정보 및 광전자 분야의 급속한 발전은 화학 기계적 연마(CMP) 기술의 지속적인 발전을 촉진해 왔습니다. 초고정밀 표면 구현은 장비 및 재료뿐만 아니라 고효율 연마 입자의 설계 및 산업 생산, 그리고 이에 상응하는 연마 슬러리 제조에 더욱 의존하게 되었습니다. 표면 가공 정확도 및 효율성에 대한 요구가 지속적으로 높아짐에 따라 고효율 연마 재료에 대한 요구 사항 또한 점점 더 높아지고 있습니다. 이산화세륨은 마이크로 전자 장치 및 정밀 광학 부품의 표면 정밀 가공에 널리 사용되고 있습니다.
산화세륨 연마 분말(VK-Ce01)은 강력한 절삭력, 높은 연마 효율, 높은 연마 정밀도, 우수한 연마 품질, 깨끗한 작업 환경, 낮은 오염도, 긴 수명 등의 장점을 가지고 있어 광학 정밀 연마 및 CMP 등의 분야에서 널리 사용되며 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
산화세륨의 기본 성질:
산화세륨(세리아)은 세륨의 산화물입니다. 이때 세륨의 원자가는 +4이며 화학식은 CeO2입니다. 순수한 산화세륨은 흰색의 무거운 분말 또는 입방정 결정이며, 불순물이 포함된 산화세륨은 연한 노란색 또는 분홍색에서 적갈색을 띠는 분말입니다(란탄, 프라세오디뮴 등의 미량 원소 함유). 상온 및 상압에서 산화세륨은 안정적인 산화세륨입니다. 세륨은 불안정한 +3가 산화세륨 Ce2O3도 형성할 수 있으며, 산소와 반응하여 안정한 산화세륨 CeO2를 형성합니다. 산화세륨은 물, 알칼리, 산에 약간 용해됩니다. 밀도는 7.132 g/cm3이고, 녹는점은 2600℃, 끓는점은 3500℃입니다.
산화세륨의 연마 메커니즘
CeO2 입자의 경도는 높지 않습니다. 아래 표에서 볼 수 있듯이, 산화세륨의 경도는 다이아몬드와 산화알루미늄보다 훨씬 낮고, 산화지르코늄과 산화규소보다도 낮아 산화철과 유사합니다. 따라서 기계적 특성만으로는 규산염 유리, 석영 유리 등과 같은 산화규소계 재료를 낮은 경도의 세리아로 연마하는 것은 기술적으로 불가능합니다. 그러나 현재 산화세륨은 산화규소계 재료 또는 질화규소 재료를 연마하는 데 선호되는 연마 분말입니다. 산화세륨 연마는 기계적 효과 외에도 다른 효과를 나타냅니다. 일반적으로 사용되는 연삭 및 연마 재료인 다이아몬드는 CeO2 격자 내에 산소 결함이 존재하여 물리적, 화학적 성질이 변하고 연마 특성에 영향을 미칩니다. 또한 일반적으로 사용되는 산화세륨 연마 분말에는 다른 희토류 산화물이 일정량 함유되어 있습니다. 프라세오디뮴 산화물(Pr6O11)은 면심 입방 격자 구조를 가지고 있어 연마에 적합한 반면, 다른 란탄족 희토류 산화물은 연마 능력이 없습니다. 프라세오디뮴 산화물은 세륨 산화물(CeO2)의 결정 구조를 변화시키지 않고 특정 범위 내에서 고용체를 형성할 수 있습니다. 고순도 나노 산화세륨 연마 분말(VK-Ce01)의 경우, 산화세륨(VK-Ce01)의 순도가 높을수록 연마 능력이 뛰어나고 수명이 길어지며, 특히 경질 유리 및 석영 광학 렌즈의 경우 장기간 사용에 적합합니다. 반복 연마 시에는 고순도 산화세륨 연마 분말(VK-Ce01)을 사용하는 것이 좋습니다.
산화세륨 연마 분말의 적용:
산화세륨 연마 분말(VK-Ce01)은 주로 유리 제품 연마에 사용되며, 주로 다음과 같은 분야에 사용됩니다.
1. 안경, 유리 렌즈 연마;
2. 광학 렌즈, 광학 유리, 렌즈 등;
3. 휴대폰 화면 유리, 시계 표면(시계 문) 등;
4. LCD 모니터, 모든 종류의 LCD 화면;
5. 라인스톤, 화려한 다이아몬드(카드, 청바지에 박힌 다이아몬드), 조명 볼(넓은 홀에 있는 고급 샹들리에);
6. 크리스털 공예품;
7. 옥의 부분 연마
현재 사용되는 산화세륨 연마제 유도체는 다음과 같습니다.
산화세륨 표면에 알루미늄을 도핑하면 광학 유리 연마 성능이 크게 향상됩니다.
어반마인즈 테크 유한회사의 기술 연구 개발 부서는 CMP 연마의 효율과 정확도를 향상시키는 주요 방법으로 연마 입자의 복합화 및 표면 개질을 제안했습니다. 다성분 원소의 복합화를 통해 입자 특성을 조절할 수 있고, 표면 개질을 통해 연마 슬러리의 분산 안정성과 연마 효율을 향상시킬 수 있기 때문입니다. TiO2가 도핑된 CeO2 분말의 제조 및 연마 성능은 연마 효율을 50% 이상 향상시키고 동시에 표면 결함을 80% 감소시킬 수 있습니다. CeO2, ZrO2, SiO2, 2CeO2 복합 산화물의 시너지 연마 효과로 인해, 도핑된 세리아 미세-나노 복합 산화물의 제조 기술은 새로운 연마 재료 개발 및 연마 메커니즘 연구에 매우 중요합니다. 도핑량뿐만 아니라 합성된 입자 내 도펀트의 상태와 분포 또한 표면 특성 및 연마 성능에 큰 영향을 미칩니다.
그중에서도 피복 구조를 갖는 연마 입자의 합성은 더욱 매력적입니다. 따라서 합성 방법 및 조건의 선택, 특히 간단하고 비용 효율적인 방법이 매우 중요합니다. 본 연구에서는 수화 탄산세륨을 주원료로 사용하여 습식 고체상 기계화학적 방법을 통해 알루미늄이 도핑된 산화세륨 연마 입자를 합성했습니다. 기계적 힘을 가하면 수화 탄산세륨의 큰 입자가 미세 입자로 파쇄되고, 질산알루미늄은 암모니아수와 반응하여 비정질 콜로이드 입자를 형성합니다. 이 콜로이드 입자는 탄산세륨 입자에 쉽게 부착되며, 건조 및 소성 과정을 거치면 산화세륨 표면에 알루미늄이 도핑됩니다. 본 방법을 이용하여 알루미늄 도핑량이 다른 산화세륨 입자를 합성하고, 이들의 연마 성능을 분석했습니다. 산화세륨 입자 표면에 적절한 양의 알루미늄이 첨가되면 표면 전위의 음의 값이 증가하고, 이는 연마 입자 사이의 간극을 형성하게 됩니다. 정전기적 반발력이 강해져 연마제 현탁액의 안정성이 향상됩니다. 동시에, 쿨롱 인력을 통해 연마 입자와 양전하를 띤 연질층 사이의 상호 흡착도 강화되어 연마된 유리 표면에서 연마제와 연질층 사이의 상호 접촉이 원활해지고 연마 속도가 향상됩니다.