El rápido desarrollo en los campos de la información y la optoelectrónica ha impulsado la constante actualización de la tecnología de pulido químico-mecánico (CMP). Además de los equipos y materiales, la obtención de superficies de ultra alta precisión depende cada vez más del diseño y la producción industrial de partículas abrasivas de alta eficiencia, así como de la preparación de la suspensión de pulido correspondiente. Con la mejora continua de los requisitos de precisión y eficiencia del procesamiento de superficies, las exigencias para los materiales de pulido de alta eficiencia también son cada vez mayores. El dióxido de cerio se ha utilizado ampliamente en el mecanizado de precisión de superficies de dispositivos microelectrónicos y componentes ópticos de precisión.
El polvo de pulido de óxido de cerio (VK-Ce01) tiene las ventajas de una gran capacidad de corte, alta eficiencia de pulido, alta precisión de pulido, buena calidad de pulido, entorno de trabajo limpio, baja contaminación, larga vida útil, etc., y se utiliza ampliamente en el pulido de precisión óptica y en el campo del CMP, etc., ocupando una posición extremadamente importante.
Propiedades básicas del óxido de cerio:
La ceria, también conocida como óxido de cerio, es un óxido de cerio. En este caso, el cerio tiene una valencia de +4 y su fórmula química es CeO₂. El producto puro es un polvo blanco denso o un cristal cúbico, mientras que el producto impuro es un polvo de color amarillo claro o incluso rosa a marrón rojizo (debido a que contiene trazas de lantano, praseodimio, etc.). A temperatura y presión ambiente, la ceria es un óxido de cerio estable. El cerio también puede formar Ce₂O₃ con valencia +3, que es inestable y forma CeO₂ estable con O₂. El óxido de cerio es ligeramente soluble en agua, álcalis y ácidos. Su densidad es de 7,132 g/cm³, su punto de fusión es de 2600 °C y su punto de ebullición es de 3500 °C.
Mecanismo de pulido del óxido de cerio
La dureza de las partículas de CeO2 no es elevada. Como se muestra en la tabla siguiente, la dureza del óxido de cerio es mucho menor que la del diamante y el óxido de aluminio, y también menor que la del óxido de circonio y el óxido de silicio, que es equivalente al óxido férrico. Por lo tanto, desde un punto de vista puramente mecánico, no es técnicamente factible despulir materiales a base de óxido de silicio, como vidrio de silicato, vidrio de cuarzo, etc., con óxido de cerio de baja dureza. Sin embargo, el óxido de cerio es actualmente el polvo de pulido preferido para materiales a base de óxido de silicio o incluso nitruro de silicio. Se puede observar que el pulido con óxido de cerio también tiene otros efectos además de los mecánicos. La dureza del diamante, que es un material de pulido y rectificado de uso común, suele presentar vacantes de oxígeno en la red cristalina del CeO2, lo que modifica sus propiedades físico-químicas y tiene cierto impacto en las propiedades de pulido. Los polvos de pulido de óxido de cerio de uso común contienen cierta cantidad de otros óxidos de tierras raras. El óxido de praseodimio (Pr6O11) también posee una estructura de red cúbica centrada en las caras, lo que lo hace adecuado para el pulido, mientras que otros óxidos de tierras raras lantánidos carecen de capacidad de pulido. Sin alterar la estructura cristalina del CeO2, puede formar una solución sólida con él dentro de un cierto rango. Para el polvo de pulido de óxido de cerio nanométrico de alta pureza (VK-Ce01), cuanto mayor sea la pureza del óxido de cerio (VK-Ce01), mayor será la capacidad de pulido y mayor la vida útil, especialmente para lentes ópticas de vidrio duro y cuarzo durante largos períodos. Para el pulido cíclico, se recomienda utilizar polvo de pulido de óxido de cerio de alta pureza (VK-Ce01).
Aplicación del polvo pulidor de óxido de cerio:
El polvo de pulido de óxido de cerio (VK-Ce01), utilizado principalmente para pulir productos de vidrio, se emplea principalmente en los siguientes campos:
1. Gafas, pulido de lentes de cristal;
2. Lente óptica, vidrio óptico, lente, etc.;
3. Cristal de pantalla de teléfono móvil, superficie del reloj (caja del reloj), etc.;
4. Monitor LCD de todo tipo de pantallas LCD;
5. Diamantes de imitación, diamantes brillantes (tarjetas, diamantes en pantalones vaqueros), bolas de luz (lujosas lámparas de araña en el gran salón);
6. Artesanía en cristal;
7. Pulido parcial del jade
Los derivados actuales del óxido de cerio para pulido:
La superficie del óxido de cerio se dopa con aluminio para mejorar significativamente su capacidad de pulido del vidrio óptico.
El Departamento de Investigación y Desarrollo Tecnológico de UrbanMines Tech. Limited propuso que la composición y modificación superficial de partículas de pulido son los principales métodos y enfoques para mejorar la eficiencia y precisión del pulido CMP. Esto se debe a que las propiedades de las partículas se pueden ajustar mediante la composición de elementos multicomponentes, y la estabilidad de la dispersión y la eficiencia de pulido de la suspensión se pueden mejorar mediante la modificación superficial. La preparación y el rendimiento de pulido del polvo de CeO2 dopado con TiO2 pueden mejorar la eficiencia de pulido en más del 50%, y al mismo tiempo, los defectos superficiales también se reducen en un 80%. El efecto de pulido sinérgico de los óxidos compuestos de CeO2, ZrO2 y SiO2 2CeO2; por lo tanto, la tecnología de preparación de óxidos compuestos micro-nano de ceria dopados es de gran importancia para el desarrollo de nuevos materiales de pulido y el análisis del mecanismo de pulido. Además de la cantidad de dopaje, el estado y la distribución del dopante en las partículas sintetizadas también afectan en gran medida sus propiedades superficiales y su rendimiento de pulido.
Entre ellas, la síntesis de partículas de pulido con estructura de revestimiento es la más atractiva. Por lo tanto, la selección de métodos y condiciones de síntesis también es muy importante, especialmente aquellos métodos que son simples y rentables. Utilizando carbonato de cerio hidratado como materia prima principal, se sintetizaron partículas de pulido de óxido de cerio dopado con aluminio mediante un método mecanoquímico de fase sólida húmeda. Bajo la acción de una fuerza mecánica, las partículas grandes de carbonato de cerio hidratado pueden escindirse en partículas finas, mientras que el nitrato de aluminio reacciona con agua amoniacal para formar partículas coloidales amorfas. Las partículas coloidales se adhieren fácilmente a las partículas de carbonato de cerio, y después del secado y la calcinación, se puede lograr el dopaje con aluminio en la superficie del óxido de cerio. Este método se utilizó para sintetizar partículas de óxido de cerio con diferentes cantidades de dopaje de aluminio, y se caracterizó su rendimiento de pulido. Después de agregar una cantidad adecuada de aluminio a la superficie de las partículas de óxido de cerio, el valor negativo del potencial superficial aumentaría, lo que a su vez crearía el espacio entre las partículas abrasivas. Existe una mayor repulsión electrostática, lo que favorece la mejora de la estabilidad de la suspensión abrasiva. Al mismo tiempo, se fortalece la adsorción mutua entre las partículas abrasivas y la capa blanda con carga positiva mediante la atracción de Coulomb, lo que beneficia el contacto entre el abrasivo y la capa blanda en la superficie del vidrio pulido y promueve la mejora de la tasa de pulido.