二氧化铈抛光粉的性能表征及二氧化铈的市场综述

二氧化铈抛光粉的性能表征及二氧化铈的市场综述

关键词：超细，二氧化铈，铈锆复合氧化物，抛光性能

二氧化铈及其复合氧化物具有优良的抛光性能。 二氧化铈及其复合氧化物抛光粉被誉为最好的抛光材料，广泛应用于电视显象管、眼镜片、光学玻璃、航空玻璃、集成电路基板、液晶显示器、光掩模基板及各种宝石等制品的抛光。二氧化铈及其复合氧化物具有抛光质量好(光洁度高)、效率高、速度快、使用寿命长等优点。

本文测试Ce／Zr比例不同的超细二氧化铈的复合氧化物及不同粒径的二氧化铈粉末（九朋新材料研制），发现，中位粒径在0．6～2．0u m范围内。抛光能力均随Ce／Zr的比例而变化，在Ce／Zr比为1：1时，复合氧化物具有最好的抛光效果。可同时满足硬、软玻璃的抛光要求。同时，对于精密抛光，九朋新材料的30纳米二氧化铈抛光粉对精细抛光有着极好的抛光精度。

二氧化铈纯度越高，抛光能力越强。实际上，氧化铈及其复合氧化物抛光粉的制备煅烧温度和氧化铈及其复合氧化物粒度分布也影响效果。对于氧化铈及其复合氧化物抛光粉来讲，氧化铈的品位越高，抛光能力越大，使用寿命也增加，特别是硬质玻璃长时间循环抛光时(石英、光学镜头等)，以使用高品位的氧化铈抛光粉为宜。

二氧化铈抛光粉颗粒硬度与化学活性，可通过某些手段增加抛光粉晶格缺陷以提高其抛光能力，增强氧化铈及其复合氧化物抛光粉的机械研磨作用，提高抛光速率。但氧化铈及其复合氧化物抛光粉的表面硬度也应达到一定的要求。只有二氧化铈抛光粉具有合适的刚度和化学活性时才能达到较好的抛光效果。
   二氧化铈抛光粉的硬度和表面活性均与煅烧温度有很大关系，而且两者随温度的变化关系刚好相反，煅烧温度越高，二氧化铈晶体晶化越完全，硬度越高，但二氧化铈表面活性则降低。温度过低，二氧化铈抛光粉粒子偏软，致使二氧化铈抛光粉机械研磨力减弱，抛光速度小；而煅烧温度过高，致使二氧化铈抛光粉粒子太硬，研磨中不易破碎，不易暴露颗粒新鲜面，活性下降，只能对玻璃表面起机械研磨作用，抛光速率也会降低。
   二氧化铈粒度和粒度分布是影响抛光性能的另一主要因素。随着二氧化铈抛光粉粒度减小，表面积增大，二氧化铈抛光粉会表现出许多不同的特性，如：体积效应和表面效应等。对于玻璃抛光，相同成分的二氧化铈抛光粉，二氧化铈平均粒度大的切削力强，适合高速抛光，抛光表面平整度低；二氧化铈平均粒度小的切削力弱，适合低速抛光，抛光表面平整度高。光学玻璃抛光所需二氧化铈抛光粉的粒度就要严些，若用聚氨酯高速抛光，对二氧化铈粒度和悬浮性要求更高。

常用稀二氧化铈抛光粉一般为微米级，其粒度分布在1～lOum之间，二氧化铈抛光粉根据其物理化学性质一般使用在玻璃抛光的最后工序，进行精磨，小于1um的亚微米级二氧化铈抛光粉，由于在液晶显示器与电脑光盘领域的应用逐渐受到重视，二氧化铈产量逐年提高。

二氧化铈抛光浆液的悬浮性对其抛光效果有很大影响。悬浮性差，二氧化铈产生团聚颗粒，使加工表面出现划痕。也使实际参与抛光的二氧化铈粒子数减少，降低了抛光速率。二氧化铈抛光粉浆料中固含量浓度、分散相(抛光粒子)颗粒大小是影响其悬浮液分散性及稳定性的主要因素，此外还与分散剂的种类和用量、温度有关。超细和纳米二氧化铈抛光粉由于表面积大，表面能高，在液相介质中受范德华力作用易发生团聚，当固含量高时，二氧化铈颗粒间平均距离下降，颗粒因碰撞而团聚的几率大增加。分散性加入量过多时，离子强度过高，压缩双电层，会减小二氧化铈颗粒间的静电斥力，同时过量的自由高分子链也容易发生桥连或空缺絮凝，使二氧化铈抛光浆液稳定性下降。而且分散剂浓度越低，二氧化铈抛光浆液的稳定性对温度越敏感。
   酸碱度和电解质。玻璃抛光过程中，玻璃不断暴露出的新鲜表面容易发生水解，在表面形成一层硅胶膜。二氧化铈抛光粉表面沉积了过多的硅胶层时将使其抛光效果下降，改变抛光浆液的PH值可以改善二氧化铈粉体性质，减少硅胶对二氧化铈抛光粉表面的覆盖，从而起到协同作用的效果，对提高二氧化铈抛光粉性能有很大的作用。例如：在以氧化铈为磨料时加入可溶性的铈盐可以提高其抛光效率，而加入铁、铬、锆盐则会降低抛光效率；添加硫酸铵，有利于得到所需的光滑表面。

氧化铈基抛光粉的应用现状及发展趋势。稀土抛光粉的应用领域近几年来不断扩大，其使用量也在不断扩大。据报道日本2000年消费的氧化铈抛光粉达2500吨；稀土抛光粉的用量在美国的稀土总消费中占第二位，2000年美国稀土抛光粉的消费量约2000吨。

目前，二氧化铈抛光粉应用的主要领域有：
   光学玻璃抛光，光学玻璃包括眼镜片、照相机、复印机、望远镜、分析仪器及半导体装置等用的精密透镜。每年眼镜的消费量估计超过3亿副，按每片玻璃眼镜片平均使用29抛光粉计，仅玻璃眼镜片抛光每年就消费二氧化铈抛光粉约250吨左右，其它种类光学玻璃抛光消耗的二氧化铈抛光粉也呈增长趋势，光学玻璃抛光消费的二氧化铈抛光粉每年约750吨。
   电子和计算机元件的化学机械抛光用于抛光电子和计算机元件的二氧化铈抛光粉需求增长率最高，二氧化铈抛光粉之所以能在电子和计算机元件上获得新应用，主要是因为化学成份与玻璃类似的许多电子元件表面需要高质量的抛光，如玻璃存储硬盘芯片、液晶显示屏、集成电路中的中间绝缘层表面及隔离浅槽等。

 随着现代科学技术的迅速发展，二氧化铈抛光粉在液晶显示屏(LCD)抛光与集成电路器件化学抛光领域将会得到更广泛的使用。 化学机械抛光已成为大规模集成电路加工中不可缺少的过程，不仅用于集成电路中基材硅片的抛光，更主要用来对多层布线金属互连结构中的中间介质层、浅沟槽隔离绝缘体等器件的抛光，因此，该领域对二氧化铈抛光粉的需求量增长很快。

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