Быстрое развитие в области информационных технологий и оптоэлектроники способствовало постоянному совершенствованию технологии химико-механической полировки (ХМП). Помимо оборудования и материалов, получение сверхточных поверхностей в большей степени зависит от проектирования и промышленного производства высокоэффективных абразивных частиц, а также от приготовления соответствующей полировальной суспензии. А с постоянным повышением требований к точности и эффективности обработки поверхности, требования к высокоэффективным полировальным материалам также постоянно растут. Диоксид церия широко используется в прецизионной обработке поверхностей микроэлектронных устройств и прецизионных оптических компонентов.
Полировальный порошок на основе оксида церия (VK-Ce01) обладает такими преимуществами, как высокая режущая способность, высокая эффективность полировки, высокая точность полировки, хорошее качество полировки, чистая рабочая среда, низкий уровень загрязнения, длительный срок службы и т. д., и занимает чрезвычайно важное место в области прецизионной полировки оптики и химико-механической полировки (CMP) и т. д.
Основные свойства оксида церия:
Оксид церия, также известный как оксид церия, представляет собой оксид церия. В настоящее время валентность церия составляет +4, а его химическая формула — CeO2. Чистый продукт представляет собой белый тяжелый порошок или кубический кристалл, а нечистый продукт — светло-желтый или даже розовый или красновато-коричневый порошок (поскольку он содержит следы лантана, празеодима и др.). При комнатной температуре и давлении оксид церия является стабильным оксидом церия. Церий также может образовывать Ce2O3 с валентностью +3, который является нестабильным и образует стабильный CeO2 с O2. Оксид церия слабо растворим в воде, щелочах и кислотах. Плотность составляет 7,132 г/см3, температура плавления — 2600℃, а температура кипения — 3500℃.
Механизм полировки оксида церия
Твердость частиц CeO2 невысока. Как показано в таблице ниже, твердость оксида церия значительно ниже, чем у алмаза и оксида алюминия, а также ниже, чем у оксида циркония и оксида кремния, что эквивалентно оксиду железа. Поэтому технически нецелесообразно с механической точки зрения удалять полировку материалов на основе оксида кремния, таких как силикатное стекло, кварцевое стекло и т. д., с помощью оксида церия с низкой твердостью. Однако оксид церия в настоящее время является предпочтительным полировальным порошком для полировки материалов на основе оксида кремния или даже нитрида кремния. Видно, что полировка оксидом церия имеет и другие эффекты, помимо механических. Твердость алмаза, который является широко используемым шлифовальным и полировальным материалом, обычно обусловлена наличием кислородных вакансий в кристаллической решетке CeO2, что изменяет его физико-химические свойства и оказывает определенное влияние на полировку. Обычно используемые полировальные порошки на основе оксида церия содержат определенное количество других оксидов редкоземельных элементов. Оксид празеодима (Pr6O11) также имеет гранецентрированную кубическую решетку, что делает его пригодным для полировки, в то время как другие оксиды лантанидов редкоземельных элементов не обладают полирующей способностью. Не изменяя кристаллическую структуру CeO2, он может образовывать с ним твердый раствор в определенном диапазоне. Для полировки высокочистым наночастицами оксида церия (VK-Ce01) чем выше чистота оксида церия (VK-Ce01), тем выше полирующая способность и дольше срок службы, особенно для оптических линз из твердого стекла и кварца. При циклической полировке рекомендуется использовать высокочистый полировальный порошок оксида церия (VK-Ce01).
Применение полировального порошка на основе оксида церия:
Полировальный порошок на основе оксида церия (ВК-Це01), в основном используемый для полировки изделий из стекла, применяется преимущественно в следующих областях:
1. Полировка очков и стеклянных линз;
2. Оптическая линза, оптическое стекло, линза и т. д.;
3. Стекло экрана мобильного телефона, поверхность часов (дверца часов) и т. д.;
4. ЖК-мониторы, все виды ЖК-экранов;
5. Стразы, сверкающие бриллианты (карточки, бриллианты на джинсах), светящиеся шары (роскошные люстры в большом зале);
6. Изделия из хрусталя;
7. Частичная полировка нефрита
Существующие производные оксида церия для полировки:
Поверхность оксида церия легируется алюминием, что значительно улучшает полировку оптического стекла.
Отдел технологических исследований и разработок компании UrbanMines Tech. Limited предложил рассматривать компаундирование и модификацию поверхности полировальных частиц как основные методы и подходы к повышению эффективности и точности полировки методом химико-механической полировки (CMP). Поскольку свойства частиц можно регулировать путем компаундирования многокомпонентных элементов, а стабильность дисперсии и эффективность полировки суспензии могут быть улучшены за счет модификации поверхности, приготовление и полировка порошка CeO2, легированного TiO2, позволяют повысить эффективность полировки более чем на 50%, а также снизить количество поверхностных дефектов на 80%. Синергетический эффект полировки композитных оксидов CeO2, ZrO2 и SiO2-2CeO2 имеет большое значение для разработки новых полировальных материалов и изучения механизма полировки. Помимо количества легирующей добавки, состояние и распределение легирующей добавки в синтезированных частицах также существенно влияют на их поверхностные свойства и эффективность полировки.
Среди них синтез полировальных частиц с плакирующей структурой является наиболее привлекательным. Поэтому выбор методов и условий синтеза также очень важен, особенно тех методов, которые являются простыми и экономически эффективными. Используя гидратированный карбонат церия в качестве основного сырья, полировальные частицы оксида церия, легированные алюминием, были синтезированы методом влажной твердофазной механохимии. Под действием механической силы крупные частицы гидратированного карбоната церия могут быть расщеплены на мелкие частицы, в то время как нитрат алюминия реагирует с аммиачной водой, образуя аморфные коллоидные частицы. Коллоидные частицы легко прикрепляются к частицам карбоната церия, и после сушки и прокаливания на поверхности оксида церия может быть достигнуто легирование алюминием. Этот метод был использован для синтеза частиц оксида церия с различным содержанием легирующего алюминия, и были охарактеризованы их полировальные свойства. После добавления соответствующего количества алюминия на поверхность частиц оксида церия отрицательное значение поверхностного потенциала увеличивается, что, в свою очередь, создает зазор между абразивными частицами. Усиливается электростатическое отталкивание, что способствует повышению стабильности абразивной суспензии. Одновременно усиливается взаимная адсорбция между абразивными частицами и положительно заряженным мягким слоем за счет кулоновского притяжения, что благоприятно сказывается на контакте абразива и мягкого слоя на поверхности полируемого стекла и способствует повышению скорости полировки.