Hiter razvoj na področju informacijske in optoelektronske tehnologije je spodbudil nenehno posodabljanje tehnologije kemično-mehanskega poliranja (CMP). Poleg opreme in materialov je pridobivanje ultra visoko natančnih površin bolj odvisno od zasnove in industrijske proizvodnje visoko učinkovitih abrazivnih delcev ter priprave ustrezne polirne suspenzije. Z nenehnim izboljševanjem zahtev glede natančnosti in učinkovitosti obdelave površin se vse višje tudi zahteve po visoko učinkovitih polirnih materialih. Cerijev dioksid se pogosto uporablja pri natančni obdelavi površin mikroelektronskih naprav in natančnih optičnih komponent.
Polirni prašek iz cerijevega oksida (VK-Ce01) ima prednosti močne rezalne sposobnosti, visoke učinkovitosti poliranja, visoke natančnosti poliranja, dobre kakovosti poliranja, čistega delovnega okolja, nizkega onesnaženja, dolge življenjske dobe itd., zato se pogosto uporablja na področju optičnega natančnega poliranja in CMP itd., kjer zavzema izjemno pomembno mesto.
Osnovne lastnosti cerijevega oksida:
Cerijev oksid, znan tudi kot cerijev oksid, je cerijev oksid. V tem primeru je valenca cerija +4, kemijska formula pa je CeO2. Čisti produkt je bel težek prah ali kubični kristal, nečisti produkt pa je svetlo rumen ali celo rožnat do rdečkasto rjav prah (ker vsebuje sledove lantana, prazeodima itd.). Pri sobni temperaturi in tlaku je cerijev oksid stabilen. Cerij lahko tvori tudi Ce2O3 z +3 valenco, ki je nestabilen in z O2 tvori stabilen CeO2. Cerijev oksid je rahlo topen v vodi, alkalijah in kislinah. Gostota je 7,132 g/cm3, tališče je 2600 ℃, vrelišče pa 3500 ℃.
Mehanizem poliranja cerijevega oksida
Trdota delcev CeO2 ni visoka. Kot je prikazano v spodnji tabeli, je trdota cerijevega oksida precej nižja od trdote diamanta in aluminijevega oksida, pa tudi nižja od trdote cirkonijevega oksida in silicijevega oksida, ki sta enakovredna železovemu oksidu. Zato tehnično ni izvedljivo odstranjevati poliranja materialov na osnovi silicijevega oksida, kot so silikatnega stekla, kremenčevega stekla itd., s cerijem, ki ima le z mehanskega vidika nizko trdoto. Vendar pa je cerijev oksid trenutno najprimernejši polirni prašek za poliranje materialov na osnovi silicijevega oksida ali celo materialov iz silicijevega nitrida. Vidimo lahko, da ima poliranje s cerijevim oksidom poleg mehanskih učinkov tudi druge učinke. Trdota diamanta, ki je pogosto uporabljen brusilni in polirni material, ima običajno v rešetki CeO2 prosta mesta kisika, kar spremeni njegove fizikalne in kemijske lastnosti ter ima določen vpliv na polirne lastnosti. Pogosto uporabljeni polirni praški s cerijevim oksidom vsebujejo določeno količino drugih redkozemeljskih oksidov. Prazeodimov oksid (Pr6O11) ima tudi ploskovno centrirano kubično mrežno strukturo, ki je primerna za poliranje, medtem ko drugi lantanoidni redkozemeljski oksidi nimajo polirne sposobnosti. Brez spreminjanja kristalne strukture CeO2 lahko z njim tvori trdno raztopino v določenem območju. Pri polirnem prahu iz visoko čistega nano-cerijevega oksida (VK-Ce01) velja, da višja kot je čistost cerijevega oksida (VK-Ce01), večja je polirna sposobnost in daljša življenjska doba, zlasti za trdo steklo in kremenčeve optične leče za daljše obdobje. Pri cikličnem poliranju je priporočljivo uporabljati polirni prah iz visoko čistega cerijevega oksida (VK-Ce01).
Uporaba polirnega praška iz cerijevega oksida:
Prašek za poliranje iz cerijevega oksida (VK-Ce01), ki se uporablja predvsem za poliranje steklenih izdelkov, se uporablja predvsem na naslednjih področjih:
1. Očala, poliranje steklenih leč;
2. Optična leča, optično steklo, leča itd.;
3. Steklo zaslona mobilnega telefona, površina ure (vrata ure) itd.;
4. LCD monitor vseh vrst LCD zaslona;
5. Okrasni kamni, vroče diamanti (kartice, diamanti na kavbojkah), svetlobne kroglice (luksuzni lestenci v veliki dvorani);
6. Kristalna obrt;
7. Delno poliranje žada
Trenutni derivati za poliranje cerijevega oksida:
Površina cerijevega oksida je dopirana z aluminijem, da se znatno izboljša poliranje optičnega stekla.
Oddelek za tehnološke raziskave in razvoj podjetja UrbanMines Tech. Limited je predlagal, da sta mešanje in modifikacija površine polirnih delcev glavni metodi in pristopu za izboljšanje učinkovitosti in natančnosti poliranja CMP. Ker je mogoče lastnosti delcev prilagoditi z mešanjem večkomponentnih elementov, se lahko stabilnost disperzije in učinkovitost poliranja polirne brozge izboljšata z modifikacijo površine. Priprava in učinkovitost poliranja prahu CeO2, dopiranega s TiO2, lahko izboljšata učinkovitost poliranja za več kot 50 %, hkrati pa se površinske napake zmanjšajo tudi za 80 %. Sinergijski učinek poliranja kompozitnih oksidov CeO2, ZrO2 in SiO2·2CeO2; zato je tehnologija priprave dopiranih mikro-nano kompozitnih oksidov cerija zelo pomembna za razvoj novih polirnih materialov in razpravo o mehanizmu poliranja. Poleg količine dopiranja tudi stanje in porazdelitev dopanta v sintetiziranih delcih močno vplivata na njihove površinske lastnosti in učinkovitost poliranja.
Med njimi je sinteza polirnih delcev s strukturo obloge bolj privlačna. Zato je zelo pomembna tudi izbira sintetičnih metod in pogojev, zlasti tistih, ki so preproste in stroškovno učinkovite. Z uporabo hidriranega cerijevega karbonata kot glavne surovine so bili z mehanokemijsko metodo v mokri trdni fazi sintetizirani polirni delci cerijevega oksida, dopirani z aluminijem. Pod vplivom mehanske sile se lahko veliki delci hidriranega cerijevega karbonata razcepijo na drobne delce, medtem ko aluminijev nitrat reagira z amoniakovo vodo in tvori amorfne koloidne delce. Koloidni delci se zlahka pritrdijo na delce cerijevega karbonata, po sušenju in kalcinaciji pa se na površini cerijevega oksida doseže dopiranje z aluminijem. Ta metoda je bila uporabljena za sintezo delcev cerijevega oksida z različnimi količinami dopiranja z aluminijem in okarakterizirana je bila njihova polirna učinkovitost. Po dodajanju ustrezne količine aluminija na površino delcev cerijevega oksida se je povečala negativna vrednost površinskega potenciala, kar je posledično povzročilo režo med abrazivnimi delci. Prisotno je močnejše elektrostatično odbijanje, kar spodbuja izboljšanje stabilnosti abrazivne suspenzije. Hkrati se bo okrepila tudi medsebojna adsorpcija med abrazivnimi delci in pozitivno nabito mehko plastjo zaradi Coulombove privlačnosti, kar je koristno za medsebojni stik med abrazivom in mehko plastjo na površini poliranega stekla ter spodbuja izboljšanje hitrosti poliranja.