De snelle ontwikkelingen op het gebied van informatie en opto-elektronica hebben geleid tot een voortdurende verbetering van de chemisch-mechanische polijsttechnologie (CMP). Naast apparatuur en materialen is het verkrijgen van ultranauwkeurige oppervlakken sterk afhankelijk van het ontwerp en de industriële productie van hoogefficiënte schuurdeeltjes, evenals de bereiding van de bijbehorende polijstsuspensie. En met de voortdurende verbetering van de nauwkeurigheid en efficiëntie van oppervlaktebewerkingen, worden ook de eisen aan hoogefficiënte polijstmaterialen steeds hoger. Ceriumdioxide wordt veelvuldig gebruikt bij de precisiebewerking van oppervlakken van micro-elektronische apparaten en precisie-optische componenten.
Het polijstpoeder van ceriumoxide (VK-Ce01) heeft als voordelen een sterk slijpvermogen, een hoge polijstefficiëntie, een hoge polijstnauwkeurigheid, een goede polijstkwaliteit, een schone werkomgeving, lage vervuiling en een lange levensduur. Het wordt dan ook veelvuldig gebruikt in optische precisiepolijsting en CMP (Chemical Mechanical Polishing), en neemt daar een zeer belangrijke positie in.
Basiseigenschappen van ceriumoxide:
Ceriumoxide, ook wel ceria genoemd, is een oxide van cerium. De valentie van cerium is +4 en de chemische formule is CeO2. Het zuivere product is een wit, zwaar poeder of kubisch kristal, terwijl het onzuivere product een lichtgeel of zelfs roze tot roodbruin poeder is (omdat het sporen van lanthaan, praseodymium, enz. bevat). Bij kamertemperatuur en -druk is ceriumoxide een stabiel oxide van cerium. Cerium kan ook Ce2O3 met valentie +3 vormen, dat onstabiel is, en vormt met O2 het stabiele CeO2. Ceriumoxide is licht oplosbaar in water, basen en zuren. De dichtheid is 7,132 g/cm³, het smeltpunt is 2600 °C en het kookpunt is 3500 °C.
Polijstmechanisme van ceriumoxide
De hardheid van CeO2-deeltjes is niet hoog. Zoals in de onderstaande tabel te zien is, is de hardheid van ceriumoxide veel lager dan die van diamant en aluminiumoxide, en ook lager dan die van zirkoniumoxide en siliciumoxide, dat gelijkwaardig is aan ijzer(III)oxide. Het is daarom technisch niet haalbaar om materialen op basis van siliciumoxide, zoals silicaatglas, kwartsglas, enz., te ontvetten met ceriumoxide met een lage hardheid, puur vanuit mechanisch oogpunt. Desondanks is ceriumoxide momenteel het voorkeurspoeder voor het polijsten van materialen op basis van siliciumoxide of zelfs siliciumnitridematerialen. Het is duidelijk dat polijsten met ceriumoxide naast mechanische effecten ook andere effecten heeft. De hardheid van diamant, een veelgebruikt slijp- en polijstmateriaal, wordt meestal veroorzaakt door zuurstofvacatures in het CeO2-rooster, wat de fysische en chemische eigenschappen verandert en een zekere invloed heeft op de polijsteigenschappen. Veelgebruikte ceriumoxide-polijstpoeders bevatten een bepaalde hoeveelheid andere zeldzame aardoxiden. Praseodymiumoxide (Pr6O11) heeft ook een vlakgecentreerde kubische roosterstructuur, die geschikt is om te polijsten, terwijl andere lanthanide-zeldzame-aardoxiden geen polijstvermogen hebben. Zonder de kristalstructuur van CeO2 te veranderen, kan het binnen een bepaald bereik een vaste oplossing ermee vormen. Voor hoogzuiver nano-ceriumoxide polijstpoeder (VK-Ce01) geldt dat hoe hoger de zuiverheid van het ceriumoxide (VK-Ce01), hoe groter het polijstvermogen en hoe langer de levensduur, met name voor hard glas en kwartslenzen. Bij cyclisch polijsten is het raadzaam om hoogzuiver ceriumoxide polijstpoeder (VK-Ce01) te gebruiken.
Toepassing van ceriumoxide-polijstpoeder:
Ceriumoxide-polijstpoeder (VK-Ce01), dat hoofdzakelijk wordt gebruikt voor het polijsten van glasproducten, vindt zijn toepassing in de volgende sectoren:
1. Brillen, polijsten van glazen lenzen;
2. Optische lens, optisch glas, lens, enz.;
3. Schermglas van mobiele telefoons, horlogeoppervlak (horlogekast), enz.;
4. LCD-monitor, alle soorten LCD-schermen;
5. Strasssteentjes, glinsterende diamanten (kaarten, diamanten op jeans), lichtgevende bollen (luxe kroonluchters in de grote hal);
6. Kristallen handwerk;
7. Gedeeltelijk polijsten van jade
De huidige polijstderivaten van ceriumoxide:
Het oppervlak van ceriumoxide is gedoteerd met aluminium om de polijsteigenschappen van optisch glas aanzienlijk te verbeteren.
De afdeling Technologisch Onderzoek en Ontwikkeling van UrbanMines Tech. Limited heeft voorgesteld dat het samenstellen en de oppervlaktemodificatie van polijstdeeltjes de belangrijkste methoden en benaderingen zijn om de efficiëntie en nauwkeurigheid van CMP-polijsten te verbeteren. De eigenschappen van de deeltjes kunnen namelijk worden aangepast door het samenstellen van meerdere componenten, en de dispersiestabiliteit en polijstefficiëntie van de polijstsuspensie kunnen worden verbeterd door oppervlaktemodificatie. De bereiding en polijstprestaties van CeO2-poeder gedoteerd met TiO2 kunnen de polijstefficiëntie met meer dan 50% verbeteren, terwijl tegelijkertijd de oppervlaktedefecten met 80% worden verminderd. Het synergetische polijsteffect van CeO2-ZrO2- en SiO2-2CeO2-composietoxiden maakt de bereidingstechnologie van gedoteerde ceria-micro-nanocomposietoxiden van groot belang voor de ontwikkeling van nieuwe polijstmaterialen en het onderzoek naar het polijstmechanisme. Naast de hoeveelheid dotering hebben ook de toestand en de verdeling van het doteringsmiddel in de gesynthetiseerde deeltjes een grote invloed op hun oppervlakte-eigenschappen en polijstprestaties.
Onder de verschillende synthesemethoden is de synthese van polijstdeeltjes met een bekledingsstructuur het meest aantrekkelijk. Daarom is de keuze van de synthesemethoden en -omstandigheden van groot belang, met name methoden die eenvoudig en kosteneffectief zijn. Met gehydrateerd ceriumcarbonaat als belangrijkste grondstof werden aluminiumgedoteerde ceriumoxide-polijstdeeltjes gesynthetiseerd met behulp van een natte mechanochemische methode in vaste fase. Onder invloed van mechanische kracht kunnen grote deeltjes gehydrateerd ceriumcarbonaat worden gesplitst in fijne deeltjes, terwijl aluminiumnitraat reageert met ammoniakwater om amorfe colloïdale deeltjes te vormen. De colloïdale deeltjes hechten zich gemakkelijk aan de ceriumcarbonaatdeeltjes en na drogen en calcineren kan aluminiumdotering op het oppervlak van het ceriumoxide worden bereikt. Deze methode werd gebruikt om ceriumoxidedeeltjes met verschillende hoeveelheden aluminiumdotering te synthetiseren en hun polijstprestaties werden gekarakteriseerd. Nadat een geschikte hoeveelheid aluminium aan het oppervlak van de ceriumoxidedeeltjes was toegevoegd, nam de negatieve waarde van de oppervlaktepotentiaal toe, wat op zijn beurt de ruimte tussen de schurende deeltjes vergrootte. Er is sprake van een sterkere elektrostatische afstoting, wat de stabiliteit van de schuurmiddelsuspensie bevordert. Tegelijkertijd wordt de wederzijdse adsorptie tussen de schuurdeeltjes en de positief geladen zachte laag door Coulomb-aantrekking versterkt. Dit is gunstig voor het contact tussen het schuurmiddel en de zachte laag op het gepolijste glasoppervlak en bevordert de verbetering van de polijstsnelheid.