อนาคตของซีเรียมออกไซด์ในการขัดเงา

การพัฒนาอย่างรวดเร็วในด้านสารสนเทศและอิเล็กโทรออปติกส์ได้ส่งเสริมการพัฒนาเทคโนโลยีการขัดเงาเชิงกลเคมี (CMP) อย่างต่อเนื่อง นอกเหนือจากอุปกรณ์และวัสดุแล้ว การได้มาซึ่งพื้นผิวที่มีความแม่นยำสูงมากยังขึ้นอยู่กับการออกแบบและการผลิตอนุภาคขัดเงาที่มีประสิทธิภาพสูงในระดับอุตสาหกรรม รวมถึงการเตรียมสารละลายขัดเงาที่เหมาะสมด้วย และด้วยการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องของความแม่นยำและประสิทธิภาพในการประมวลผลพื้นผิว ความต้องการวัสดุขัดเงาที่มีประสิทธิภาพสูงจึงสูงขึ้นเรื่อยๆ เซเรียมไดออกไซด์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการขึ้นรูปพื้นผิวที่มีความแม่นยำสูงของอุปกรณ์ไมโครอิเล็กทรอนิกส์และชิ้นส่วนออปติกที่มีความแม่นยำสูง

ผงขัดเงาเซเรียมออกไซด์ (VK-Ce01) มีข้อดีหลายประการ เช่น ความสามารถในการตัดสูง ประสิทธิภาพการขัดเงาสูง ความแม่นยำในการขัดเงาสูง คุณภาพการขัดเงาดี สภาพแวดล้อมการทำงานสะอาด มลพิษต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน ฯลฯ และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในด้านการขัดเงาความแม่นยำสูงสำหรับชิ้นส่วนทางแสงและงาน CMP เป็นต้น ซึ่งถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง

คุณสมบัติพื้นฐานของซีเรียมออกไซด์:

เซเรีย หรือที่รู้จักกันในชื่อเซเรียมออกไซด์ คือออกไซด์ของเซเรียม ในขณะนี้ เซเรียมมีวาเลนซ์ +4 และสูตรเคมีคือ CeO2 ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์เป็นผงสีขาวข้นหรือผลึกทรงลูกบาศก์ ส่วนผลิตภัณฑ์ที่ไม่บริสุทธิ์เป็นผงสีเหลืองอ่อนหรือแม้กระทั่งสีชมพูถึงสีน้ำตาลแดง (เนื่องจากมีธาตุอื่นเจือปนอยู่เล็กน้อย เช่น แลนทานัม พราซีโอดีเมียม เป็นต้น) ที่อุณหภูมิและความดันห้อง เซเรียมเป็นออกไซด์ของเซเรียมที่เสถียร เซเรียมยังสามารถสร้าง Ce2O3 ที่มีวาเลนซ์ +3 ซึ่งไม่เสถียรและจะเกิดเป็น CeO2 ที่เสถียรเมื่อทำปฏิกิริยากับ O2 เซเรียมออกไซด์ละลายได้เล็กน้อยในน้ำ ด่าง และกรด ความหนาแน่น 7.132 กรัม/ซม³ จุดหลอมเหลว 2600℃ และจุดเดือด 3500℃

กลไกการขัดเงาของซีเรียมออกไซด์

ความแข็งของอนุภาค CeO2 ไม่สูงนัก ดังแสดงในตารางด้านล่าง ความแข็งของซีเรียมออกไซด์ต่ำกว่าเพชรและอะลูมิเนียมออกไซด์มาก และยังต่ำกว่าเซอร์โคเนียมออกไซด์และซิลิคอนออกไซด์ ซึ่งเทียบเท่ากับเฟอร์ริกออกไซด์ ดังนั้นจึงไม่สามารถทำได้ในทางเทคนิคที่จะขัดเงาวัสดุที่มีซิลิคอนออกไซด์เป็นส่วนประกอบ เช่น แก้วซิลิเกต แก้วควอตซ์ เป็นต้น ด้วยซีเรียมออกไซด์ที่มีความแข็งต่ำจากมุมมองทางกลเพียงอย่างเดียว อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันซีเรียมออกไซด์เป็นผงขัดเงาที่นิยมใช้สำหรับการขัดเงาวัสดุที่มีซิลิคอนออกไซด์เป็นส่วนประกอบ หรือแม้แต่ซิลิคอนไนไตรด์ จะเห็นได้ว่าการขัดเงาด้วยซีเรียมออกไซด์มีผลอื่นๆ นอกเหนือจากผลทางกล ความแข็งของเพชรซึ่งเป็นวัสดุขัดเงาที่ใช้กันทั่วไป มักมีช่องว่างออกซิเจนในโครงสร้างผลึกของ CeO2 ซึ่งเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและเคมี และมีผลกระทบต่อคุณสมบัติการขัดเงา ผงขัดเงาซีเรียมออกไซด์ที่ใช้กันทั่วไปมักมีส่วนผสมของออกไซด์ของธาตุหายากอื่นๆ อยู่ด้วย แพรซีโอดีเมียมออกไซด์ (Pr6O11) มีโครงสร้างผลึกแบบลูกบาศก์ศูนย์กลางหน้า ซึ่งเหมาะสมสำหรับการขัดเงา ในขณะที่ออกไซด์ของธาตุหายากแลนทานัมชนิดอื่นไม่มีความสามารถในการขัดเงา โดยไม่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกของ CeO2 สามารถสร้างสารละลายของแข็งกับ CeO2 ได้ภายในช่วงที่กำหนด สำหรับผงขัดเงานาโนเซเรียมออกไซด์ความบริสุทธิ์สูง (VK-Ce01) ยิ่งความบริสุทธิ์ของเซเรียมออกไซด์ (VK-Ce01) สูงเท่าไร ความสามารถในการขัดเงาและอายุการใช้งานก็จะยิ่งมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับกระจกแข็งและเลนส์ควอตซ์ในระยะยาว เมื่อทำการขัดเงาแบบวนซ้ำ ควรใช้ผงขัดเงาเซเรียมออกไซด์ความบริสุทธิ์สูง (VK-Ce01)

การใช้งานผงขัดเงาเซเรียมออกไซด์:

ผงขัดเงาเซเรียมออกไซด์ (VK-Ce01) ใช้สำหรับขัดเงาผลิตภัณฑ์แก้วเป็นหลัก โดยใช้ในงานด้านต่างๆ ดังต่อไปนี้:

1. แว่นตา, การขัดเลนส์แว่นตา;

2. เลนส์, กระจกเลนส์, เลนส์ ฯลฯ

3. กระจกหน้าจอโทรศัพท์มือถือ, พื้นผิวหน้าปัดนาฬิกา (ฝาหลังนาฬิกา) เป็นต้น

4. จอ LCD ทุกชนิด;

5. พลอยเทียม, เพชรเทียม (การ์ด, เพชรบนกางเกงยีนส์), ลูกบอลไฟ (โคมระย้าหรูหราในห้องโถงใหญ่);

6. งานฝีมือจากคริสตัล;

7. การขัดหยกบางส่วน

สารอนุพันธ์ซีเรียมออกไซด์สำหรับขัดเงาในปัจจุบัน:

พื้นผิวของซีเรียมออกไซด์ถูกเติมด้วยอะลูมิเนียมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการขัดเงากระจกออปติคอลอย่างมีนัยสำคัญ

แผนกวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีของบริษัท UrbanMines Tech. Limited เสนอว่า การผสมและการปรับเปลี่ยนพื้นผิวของอนุภาคขัดเงาเป็นวิธีการและแนวทางหลักในการปรับปรุงประสิทธิภาพและความแม่นยำของการขัดเงาแบบ CMP เนื่องจากคุณสมบัติของอนุภาคสามารถปรับแต่งได้โดยการผสมองค์ประกอบหลายชนิด และความเสถียรในการกระจายตัวและประสิทธิภาพการขัดเงาของสารละลายขัดเงาสามารถปรับปรุงได้โดยการปรับเปลี่ยนพื้นผิว การเตรียมและการขัดเงาผง CeO2 ที่เจือด้วย TiO2 สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการขัดเงาได้มากกว่า 50% และในขณะเดียวกัน ข้อบกพร่องบนพื้นผิวก็ลดลงถึง 80% ผลการขัดเงาแบบเสริมฤทธิ์กันของออกไซด์คอมโพสิต CeO2 ZrO2 และ SiO2 2CeO2 ดังนั้น เทคโนโลยีการเตรียมออกไซด์คอมโพสิตไมโครนาโนเซเรียที่เจือสารจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาวัสดุขัดเงาใหม่และการอภิปรายกลไกการขัดเงา นอกจากปริมาณการเจือสารแล้ว สถานะและการกระจายตัวของสารเจือในอนุภาคที่สังเคราะห์ขึ้นยังส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณสมบัติพื้นผิวและประสิทธิภาพการขัดเงาอีกด้วย

ในบรรดาวิธีการต่างๆ การสังเคราะห์อนุภาคขัดเงาที่มีโครงสร้างแบบเคลือบนั้นมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ ดังนั้น การเลือกวิธีการและสภาวะการสังเคราะห์จึงมีความสำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งวิธีการที่เรียบง่ายและคุ้มค่า โดยใช้ซีเรียมคาร์บอเนตไฮเดรตเป็นวัตถุดิบหลัก อนุภาคขัดเงาซีเรียมออกไซด์ที่เจือด้วยอะลูมิเนียมถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยวิธีเชิงกลเคมีแบบเปียก ภายใต้การกระทำของแรงเชิงกล อนุภาคขนาดใหญ่ของซีเรียมคาร์บอเนตไฮเดรตสามารถแตกตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็ก ในขณะที่อะลูมิเนียมไนเตรตทำปฏิกิริยากับน้ำแอมโมเนียเพื่อสร้างอนุภาคคอลลอยด์อสัณฐาน อนุภาคคอลลอยด์เหล่านี้สามารถเกาะติดกับอนุภาคซีเรียมคาร์บอเนตได้ง่าย และหลังจากอบแห้งและเผาแล้ว การเจืออะลูมิเนียมจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของซีเรียมออกไซด์ วิธีการนี้ถูกนำมาใช้ในการสังเคราะห์อนุภาคซีเรียมออกไซด์ที่มีปริมาณการเจืออะลูมิเนียมแตกต่างกัน และได้ทำการวิเคราะห์ประสิทธิภาพการขัดเงาของอนุภาคเหล่านั้น หลังจากเติมอะลูมิเนียมในปริมาณที่เหมาะสมลงบนพื้นผิวของอนุภาคเซเรียมออกไซด์แล้ว ค่าศักย์ไฟฟ้าลบของพื้นผิวจะเพิ่มขึ้น ซึ่งจะทำให้ช่องว่างระหว่างอนุภาคขัดมีแรงผลักทางไฟฟ้าสถิตที่แรงขึ้น ส่งผลให้ความเสถียรของการแขวนลอยของอนุภาคขัดดีขึ้น ในขณะเดียวกัน การดูดซับระหว่างอนุภาคขัดและชั้นอ่อนที่มีประจุบวกผ่านแรงดึงดูดคูลอมบ์ก็จะแข็งแกร่งขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการสัมผัสระหว่างอนุภาคขัดและชั้นอ่อนบนพื้นผิวของกระจกขัดเงา และช่วยส่งเสริมอัตราการขัดเงาให้ดีขึ้น