Szybki rozwój w dziedzinie informatyki i optoelektroniki przyczynił się do ciągłego unowocześniania technologii polerowania chemiczno-mechanicznego (CMP). Oprócz sprzętu i materiałów, uzyskanie ultraprecyzyjnych powierzchni w większym stopniu zależy od projektu i przemysłowej produkcji wysokowydajnych cząstek ściernych, a także przygotowania odpowiedniej zawiesiny polerskiej. Wraz z ciągłym doskonaleniem wymagań dotyczących dokładności i wydajności obróbki powierzchni, wymagania dotyczące wysokowydajnych materiałów polerskich również rosną. Dwutlenek ceru jest szeroko stosowany w precyzyjnej obróbce powierzchni urządzeń mikroelektronicznych i precyzyjnych elementów optycznych.
Proszek polerski na bazie tlenku ceru (VK-Ce01) ma zalety silnych właściwości tnących, wysokiej wydajności polerowania, wysokiej dokładności polerowania, dobrej jakości polerowania, czystego środowiska pracy, niskiego zanieczyszczenia, długiej żywotności itp. Jest szeroko stosowany w precyzyjnym polerowaniu optycznym i CMP itp., gdzie zajmuje niezwykle ważną pozycję.
Podstawowe właściwości tlenku ceru:
Tlenek ceru (Cerium cerum), znany również jako tlenek ceru, jest tlenkiem ceru. W tym momencie cer ma wartościowość +4, a jego wzór chemiczny to CeO₂. Czysty produkt jest białym, ciężkim proszkiem lub sześciennym kryształem, a produkt zanieczyszczony ma barwę jasnożółtą, a nawet różową do czerwonobrązowej (ze względu na śladowe ilości lantanu, prazeodymu itp.). W temperaturze pokojowej i pod ciśnieniem pokojowym tlenek ceru jest stabilnym tlenkiem ceru. Cer może również tworzyć Ce₂O₂ o wartościowości +3, który jest niestabilny i będzie tworzył stabilny CeO₂ z O₂. Tlenek ceru jest słabo rozpuszczalny w wodzie, alkaliach i kwasach. Jego gęstość wynosi 7,132 g/cm₂, temperatura topnienia wynosi 2600℃, a temperatura wrzenia 3500℃.
Mechanizm polerowania tlenku ceru
Twardość cząstek CeO₂ nie jest wysoka. Jak pokazano w poniższej tabeli, twardość tlenku ceru jest znacznie niższa niż diamentu i tlenku glinu, a także niższa niż tlenku cyrkonu i tlenku krzemu, które są równoważne tlenkowi żelaza(III). Z tego powodu, z mechanicznego punktu widzenia, nie jest technicznie możliwe polerowanie materiałów na bazie tlenku krzemu, takich jak szkło krzemianowe, szkło kwarcowe itp., za pomocą tlenku ceru o niskiej twardości. Jednakże, tlenek ceru jest obecnie preferowanym proszkiem polerującym do polerowania materiałów na bazie tlenku krzemu, a nawet azotku krzemu. Widać, że polerowanie tlenkiem ceru ma również inne efekty oprócz efektów mechanicznych. Twardość diamentu, który jest powszechnie stosowanym materiałem ściernym i polerującym, zazwyczaj zawiera wakaty tlenkowe w sieci CeO₂, co zmienia jego właściwości fizyczne i chemiczne oraz ma pewien wpływ na właściwości polerujące. Powszechnie stosowane proszki polerujące na bazie tlenku ceru zawierają pewną ilość innych tlenków ziem rzadkich. Tlenek prazeodymu (Pr6O11) ma również strukturę sieci sześciennej centrowanej na ścianie, co nadaje się do polerowania, podczas gdy inne tlenki pierwiastków ziem rzadkich lantanowców nie mają właściwości polerujących. Bez zmiany struktury krystalicznej CeO2, może on tworzyć z nim roztwór stały w pewnym zakresie. W przypadku proszku polerskiego nano-tlenku ceru o wysokiej czystości (VK-Ce01), im wyższa czystość tlenku ceru (VK-Ce01), tym większa zdolność polerowania i dłuższa żywotność, szczególnie w przypadku twardego szkła i kwarcowych soczewek optycznych. Podczas cyklicznego polerowania zaleca się stosowanie proszku polerskiego nano-tlenku ceru o wysokiej czystości (VK-Ce01).
Zastosowanie proszku polerskiego na bazie tlenku ceru:
Proszek polerski na bazie tlenku ceru (VK-Ce01), stosowany głównie do polerowania wyrobów szklanych, wykorzystywany jest głównie w następujących dziedzinach:
1. Polerowanie szkieł, soczewek szklanych;
2. Soczewka optyczna, szkło optyczne, soczewka itp.;
3. Szkło ekranu telefonu komórkowego, powierzchnia zegarka (drzwi zegarka) itp.;
4. Monitor LCD wszelkiego rodzaju ekrany LCD;
5. Cyrkonie, gorące diamenty (karty, diamenty na jeansach), kule świetlne (luksusowe żyrandole w dużej sali);
6. Wyroby kryształowe;
7. Częściowe polerowanie jadeitu
Obecne pochodne tlenku ceru do polerowania:
Powierzchnię tlenku ceru domieszkuje się aluminium, co znacznie poprawia polerowanie szkła optycznego.
Dział Badań i Rozwoju Technologii UrbanMines Tech. Limited zaproponował, że łączenie i modyfikacja powierzchni cząstek polerujących to główne metody i podejścia do poprawy wydajności i dokładności polerowania CMP. Właściwości cząstek można regulować poprzez łączenie elementów wieloskładnikowych, a stabilność dyspersji i wydajność polerowania zawiesiny polerującej można poprawić poprzez modyfikację powierzchni. Przygotowanie i wydajność polerowania proszku CeO2 domieszkowanego TiO2 może poprawić wydajność polerowania o ponad 50%, a jednocześnie zmniejszyć defekty powierzchni o 80%. Synergistyczny efekt polerowania kompozytowych tlenków CeO2, ZrO2 i SiO2 2CeO2; dlatego technologia przygotowania domieszkowanych kompozytowych tlenków tlenku ceru (Cer2) w mikro-nanocząsteczkach ma ogromne znaczenie dla rozwoju nowych materiałów polerujących i dyskusji nad mechanizmem polerowania. Oprócz ilości domieszki, stan i rozkład domieszki w syntetyzowanych cząstkach również znacząco wpływają na ich właściwości powierzchniowe i wydajność polerowania.
Spośród nich, synteza cząstek polerujących o strukturze platerowanej jest bardziej atrakcyjna. Dlatego też dobór metod i warunków syntezy jest również bardzo ważny, zwłaszcza tych, które są proste i ekonomiczne. Używając uwodnionego węglanu ceru jako głównego surowca, cząstki polerujące z tlenku ceru domieszkowanego glinem zsyntetyzowano metodą mechanochemiczną w fazie stałej na mokro. Pod wpływem siły mechanicznej duże cząstki uwodnionego węglanu ceru mogą zostać rozszczepione na drobne cząstki, podczas gdy azotan glinu reaguje z wodą amoniakalną, tworząc amorficzne cząstki koloidalne. Cząstki koloidalne łatwo przyłączają się do cząstek węglanu ceru, a po wysuszeniu i kalcynacji można uzyskać domieszkowanie glinem na powierzchni tlenku ceru. Metodę tę zastosowano do syntezy cząstek tlenku ceru z różną ilością domieszki glinu, a następnie scharakteryzowano ich właściwości polerujące. Po dodaniu odpowiedniej ilości glinu na powierzchnię cząstek tlenku ceru, ujemna wartość potencjału powierzchniowego wzrastała, co z kolei powodowało powstanie szczeliny między cząstkami ściernymi. Występuje silniejsze odpychanie elektrostatyczne, co sprzyja poprawie stabilności zawiesiny ściernej. Jednocześnie wzmacnia się wzajemna adsorpcja między cząsteczkami ściernymi a dodatnio naładowaną warstwą miękką poprzez przyciąganie kulombowskie, co korzystnie wpływa na wzajemny kontakt między materiałem ściernym a warstwą miękką na powierzchni polerowanego szkła i sprzyja poprawie szybkości polerowania.