Швидкий розвиток у галузях інформатики та оптоелектроніки сприяв постійному оновленню технології хіміко-механічного полірування (ХМП). Окрім обладнання та матеріалів, придбання надвисокоточних поверхонь більше залежить від проектування та промислового виробництва високоефективних абразивних частинок, а також підготовки відповідної полірувальної суспензії. А з постійним покращенням вимог до точності та ефективності обробки поверхонь, вимоги до високоефективних полірувальних матеріалів також стають дедалі вищими. Діоксид церію широко використовується в прецизійній обробці поверхонь мікроелектронних пристроїв та прецизійних оптичних компонентів.
Полірувальний порошок на основі оксиду церію (VK-Ce01) має такі переваги, як висока ріжуча здатність, висока ефективність полірування, висока точність полірування, хороша якість полірування, чисте робоче середовище, низький рівень забруднення, тривалий термін служби тощо, і широко використовується в оптичному прецизійному поліруванні та CMP тощо, займаючи надзвичайно важливе місце.
Основні властивості оксиду церію:
Церій, також відомий як оксид церію, є оксидом церію. У цьому випадку валентність церію становить +4, а хімічна формула - CeO2. Чистий продукт являє собою білий важкий порошок або кубічні кристали, а неочищений продукт - світло-жовтий або навіть рожевий до червонувато-коричневого порошку (оскільки містить слідові кількості лантану, празеодиму тощо). За кімнатної температури та тиску церій є стабільним оксидом церію. Церій також може утворювати Ce2O3 з валентністю +3, який є нестабільним і утворює стабільний CeO2 з O2. Оксид церію мало розчинний у воді, лугах та кислотах. Густина становить 7,132 г/см3, температура плавлення - 2600 ℃, а температура кипіння - 3500 ℃.
Механізм полірування оксиду церію
Твердість частинок CeO2 невисока. Як показано в таблиці нижче, твердість оксиду церію значно нижча, ніж у алмазу та оксиду алюмінію, а також нижча, ніж у оксиду цирконію та оксиду кремнію, що еквівалентно оксиду заліза. Тому технічно неможливо знеполірувати матеріали на основі оксиду кремнію, такі як силікатне скло, кварцове скло тощо, оксидом церію з низькою твердістю лише з механічної точки зору. Однак, оксид церію наразі є кращим полірувальним порошком для полірування матеріалів на основі оксиду кремнію або навіть нітриду кремнію. Видно, що полірування оксидом церію також має інші ефекти, окрім механічних. Твердість алмазу, який є поширеним шліфувальним та полірувальним матеріалом, зазвичай має кисневі вакансії в решітці CeO2, що змінює його фізичні та хімічні властивості та певним чином впливає на полірувальні властивості. Поширені полірувальні порошки оксиду церію містять певну кількість інших оксидів рідкоземельних елементів. Оксид празеодиму (Pr6O11) також має гранецентровану кубічну структуру решітки, що підходить для полірування, тоді як інші оксиди рідкісноземельних елементів лантаноїдів не мають полірувальної здатності. Не змінюючи кристалічної структури CeO2, він може утворювати з ним твердий розчин у певному діапазоні. Для полірувального порошку на основі нано-оксиду церію високої чистоти (VK-Ce01), чим вища чистота оксиду церію (VK-Ce01), тим більша полірувальна здатність і довший термін служби, особливо для твердого скла та кварцових оптичних лінз протягом тривалого часу. При циклічному поліруванні рекомендується використовувати полірувальний порошок на основі оксиду церію високої чистоти (VK-Ce01).
Застосування полірувального порошку оксиду церію:
Полірувальний порошок на основі оксиду церію (VK-Ce01), який використовується переважно для полірування скляних виробів, застосовується переважно в таких галузях:
1. Полірування окулярів, скляних лінз;
2. Оптична лінза, оптичне скло, лінза тощо;
3. Скло екрана мобільного телефону, поверхня годинника (дверцята годинника) тощо;
4. РК-монітор усіх видів РК-екранів;
5. Стрази, гарячі діаманти (листівки, діаманти на джинсах), освітлювальні кулі (розкішні люстри у великому залі);
6. Кришталеві вироби;
7. Часткове полірування нефриту
Сучасні полірувальні похідні оксиду церію:
Поверхня оксиду церію легована алюмінієм для значного покращення полірування оптичного скла.
Відділ технологічних досліджень і розробок компанії UrbanMines Tech. Limited запропонував, що компаундування та модифікація поверхні полірувальних частинок є основними методами та підходами до підвищення ефективності та точності полірування CMP. Оскільки властивості частинок можна регулювати шляхом компаундування багатокомпонентних елементів, а стабільність дисперсії та ефективність полірування полірувальної суспензії можна покращити шляхом модифікації поверхні. Підготовка та полірувальна продуктивність порошку CeO2, легованого TiO2, може підвищити ефективність полірування більш ніж на 50%, і водночас поверхневі дефекти також зменшуються на 80%. Синергетичний полірувальний ефект композитних оксидів CeO2ZrO2 та SiO22CeO2; отже, технологія приготування легованих мікро-нано композитних оксидів церію має велике значення для розробки нових полірувальних матеріалів та обговорення механізму полірування. Окрім кількості легування, стан та розподіл легуючої домішки в синтезованих частинках також значно впливають на їх поверхневі властивості та полірувальну продуктивність.
Серед них більш привабливим є синтез полірувальних частинок зі структурою облицювання. Тому вибір методів та умов синтезу також дуже важливий, особливо тих методів, які є простими та економічно ефективними. Використовуючи гідратований карбонат церію як основну сировину, полірувальні частинки оксиду церію, легованого алюмінієм, були синтезовані мокрим твердофазним механохімічним методом. Під дією механічної сили великі частинки гідратованого карбонату церію можуть розщеплюватися на дрібні частинки, тоді як нітрат алюмінію реагує з аміачною водою, утворюючи аморфні колоїдні частинки. Колоїдні частинки легко прикріплюються до частинок карбонату церію, і після сушіння та кальцинації на поверхні оксиду церію може бути досягнуто легування алюмінієм. Цей метод був використаний для синтезу частинок оксиду церію з різною кількістю легування алюмінієм, і була охарактеризована їх полірувальна здатність. Після додавання відповідної кількості алюмінію до поверхні частинок оксиду церію, негативне значення поверхневого потенціалу збільшувалося, що, у свою чергу, створювало зазор між абразивними частинками. Спостерігається сильніше електростатичне відштовхування, що сприяє покращенню стабільності абразивної суспензії. Водночас, взаємна адсорбція між абразивними частинками та позитивно зарядженим м'яким шаром завдяки кулонівському притяганню також посилюється, що сприяє взаємного контакту між абразивом та м'яким шаром на поверхні полірованого скла та сприяє покращенню швидкості полірування.