一种氧化铈抛光粉及制备和应用

本发明涉及表面抛光，具体涉及一种可用于精抛工艺过程的氧化铈抛光粉的制备及其使用方法。

背景技术：

1、氧化铈抛光液广泛应用于普通玻璃、光学玻璃、高精度光学仪器、晶体表面、半导体元件等领域。但目前市售的氧化铈抛光液中的氧化铈磨粒粒径大多在10-200nm范围内，粒径尺寸更小的氧化铈的制备存在诸多挑战。

2、ceo2的制备方法主要有气相法、液相法和固相法。气相法是在气体中用2种或2种以上简单物质或化合物发生反应合成ceo2。通常气相法制备的氧化铈粒径小，分布均匀，性质稳定，不易团聚。但气相法制备过程复杂、设备昂贵、无法实现工业化大规模生产，一般不采用。例如guillou n等【guillou n,et al.1997,8(5):545-557】使用热蒸汽中惰性气体冷凝的方法，合成了7-10nm之间的ceo2纳米颗粒；jackie y ying等利用气相合成法合成了5-15nm的ceo2。

3、液相法操作简单，具有很强的适应性，广泛用于工业生产。主要包括沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、电化学法等。

4、沉淀法利用金属可溶盐溶液中加入沉淀剂沉淀合成前驱体，然后将前驱体干燥焙烧得氧化铈材料。通过控制反应条件，可以改变氧化铈材料的粒径和形貌。该工艺简单易操作，广泛应用于氧化铈的合成和制备。但是由于该方法通常是在水溶液中进行，水的存在会导致颗粒之间的团聚，所以该方法的关键在于如何阻止颗粒之间的团聚，获得分布均匀的尺寸小的氧化铈颗粒。yin l等【yin l,et al.2002,246(1):78-84】采用沉淀法合成出了粒径分布为2-10nm之间的氧化铈颗粒。chu x等【chu x,et al.1993,76】通过硝酸铈与尿素反应，制备了粒径分布为200-300nm之间的球形氧化铈。

5、溶胶凝胶法将原料液在经过水解、醇解、聚合等一系列化学反应的作用后，制备成溶胶，再通过陈化或干燥形成凝胶。侯文华等【侯文华等2000】采用溶胶-凝胶法合成了平均粒径为10nm的氧化铈。

6、电化学法利用合适的电极材料对溶液实现电解，在电极表面形成需要的物质。电化学法制备出来的ceo2颗粒不容易团聚且反应过程可以通过控制电极点位来控制，但该方法产品收率低且成本高昂，目前难以工业应用。潘湛昌等用电解铈盐的方法，制得了晶粒尺寸10nm的球形ceo2颗粒。

7、固相法利用固体反应合成前驱体，再将其焙烧得到ceo2。固相法制备出来的氧化铈颗粒尺寸较大，且分布不均匀，含铈量低，仅适合对氧化铈性能要求不高的场合。f.bondioli等采用固相合成法制备合成出了粒径尺寸10-20nm的氧化铈，庄稼等【庄稼等2004,22(005):641-646】采用固相反应两步法制备出了平均粒径在90nm的氧化铈颗粒。

8、本申请中利用铈盐的多元醇混合溶液与沉淀剂溶液直接雾化混合，得雾状混合沉淀物，然后将其直接干燥和焙烧，可制得可用于精密抛光的氧化铈抛光粉，其中氧化铈为平均一次粒径3±1nm的颗粒状材料。制备过程简单高效，易于工业化，具有重要应用前景。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题在于提供一种可用于精抛工艺过程的氧化铈抛光粉的制备方法，具体涉及铈盐与多元醇的混合溶液与沉淀剂溶液同时雾化混合，形成雾化沉淀物，经干燥和焙烧可得氧化铈抛光粉。

2、技术方案为：

3、将可溶性铈盐溶解于水和多元醇的混合溶液中形成铈盐溶液，将固体沉淀剂溶解形成溶液，将铈盐溶液和沉淀剂溶液同时雾化接触混合，所得雾化沉淀物经干燥后，即得粉末状沉淀物，焙烧后即得可用于精密抛光的氧化铈抛光粉；其中，氧化铈为平均一次粒径3±1nm的颗粒状材料。

4、提供一种方案：

5、所述铈的可溶性盐，包括硝酸铈铵、醋酸铈、氟化铈、硫酸铈铵中的一种或几种；

6、所述铈盐溶液中ce离子的浓度为：0.02-1.5mol/l；

7、所述多元醇为：丙二醇、丁二醇、己二醇、新戊二醇中的一种或几种；

8、其中，ce离子与多元醇摩尔比为：5:1～1:20。

9、所述固体沉淀剂为：naoh、koh、ba(oh)2中的一种或多种；

10、所述沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为：0.2-4.0mol/l；

11、所述喷雾压力(利用高压泵使溶液获得压力喷雾雾化)范围6-20mpa；

12、通过调节铈盐和沉淀剂溶液雾化进料速率，使ce离子与沉淀剂的摩尔比为：1:2～1:20。

13、密闭容器的氛围为惰性气氛，选自n2、ar、he中的一种或多种；

14、所述干燥温度为：80-220℃；

15、所述焙烧温度为：300-700℃；

16、焙烧气氛为：air(空气)，含氧惰性气氛(o2体积含量1％-95％，其余为惰性气氛，惰性气氛气体为n2、ar或he中的一种或多种)中的一种或多种；

17、焙烧时间为：4-24h。

18、提供一种方案：

19、所述铈的可溶性盐，包括硝醋酸铈、硫酸铈铵中的一种或两种；

20、所述铈盐溶液中ce离子的浓度为：0.03-1.0mol/l；

21、所述多元醇为：丙二醇、新戊二醇中的一种或两种；

22、其中，ce离子与多元醇摩尔比为：3:1～1:10。

23、所述固体沉淀剂为：naoh、ba(oh)2中的一种或两种；

24、所述沉淀剂溶液中沉淀剂的浓度为：0.5-3.0mol/l；

25、所述喷雾压力(利用高压泵使溶液获得压力喷雾雾化)范围为：7-14mpa；

26、通过调节铈盐和沉淀剂溶液雾化进料速率，使ce离子与沉淀剂的摩尔比为：1:5～1:10。

27、密闭容器的氛围为惰性气氛，选自n2、ar的一种或多种；

28、所述干燥温度为：100-200℃；

29、所述焙烧温度为：350-550℃；

30、焙烧气氛为：air，含氧惰性气氛(o2体积含量5％-70％，其余为惰性气氛，惰性气氛气体为n2、ar或he中的一种或多种)中的一种或多种；

31、焙烧时间为：8-12h。

32、所述氧化铈抛光粉可配制成化学机械抛光液被应用于精抛工艺中。

33、有益技术效果

34、本发明与现有技术相比，具有如下优点：本发明制备的氧化铈抛光粉平均一次粒径小(3±1nm)，粒径分布窄，抛光性能好，抛光工件所能达到表面粗糙低，表面缺陷和划痕少。

技术特征：

1.一种氧化铈抛光粉的制备方法，其特征在于：

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：

5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：

6.按照权利要求1或3所述的方法，其特征在于：

7.按照权利要求1或4所述的方法，其特征在于：

8.一种权利要求1-7所述的方法制备获得的氧化铈抛光粉。

9.一种权利要求8所述的氧化铈抛光粉可配制成化学机械抛光液被应用于精抛抛光工艺中。

10.按照权利要求9所述的应用，其可用于熔石英玻璃的表面抛光。

技术总结
本发明涉及一种可用于精抛工艺过程的氧化铈抛光粉的制备方法，具体涉及铈盐与多元醇的混合溶液与沉淀剂溶液同时雾化混合，形成雾化沉淀物，经干燥和焙烧可得氧化铈抛光粉，该方法制得的氧化铈抛光粉中，氧化铈颗粒的平均一次粒径3±1nm，可用于精抛工艺，优化条件下可将工件的表面粗糙度抛光至0.1nm以下。

技术研发人员：王峰,张志鑫,王业红,石振
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16