Die rasante Entwicklung in der Informations- und Optoelektronik hat die kontinuierliche Weiterentwicklung der chemisch-mechanischen Poliertechnologie (CMP) vorangetrieben. Neben Anlagen und Materialien hängt die Erzielung ultrapräziser Oberflächen zunehmend von der Entwicklung und industriellen Fertigung hocheffizienter Schleifpartikel sowie der Herstellung der entsprechenden Poliersuspension ab. Mit den stetig steigenden Anforderungen an Genauigkeit und Effizienz der Oberflächenbearbeitung wachsen auch die Anforderungen an hocheffiziente Poliermaterialien. Cerdioxid findet breite Anwendung in der Oberflächenpräzisionsbearbeitung mikroelektronischer Bauelemente und optischer Präzisionskomponenten.
Das Polierpulver Ceroxid (VK-Ce01) zeichnet sich durch eine hohe Schneidleistung, hohe Poliereffizienz, hohe Poliergenauigkeit, gute Polierqualität, saubere Arbeitsumgebung, geringe Umweltbelastung und lange Lebensdauer aus und nimmt daher in Bereichen wie dem optischen Präzisionspolieren und dem CMP eine äußerst wichtige Stellung ein.
Grundlegende Eigenschaften von Ceroxid:
Ceroxid, auch bekannt als Ceroxid, ist ein Oxid des Cers. Es besitzt die Wertigkeit +4 und die chemische Formel lautet CeO₂. Reines Ceroxid ist ein weißes, schweres Pulver oder bildet kubische Kristalle. Unreines Ceroxid ist ein hellgelbes oder sogar rosa bis rötlich-braunes Pulver (aufgrund von Spuren von Lanthan, Praseodym usw.). Bei Raumtemperatur und -druck ist Ceroxid ein stabiles Oxid des Cers. Cer kann auch Ce₂O₃ mit der Wertigkeit +3 bilden, welches instabil ist und mit O₂ zu stabilem CeO₂ reagiert. Ceroxid ist in Wasser, Laugen und Säuren schwerlöslich. Die Dichte beträgt 7,132 g/cm³, der Schmelzpunkt 2600 °C und der Siedepunkt 3500 °C.
Poliermechanismus von Ceroxid
Die Härte von CeO₂-Partikeln ist gering. Wie die untenstehende Tabelle zeigt, ist die Härte von Ceroxid deutlich niedriger als die von Diamant und Aluminiumoxid sowie niedriger als die von Zirkoniumdioxid und Siliziumdioxid, welches Eisen(III)-oxid entspricht. Daher ist es aus rein mechanischer Sicht nicht möglich, siliziumdioxidbasierte Werkstoffe wie Silikatglas, Quarzglas usw. mit Ceroxid aufgrund seiner geringen Härte zu entpolieren. Dennoch ist Ceroxid derzeit das bevorzugte Polierpulver für siliziumdioxidbasierte Werkstoffe oder sogar Siliziumnitrid. Es zeigt sich, dass das Polieren mit Ceroxid neben mechanischen Effekten auch andere Auswirkungen hat. Die Härte von Diamant, einem häufig verwendeten Schleif- und Poliermaterial, beruht auf Sauerstoffleerstellen im CeO₂-Gitter, die seine physikalischen und chemischen Eigenschaften verändern und sich auf die Poliereigenschaften auswirken. Gängige Ceroxid-Polierpulver enthalten zudem einen gewissen Anteil anderer Seltenerdoxide. Praseodymoxid (Pr₆O₁₁) besitzt ebenfalls eine kubisch-flächenzentrierte Gitterstruktur und eignet sich daher gut zum Polieren, während andere Lanthanoid-Seltenerdoxide keine Polierfähigkeit aufweisen. Ohne die Kristallstruktur von CeO₂ zu verändern, kann es innerhalb eines bestimmten Bereichs eine Mischkristallreihe mit diesem bilden. Bei hochreinem Nano-Ceroxid-Polierpulver (VK-Ce01) gilt: Je höher die Reinheit des Ceroxids (VK-Ce01), desto besser die Polierfähigkeit und desto länger die Lebensdauer, insbesondere bei optischen Linsen aus Hartglas und Quarz, die über einen längeren Zeitraum verwendet werden. Für zyklisches Polieren empfiehlt sich daher die Verwendung von hochreinem Ceroxid-Polierpulver (VK-Ce01).
Anwendung von Ceroxid-Polierpulver:
Ceroxid-Polierpulver (VK-Ce01), das hauptsächlich zum Polieren von Glasprodukten verwendet wird, findet vor allem in folgenden Bereichen Anwendung:
1. Brillen, Polieren von Glaslinsen;
2. Optische Linse, optisches Glas, Linse usw.;
3. Handy-Bildschirmglas, Uhrengehäuse (Uhrentür) usw.;
4. LCD-Monitore: alle Arten von LCD-Bildschirmen;
5. Strasssteine, funkelnde Diamanten (Karten, Diamanten auf Jeans), leuchtende Kugeln (luxuriöse Kronleuchter in der großen Halle);
6. Kristallkunsthandwerk;
7. Teilpolieren von Jade
Die derzeitigen Polierderivate aus Ceroxid:
Die Oberfläche von Ceroxid wird mit Aluminium dotiert, um dessen Polierbarkeit von optischem Glas deutlich zu verbessern.
Die Abteilung für Technologieforschung und -entwicklung von UrbanMines Tech. Limited schlug vor, dass die Kompositierung und Oberflächenmodifizierung von Polierpartikeln die wichtigsten Methoden und Ansätze zur Verbesserung der Effizienz und Genauigkeit des CMP-Polierens darstellen. Da sich die Partikeleigenschaften durch die Kompositierung von Mehrkomponentenelementen gezielt einstellen lassen und die Dispersionsstabilität sowie die Poliereffizienz der Poliersuspension durch Oberflächenmodifizierung verbessert werden können, ist dies von großer Bedeutung. Die Herstellung und Polierleistung von mit TiO₂ dotiertem CeO₂-Pulver kann die Poliereffizienz um mehr als 50 % steigern, während gleichzeitig die Oberflächendefekte um 80 % reduziert werden. Der synergistische Poliereffekt von CeO₂-ZrO₂- und SiO₂-2CeO₂-Kompositoxiden unterstreicht die Bedeutung der Herstellungstechnologie dotierter Ceroxid-Mikro-Nano-Kompositoxide für die Entwicklung neuer Poliermaterialien und die Erforschung des Poliermechanismus. Neben der Dotierungsmenge beeinflussen auch Zustand und Verteilung des Dotierstoffs in den synthetisierten Partikeln deren Oberflächeneigenschaften und Polierleistung maßgeblich.
Unter den Synthesemethoden ist die Herstellung von Polierpartikeln mit Mantelstruktur besonders attraktiv. Daher ist die Wahl geeigneter Syntheseverfahren und -bedingungen von großer Bedeutung, insbesondere solcher, die einfach und kostengünstig sind. Ausgehend von hydratisiertem Cercarbonat als Hauptrohstoff wurden aluminiumdotierte Ceroxid-Polierpartikel mittels nasschemischer Festphasen-Synthese hergestellt. Unter mechanischer Einwirkung werden große Partikel des hydratisierten Cercarbonats in feine Partikel zerlegt, während Aluminiumnitrat mit Ammoniakwasser zu amorphen Kolloidpartikeln reagiert. Diese Kolloidpartikel lagern sich leicht an die Cercarbonatpartikel an, und nach Trocknung und Kalzinierung erfolgt die Aluminiumdotierung der Ceroxidoberfläche. Mit dieser Methode wurden Ceroxidpartikel mit unterschiedlichen Aluminiumdotierungsgraden synthetisiert und deren Polierleistung charakterisiert. Durch die Zugabe einer geeigneten Menge Aluminium zur Oberfläche der Ceroxidpartikel erhöht sich der negative Wert des Oberflächenpotenzials, wodurch sich der Abstand zwischen den Schleifpartikeln vergrößert. Es entsteht eine stärkere elektrostatische Abstoßung, was die Stabilität der Abrasivsuspension verbessert. Gleichzeitig wird die gegenseitige Adsorption zwischen den Abrasivpartikeln und der positiv geladenen Weichschicht durch Coulomb-Anziehung verstärkt, was den Kontakt zwischen Abrasivmittel und Weichschicht auf der Oberfläche des polierten Glases begünstigt und die Polierleistung erhöht.