغط الغرفة، يُعد السيريا أكسيدًا مستقرًا للسيريوم. يمكن للسيريوم أيضًا تكوين Ce2O3 بتكافؤ +3، وهو غير مستقر ويتفاعل مع الأكسجين لتكوين CeO2 المستقر. أكسيد السيريوم قليل الذوبان في الماء والقلويات والأحماض. كثافته 7.132 جم/سم³، ونقطة انصهاره 2600 درجة مئوية، ونقطة غليانه 3500 درجة مئوية.

آلية تلميع أكسيد السيريوم

لا تتمتع جزيئات أكسيد السيريوم (CeO2) بصلابة عالية. وكما هو موضح في الجدول أدناه، فإن صلابة أكسيد السيريوم أقل بكثير من صلابة الماس وأكسيد الألومنيوم، وأقل أيضًا من صلابة أكسيد الزركونيوم وأكسيد السيليكون، الذي يعادل صلابة أكسيد الحديديك. لذلك، من الناحية الميكانيكية فقط، لا يُعدّ من الممكن تقنيًا إزالة الصقل عن المواد القائمة على أكسيد السيليكون، مثل زجاج السيليكات وزجاج الكوارتز، باستخدام السيريوم ذي الصلابة المنخفضة. ومع ذلك، يُعدّ أكسيد السيريوم حاليًا مسحوق التلميع المفضل لتلميع المواد القائمة على أكسيد السيليكون، أو حتى مواد نتريد السيليكون. ويتضح أن لتلميع أكسيد السيريوم تأثيرات أخرى إلى جانب التأثيرات الميكانيكية. فصلابة الماس، وهو مادة شائعة الاستخدام في عمليات الطحن والتلميع، عادةً ما تحتوي على فراغات أكسجين في شبكة CeO2، مما يُغيّر خصائصه الفيزيائية والكيميائية ويؤثر بشكل ملحوظ على خصائص التلميع. وتحتوي مساحيق تلميع أكسيد السيريوم الشائعة الاستخدام على كمية معينة من أكاسيد العناصر الأرضية النادرة الأخرى. يتميز أكسيد البراسيوديميوم (Pr6O11) ببنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه، مما يجعله مناسبًا للتلميع، بينما تفتقر أكاسيد اللانثانيدات الأرضية النادرة الأخرى إلى هذه الخاصية. ويمكن لأكسيد السيريوم (CeO2) تكوين محلول صلب معه ضمن نطاق معين دون تغيير بنيته البلورية. بالنسبة لمسحوق تلميع أكسيد السيريوم النانوي عالي النقاء (VK-Ce01)، كلما زادت نقاوة أكسيد السيريوم (VK-Ce01)، زادت قدرته على التلميع وزادت مدة استخدامه، خاصةً للعدسات البصرية المصنوعة من الزجاج الصلب والكوارتز لفترات طويلة. ويُنصح باستخدام مسحوق تلميع أكسيد السيريوم عالي النقاء (VK-Ce01) عند التلميع الدوري.

استخدام مسحوق تلميع أكسيد السيريوم:

مسحوق تلميع أكسيد السيريوم (VK-Ce01)، يستخدم بشكل أساسي لتلميع المنتجات الزجاجية، ويستخدم بشكل رئيسي في المجالات التالية:

1. تلميع النظارات وعدساتها الزجاجية؛

2. عدسة بصرية، زجاج بصري، عدسة، إلخ؛

3. زجاج شاشة الهاتف المحمول، سطح الساعة (غطاء الساعة)، إلخ؛

4. شاشة LCD، جميع أنواع شاشات LCD؛

5. أحجار الراين، والماس اللامع (بطاقات، والماس على الجينز)، وكرات الإضاءة (ثريات فاخرة في القاعة الكبيرة)؛

6. الحرف الكريستالية؛

7. التلميع الجزئي لليشم

مشتقات تلميع أكسيد السيريوم الحالية:

يتم تطعيم سطح أكسيد السيريوم بالألومنيوم لتحسين تلميعه للزجاج البصري بشكل كبير.

اقترح قسم البحث والتطوير التكنولوجي في شركة UrbanMines Tech. Limited أن مزج جزيئات التلميع وتعديل سطحها هما الطريقتان الرئيسيتان لتحسين كفاءة ودقة عملية التلميع الكيميائي الميكانيكي (CMP). وذلك لأن خصائص الجزيئات قابلة للتعديل من خلال مزج عناصر متعددة، كما يمكن تحسين استقرار تشتت معجون التلميع وكفاءة تلميعه عن طريق تعديل السطح. وقد أدى تحضير مسحوق CeO2 المُطعّم بـ TiO2 إلى تحسين كفاءة التلميع بأكثر من 50%، مع تقليل عيوب السطح بنسبة 80%. ويُعزى ذلك إلى التأثير التآزري لأكاسيد CeO2 وZrO2 وSiO2 المركبة (2CeO2). لذا، فإن تقنية تحضير أكاسيد السيريا المركبة الدقيقة والنانوية المُطعّمة ذات أهمية بالغة لتطوير مواد تلميع جديدة ودراسة آلية التلميع. وبالإضافة إلى كمية التطعيم، تؤثر حالة وتوزيع المادة المُطعّمة في الجزيئات المُصنّعة بشكل كبير على خصائص سطحها وأداء التلميع.

من بين هذه الطرق، يُعدّ تصنيع جزيئات التلميع ذات البنية المُغلّفة أكثر جاذبية. لذا، يُعدّ اختيار طرق وظروف التصنيع بالغ الأهمية، لا سيما الطرق البسيطة والفعّالة من حيث التكلفة. باستخدام كربونات السيريوم المائية كمادة خام رئيسية، تمّ تصنيع جزيئات تلميع أكسيد السيريوم المُطعّم بالألومنيوم بطريقة ميكانيكية كيميائية رطبة في الطور الصلب. تحت تأثير القوة الميكانيكية، يمكن شطر جزيئات كربونات السيريوم المائية الكبيرة إلى جزيئات دقيقة، بينما يتفاعل نترات الألومنيوم مع محلول الأمونيا لتكوين جزيئات غروانية غير متبلورة. تلتصق هذه الجزيئات الغروانية بسهولة بجزيئات كربونات السيريوم، وبعد التجفيف والتكليس، يُمكن تطعيم سطح أكسيد السيريوم بالألومنيوم. استُخدمت هذه الطريقة لتصنيع جزيئات أكسيد السيريوم بكميات مختلفة من تطعيم الألومنيوم، وتمّ توصيف أدائها في التلميع. بعد إضافة كمية مناسبة من الألومنيوم إلى سطح جزيئات أكسيد السيريوم، تزداد قيمة الجهد السطحي السالبة، مما يؤدي بدوره إلى زيادة التنافر الكهروستاتيكي بين جزيئات الكاشط، وبالتالي تحسين استقرار معلق الكاشط. في الوقت نفسه، يزداد التجاذب بين جزيئات الكاشط والطبقة اللينة المشحونة إيجابياً بفعل التجاذب الكولومبي، مما يُحسّن التلامس بين الكاشط والطبقة اللينة على سطح الزجاج المصقول، وبالتالي يزيد من سرعة التلميع.