Il rapido sviluppo nei settori dell'informatica e dell'optoelettronica ha promosso il continuo aggiornamento della tecnologia di lucidatura chimico-meccanica (CMP). Oltre alle apparecchiature e ai materiali, l'ottenimento di superfici di altissima precisione dipende sempre più dalla progettazione e dalla produzione industriale di particelle abrasive ad alta efficienza, nonché dalla preparazione della relativa pasta lucidante. Con il continuo miglioramento dei requisiti di precisione ed efficienza nella lavorazione delle superfici, anche i requisiti per i materiali di lucidatura ad alta efficienza diventano sempre più stringenti. Il biossido di cerio è ampiamente utilizzato nella lavorazione di precisione delle superfici di dispositivi microelettronici e componenti ottici di precisione.
La polvere lucidante all'ossido di cerio (VK-Ce01) presenta i vantaggi di un'elevata capacità di taglio, un'alta efficienza di lucidatura, un'elevata precisione di lucidatura, una buona qualità di lucidatura, un ambiente operativo pulito, un basso inquinamento, una lunga durata, ecc., ed è ampiamente utilizzata nella lucidatura di precisione ottica e nel CMP, ecc., occupando una posizione di estrema importanza.
Proprietà fondamentali dell'ossido di cerio:
L'ossido di cerio, noto anche come ceria, è un ossido di cerio. In questo caso, la valenza del cerio è +4 e la sua formula chimica è CeO2. Il prodotto puro si presenta come una polvere bianca e pesante o come cristalli cubici, mentre il prodotto impuro è una polvere di colore giallo chiaro o addirittura rosa-marrone rossastro (poiché contiene tracce di lantanio, praseodimio, ecc.). A temperatura e pressione ambiente, la ceria è un ossido di cerio stabile. Il cerio può anche formare Ce2O3 con valenza +3, che è instabile e si lega all'ossigeno formando CeO2, un composto stabile. L'ossido di cerio è leggermente solubile in acqua, alcali e acidi. La sua densità è di 7,132 g/cm³, il punto di fusione è di 2600 °C e il punto di ebollizione è di 3500 °C.
Meccanismo di lucidatura dell'ossido di cerio
La durezza delle particelle di CeO2 non è elevata. Come mostrato nella tabella sottostante, la durezza dell'ossido di cerio è molto inferiore a quella del diamante e dell'ossido di alluminio, nonché inferiore a quella dell'ossido di zirconio e dell'ossido di silicio, che è equivalente all'ossido ferrico. Pertanto, da un punto di vista puramente meccanico, non è tecnicamente fattibile rimuovere la lucidatura di materiali a base di ossido di silicio, come vetro silicatico, vetro al quarzo, ecc., con ceria a bassa durezza. Tuttavia, l'ossido di cerio è attualmente la polvere lucidante preferita per la lucidatura di materiali a base di ossido di silicio o persino di nitruro di silicio. Si può notare che la lucidatura con ossido di cerio ha anche altri effetti oltre a quelli meccanici. La durezza del diamante, che è un materiale comunemente usato per la levigatura e la lucidatura, è dovuta alla presenza di vacanze di ossigeno nel reticolo del CeO2, che ne modificano le proprietà fisiche e chimiche e hanno un certo impatto sulle proprietà di lucidatura. Le polveri lucidanti a base di ossido di cerio comunemente utilizzate contengono una certa quantità di altri ossidi di terre rare. L'ossido di praseodimio (Pr6O11) possiede una struttura reticolare cubica a facce centrate, adatta alla lucidatura, a differenza di altri ossidi di terre rare di lantanidi che non presentano tale capacità. Senza alterare la struttura cristallina del CeO2, può formare una soluzione solida con esso entro un certo intervallo. Per la polvere lucidante di ossido di cerio nano-puro (VK-Ce01), maggiore è la purezza dell'ossido di cerio (VK-Ce01), maggiore è la capacità lucidante e più lunga è la durata, soprattutto per lenti ottiche in vetro duro e quarzo. In caso di lucidatura ciclica, si consiglia l'utilizzo di polvere lucidante di ossido di cerio ad alta purezza (VK-Ce01).
Applicazione della polvere lucidante all'ossido di cerio:
La polvere lucidante all'ossido di cerio (VK-Ce01), utilizzata principalmente per la lucidatura di prodotti in vetro, trova impiego soprattutto nei seguenti settori:
1. Occhiali, lucidatura delle lenti in vetro;
2. Lenti ottiche, vetri ottici, lenti, ecc.;
3. Vetro dello schermo del telefono cellulare, superficie dell'orologio (sportello dell'orologio), ecc.;
4. Monitor LCD: tutti i tipi di schermi LCD;
5. Strass, diamanti scintillanti (carte, diamanti sui jeans), sfere luminose (lampadari di lusso nella grande sala);
6. Artigianato con cristalli;
7. Lucidatura parziale della giada
Gli attuali derivati lucidanti a base di ossido di cerio:
La superficie dell'ossido di cerio viene drogata con alluminio per migliorarne significativamente la capacità di lucidatura del vetro ottico.
Il Dipartimento di Ricerca e Sviluppo Tecnologico di UrbanMines Tech. Limited ha proposto che la miscelazione e la modifica superficiale delle particelle di lucidatura siano i metodi e gli approcci principali per migliorare l'efficienza e la precisione della lucidatura CMP. Infatti, le proprietà delle particelle possono essere regolate mediante la miscelazione di elementi multicomponenti e la stabilità della dispersione e l'efficienza di lucidatura della sospensione lucidante possono essere migliorate tramite la modifica superficiale. La preparazione e le prestazioni di lucidatura della polvere di CeO2 drogata con TiO2 possono migliorare l'efficienza di lucidatura di oltre il 50% e, allo stesso tempo, ridurre i difetti superficiali dell'80%. L'effetto di lucidatura sinergico degli ossidi compositi CeO2-ZrO2 e SiO2-2CeO2 è di grande importanza per lo sviluppo di nuovi materiali di lucidatura e per la comprensione del meccanismo di lucidatura. Oltre alla quantità di drogaggio, anche lo stato e la distribuzione del drogante nelle particelle sintetizzate influenzano notevolmente le loro proprietà superficiali e le prestazioni di lucidatura.
Tra questi, la sintesi di particelle lucidanti con struttura di rivestimento è la più interessante. Pertanto, anche la selezione dei metodi e delle condizioni di sintesi è molto importante, soprattutto per quanto riguarda i metodi semplici ed economici. Utilizzando carbonato di cerio idrato come materia prima principale, sono state sintetizzate particelle lucidanti di ossido di cerio drogato con alluminio mediante un metodo meccanico-chimico in fase solida umida. Sotto l'azione di una forza meccanica, le particelle più grandi di carbonato di cerio idrato possono essere scisse in particelle fini, mentre il nitrato di alluminio reagisce con acqua ammoniacale per formare particelle colloidali amorfe. Le particelle colloidali aderiscono facilmente alle particelle di carbonato di cerio e, dopo essiccazione e calcinazione, è possibile ottenere il drogaggio con alluminio sulla superficie dell'ossido di cerio. Questo metodo è stato utilizzato per sintetizzare particelle di ossido di cerio con diverse quantità di drogaggio con alluminio e ne sono state caratterizzate le prestazioni di lucidatura. Dopo aver aggiunto una quantità appropriata di alluminio alla superficie delle particelle di ossido di cerio, il valore negativo del potenziale superficiale aumenta, creando a sua volta uno spazio tra le particelle abrasive. Si verifica una repulsione elettrostatica più forte, che favorisce il miglioramento della stabilità della sospensione abrasiva. Allo stesso tempo, viene rafforzato anche l'adsorbimento reciproco tra le particelle abrasive e lo strato morbido caricato positivamente tramite attrazione coulombiana, il che è vantaggioso per il contatto reciproco tra l'abrasivo e lo strato morbido sulla superficie del vetro lucidato e promuove il miglioramento della velocità di lucidatura.