信息和光电子领域的高速发展促进了化学机械抛光 (CMP)技术的不断更新。除了设备和材料外 , 超高精度表面的获取更有赖于高效研磨粒子的设计与工业化生产,以及相应的抛光浆料的调配。而且随着表面加工精度和效率要求的不断提高,对高效抛光材料的要求也越来越高。二氧化铈在微电子器件和精密光学元器件表面精密加工中已经得到广泛应用。

氧化铈抛光粉(VK-Ce01)抛光粉因具有切削能力强,抛光效率高,抛光精度高,抛光质量好,操作环境清洁,污染小,使用寿命长等优点,而在光学精密抛光和CMP等领域占有极其重要的地位。

氧化是基本性质:

二氧化铈,又称氧化铈,为铈的氧化物,此时铈的化合价为+4价,化学式为CeO2。纯品为白色重质粉末或立方体结晶,不纯品为浅黄色甚至粉红色至红棕色粉末(因含有微量镧、镨等)。常温、常压下,二氧化铈是铈的稳定氧化物。铈还能形成+3价的Ce2O3,其不稳定,会和O2生成稳定的CeO2。氧化铈微溶于水、碱和酸。密度7.132 g/cm3,熔点2600℃,沸点3500℃ 。

氧化铈的抛光机制

CeO2颗粒的硬度并不高,如下表所示,氧化铈的硬度远低于金刚石、氧化铝,也低于氧化锆和氧化硅,与三氧化二铁相当。因此仅从机械方面来看,以低硬度的氧化铈去抛光基于氧化硅的材料,如硅酸盐玻璃、石英玻璃等,是不具有技术可行性的。但是氧化铈却是目前抛光基于氧化硅材料甚至氮化硅材料的首选抛光粉。可见氧化铈抛光还具有机械作用之外的其他作用。常用研磨、抛光材料的硬度材料金刚石在CeO2晶格中通常会出现氧空位使得其理化性能发生变化,并对抛光性能产生一定的影响。常用的氧化铈抛光粉中均含有一定量的其他稀土氧化物,氧化镨(Pr6O11)也为面心立方晶格结构,可适用于抛光,而其他镧系稀土氧化物没有抛光能力,它们可在不改变CeO2晶体结构的条件下,在一定范围内与之形成固溶体。对高纯纳米氧化铈抛光粉(VK-Ce01)而言,氧化铈(VK-Ce01)的纯度越高,抛光能力越大,使用寿命也增加,特别是硬质玻璃和石英光学镜头等长时间循环抛光时,以使用高纯度的氧化铈抛光粉(VK-Ce01)为宜。

氧化铈抛光粉的应用:

氧化铈抛光粉(VK-Ce01),主要用于玻璃制品的抛光,其主要应用于以下领域:

1.  眼镜、玻璃镜片抛光;

2. 光学镜头、光学玻璃、透镜等;

3. 手机屏玻璃、手表面(表门)等;

4.  液晶显示器各类液晶屏;

5.  水钻、烫钻(发卡,牛仔裤上的钻石)、灯饰球(大型大厅内的豪华吊灯);

6.  水晶工艺品;

7. 部分玉石的抛光

目前氧化铈抛光的衍生:

氧化铈表面掺铝以显著提高其抛光光学玻璃

在南昌大学稀土与微纳功能材料研究中心的金 靇 , 孙戊辰 , 焦晓燕 , 李艳花 , 罗 巍 , 李永绣等人,提出抛光粒子的复合化和表面修饰是目前提高CMP抛光效率和精度的主要方法和途径。因为通过多组分元素的复合可以调谐粒子性能 , 并通过表面修饰来提高抛光浆料的分散稳定性和抛光效率。掺杂 TiO2 的 CeO2粉体的制备和抛光性能 , 可以使抛光效率提高工作效率 50%以上 , 同时 , 表面缺陷也降低 80%。 CeO2 ZrO2 , SiO2 2CeO2 复合氧化物的协同抛光效果 ;因此 , 掺杂氧化铈微纳米复合氧化物的制备技术对于发展新型抛光材料,探讨抛光机制具有非常重要的意义。除了掺杂量外 , 掺杂物在合成粒子中的状态和分布对其表面特性和抛光性能的影响也非常大 。

其中,具有包覆态结构的抛光粒子的合成更加引人瞩目。因此,合成方法及条件的选择也非常重要,尤其是那些简单易行成本又低的方法 。以水合碳酸铈为主要原料,采用湿固相机械化学法来合成铝掺杂氧化铈抛光粒子。在机械力作用下,水合碳酸铈大颗粒可以被解理成细小颗粒,而硝酸铝则与氨水反应形成无定形的胶体粒子。这种胶体粒子易于附着在碳酸铈颗粒上,经干燥和煅烧,可以在氧化铈表面实现铝的掺杂。采用这种方法合成了不同铝掺杂量的氧化铈粒子,并对其抛光性能进行了表征,适量铝掺入氧化铈粒子表面后,将导致表面电位负值的增大,进而使磨料颗粒间存在更强的静电斥力,促进磨料悬浮稳定性提高。与此同时,磨料粒子与带正电荷的软质层之间的通过库仑引力的相互吸附作用也将加强,有利于磨料与被抛玻璃表面软质层的相互接触 , 促进抛光速率的提高。