O rápido desenvolvimento nas áreas de informação e optoeletrônica impulsionou a constante atualização da tecnologia de polimento químico-mecânico (CMP). Além de equipamentos e materiais, a obtenção de superfícies de ultra-alta precisão depende cada vez mais do projeto e da produção industrial de partículas abrasivas de alta eficiência, bem como da preparação da pasta de polimento correspondente. E com a crescente exigência de precisão e eficiência no processamento de superfícies, os requisitos para materiais de polimento de alta eficiência também se tornam cada vez mais exigentes. O dióxido de cério tem sido amplamente utilizado na usinagem de precisão de superfícies de dispositivos microeletrônicos e componentes ópticos de precisão.
O pó de polimento de óxido de cério (VK-Ce01) apresenta vantagens como forte poder de corte, alta eficiência de polimento, alta precisão de polimento, boa qualidade de polimento, ambiente operacional limpo, baixa poluição e longa vida útil, sendo amplamente utilizado em polimento de precisão óptica e CMP, entre outros campos, ocupando uma posição extremamente importante.
Propriedades básicas do óxido de cério:
A céria, também conhecida como óxido de cério, é um óxido de cério. Atualmente, o cério possui valência +4 e sua fórmula química é CeO₂. O produto puro é um pó branco denso ou cristais cúbicos, enquanto o produto impuro é um pó amarelo claro ou até mesmo rosa a marrom-avermelhado (devido à presença de traços de lantânio, praseodímio, etc.). À temperatura e pressão ambientes, a céria é um óxido de cério estável. O cério também pode formar Ce₂O₃ com valência +3, que é instável e reage com O₂ formando CeO₂ estável. O óxido de cério é pouco solúvel em água, álcalis e ácidos. Sua densidade é de 7,132 g/cm³, seu ponto de fusão é de 2600 °C e seu ponto de ebulição é de 3500 °C.
Mecanismo de polimento do óxido de cério
A dureza das partículas de CeO2 não é alta. Como mostra a tabela abaixo, a dureza do óxido de cério é muito menor que a do diamante e do óxido de alumínio, e também menor que a do óxido de zircônio e do óxido de silício, sendo equivalente à do óxido férrico. Portanto, do ponto de vista mecânico, não é tecnicamente viável despolir materiais à base de óxido de silício, como vidro de silicato, vidro de quartzo, etc., com cério de baixa dureza. No entanto, o óxido de cério é atualmente o pó de polimento preferido para materiais à base de óxido de silício ou mesmo materiais de nitreto de silício. Pode-se observar que o polimento com óxido de cério também tem outros efeitos além dos mecânicos. A dureza do diamante, um material comumente usado para moagem e polimento, geralmente apresenta vacâncias de oxigênio na rede cristalina do CeO2, o que altera suas propriedades físico-químicas e tem certo impacto nas propriedades de polimento. Os pós de polimento de óxido de cério comumente usados contêm uma certa quantidade de outros óxidos de terras raras. O óxido de praseodímio (Pr6O11) também possui uma estrutura cristalina cúbica de faces centradas, adequada para polimento, enquanto outros óxidos de lantanídeos e terras raras não apresentam essa capacidade. Sem alterar a estrutura cristalina do CeO2, ele pode formar uma solução sólida com o praseodímio dentro de uma determinada faixa. Para o pó de polimento de óxido de cério nanoestruturado de alta pureza (VK-Ce01), quanto maior a pureza do óxido de cério (VK-Ce01), maior a capacidade de polimento e a vida útil, especialmente para lentes ópticas de vidro duro e quartzo que necessitam de uso prolongado. Em polimentos cíclicos, recomenda-se o uso de pó de polimento de óxido de cério de alta pureza (VK-Ce01).
Aplicação do pó de polimento de óxido de cério:
O pó de polimento de óxido de cério (VK-Ce01), usado principalmente para polir produtos de vidro, é aplicado principalmente nos seguintes campos:
1. Óculos, polimento de lentes de vidro;
2. Lente óptica, vidro óptico, lente, etc.;
3. Vidro da tela do celular, superfície do relógio (porta do relógio), etc.;
4. Monitor LCD: todos os tipos de telas LCD;
5. Strass, diamantes brilhantes (cartões, diamantes em calças jeans), bolas de iluminação (lustres luxuosos no salão principal);
6. Artesanato em cristal;
7. Polimento parcial de jade
Os derivados atuais para polimento com óxido de cério são:
A superfície do óxido de cério é dopada com alumínio para melhorar significativamente o polimento do vidro óptico.
O Departamento de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico da UrbanMines Tech. Limited propôs que a composição e a modificação da superfície das partículas de polimento são os principais métodos e abordagens para melhorar a eficiência e a precisão do polimento CMP. Isso ocorre porque as propriedades das partículas podem ser ajustadas pela composição de elementos multicomponentes, e a estabilidade da dispersão e a eficiência do polimento da pasta abrasiva podem ser aprimoradas pela modificação da superfície. A preparação e o desempenho de polimento do pó de CeO₂ dopado com TiO₂ podem melhorar a eficiência do polimento em mais de 50% e, ao mesmo tempo, reduzir os defeitos superficiais em 80%. O efeito sinérgico de polimento dos óxidos compostos de CeO₂-ZrO₂ e SiO₂-2CeO₂ demonstra que a tecnologia de preparação de óxidos compostos micro-nano de céria dopada é de grande importância para o desenvolvimento de novos materiais de polimento e para a compreensão do mecanismo de polimento. Além da quantidade de dopante, o estado e a distribuição do dopante nas partículas sintetizadas também afetam significativamente suas propriedades superficiais e o desempenho de polimento.
Dentre elas, a síntese de partículas de polimento com estrutura de revestimento é a mais atrativa. Portanto, a seleção dos métodos e condições de síntese também é muito importante, especialmente aqueles que sejam simples e econômicos. Utilizando carbonato de cério hidratado como principal matéria-prima, partículas de polimento de óxido de cério dopadas com alumínio foram sintetizadas pelo método mecanoquímico úmido em fase sólida. Sob a ação da força mecânica, as partículas grandes de carbonato de cério hidratado podem ser clivadas em partículas finas, enquanto o nitrato de alumínio reage com a água amoniacal para formar partículas coloidais amorfas. As partículas coloidais aderem facilmente às partículas de carbonato de cério e, após secagem e calcinação, a dopagem com alumínio é obtida na superfície do óxido de cério. Este método foi utilizado para sintetizar partículas de óxido de cério com diferentes quantidades de dopagem de alumínio, e seu desempenho de polimento foi caracterizado. Após a adição de uma quantidade adequada de alumínio à superfície das partículas de óxido de cério, o valor negativo do potencial de superfície aumenta, o que, por sua vez, cria um espaço entre as partículas abrasivas. Há uma repulsão eletrostática mais forte, o que promove a melhoria da estabilidade da suspensão abrasiva. Ao mesmo tempo, a adsorção mútua entre as partículas abrasivas e a camada macia carregada positivamente por meio da atração de Coulomb também será fortalecida, o que é benéfico para o contato mútuo entre o abrasivo e a camada macia na superfície do vidro polido e promove a melhoria da taxa de polimento.