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二氧化铈的应用

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发表时间:2019-11-18 16:17作者:九朋新材料来源:原创


                             包头稀土研究所:李刚

稀土抛光粉(CeO2)是一种高效优质的抛光材料,广泛应用于电视显像管、眼镜片、光学玻璃、航空玻璃、集成电路基板、液晶显示器、光掩模板及各种宝石制品的抛光。是目前氧化铈的要工业应用领域。主要厂家有杭州九朋新材料,安徽晶瑞新材料,山东加华稀土。

铈基抛光粉之所以能拥有十分优秀的抛光性能是因为其面心立方结构、具有三个级别的棱角和适中的结晶粒径造成的。目前生产的优质抛光粉中含有70~80%的CeO2。影响CeO2抛光效果的主要因素有二氧化铈的纯度、硬度、粒度等。决定铈抛光材料粒子硬度的锻烧温度条件、粒度分布对抛光效果影响很大。锻烧温度越高,抛光材料越硬,抛光力增加,但容易划伤加工面。低温锻烧可得到软质抛光材料,不易划伤加工面,适合于软玻璃及最忌有划伤的光掩模基板等高级品的加工。但是当锻烧温度过高时,抛光力反而下降,这是由于高温造成粒子表面惰性化并使表面积减少。粒度是影响抛光力的主要因素,控制制备条件可分别制备不同大小的粒度。粒度大的适合高速抛光(通常的光学元件、眼镜片等抛光),粒度小的适用于低速抛光(复数镜片组成的组合镜头、大尺寸镜片及特殊品的抛光),纳米CeO2则有较高的抛光精密度,已用于液晶显示、硅单晶片、玻璃存储等[18]。我测试了系列粒径氧化铈(杭州九朋新材料产)抛光金属和宝石,都得到到了不同亮度镜面效果。

目前,我国生产稀土铈基抛光粉的原料有很多种,不同的原料对应着不同的制备工艺。从制备工艺来看,可以分为两大类:一是稀土固体原料焙烧法,包括高纯氧化铈焙烧法,氟碳铈精矿焙烧法,碳酸稀土焙烧法;二是以稀土可溶性盐为原料的沉淀-焙烧法[19-20],包括氨水沉淀-焙烧法,碳酸氢铵沉淀-焙烧法,草酸、碳酸钠、硫酸铵等其他沉淀剂沉淀-焙烧法。

  二氧化铈在玻璃澄清和脱色上的应用
  氧化铈为变价氧化物,在高温下分解放出氧气促进玻璃液中气泡长大,上升排出玻璃液,可作为高温澄清剂。同时,CeO2 还可以降低玻璃的粘度,改善玻璃液澄清效果,使制得的玻璃结构紧凑,材料力学性能和耐碱性均有所提高[21]。
  二氧化铈也可作为脱色剂,其反应原理是:Ce4+还原为Ce3+过程中反应放出新生态的氧,可将低价铁(Fe2+)氧化成高价铁(Fe3+)三氧化二铁,减少玻璃的着色,从而获得良好的脱色。

  纳米氧化铈在橡胶中的应用
  研究发现添加CeO2 可提高硅橡胶的耐热性。随着氧化铈用量的增加,硅橡胶经高温处理后的硬度、拉伸强度和拉断伸长率变化率都呈现减小的趋势[22]。稀土氧化物超微粉末、羧酸稀土填入到橡胶中,可以对橡胶的力学性能有一定改性作用。随着氧化铈用量的增加,硅橡胶的硬度略有提高,拉伸强度变化不大,回弹性和拉断伸长率有所下降。由于稀土元素特殊的电子结构(f 电子层未充满),使其容易形成络合物,而形成的络合物通过阻止橡胶分子的链段运动,抑制了橡胶在溶剂中的溶胀,从而提高了耐油性。此外,还具有屏蔽电磁波的作用。

  二氧化铈在饮用水除氟中的应用
  饮用水中过量氟则会导致氟斑牙甚至氟骨症,严重者可引起氟中毒。稀土元素铈对氟离子具有高的亲合作用,当除氟剂与水接触时,表面金属离子首先倾向于配位水分子,通过氢氧根离子与氟离子交换来完成吸附过程。另外,在锻烧过程中,铈离子经扩散进入分子筛的骨架,使分子筛的活性得到提高,这些都将有利于除氟剂对氟离子的吸附作用。

  二氧化铈在其他方面的应用
  在陶瓷中添加少量氧化铈不会影响陶瓷的烧结致密性,但可以改善陶瓷材料的性能。例如将铈离子引入氧化锆晶格,导致氧化锆相变,可以改善陶瓷的室温和高温韧性[23]。二氧化铈还可以作为涂层和添加剂,应用于钢铁工业[24]和表面工程[25]中,此外,质量分数99%以上的二氧化铈还能作为电解法制备高纯金属铈的材料,应用在工业生产中[26]。

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