Sự phát triển nhanh chóng trong lĩnh vực thông tin và quang điện tử đã thúc đẩy việc liên tục cập nhật công nghệ đánh bóng cơ học hóa học (CMP). Bên cạnh thiết bị và vật liệu, việc đạt được bề mặt siêu chính xác còn phụ thuộc nhiều hơn vào thiết kế và sản xuất công nghiệp các hạt mài hiệu quả cao, cũng như việc chuẩn bị dung dịch đánh bóng tương ứng. Và với sự cải thiện liên tục về độ chính xác và hiệu quả gia công bề mặt, yêu cầu đối với vật liệu đánh bóng hiệu quả cao cũng ngày càng cao. Xeri dioxit đã được sử dụng rộng rãi trong gia công chính xác bề mặt của các thiết bị vi điện tử và các linh kiện quang học chính xác.
Bột đánh bóng oxit xeri (VK-Ce01) có những ưu điểm như khả năng cắt mạnh, hiệu quả đánh bóng cao, độ chính xác đánh bóng cao, chất lượng đánh bóng tốt, môi trường làm việc sạch sẽ, ít ô nhiễm, tuổi thọ cao, v.v., và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đánh bóng chính xác quang học và CMP, v.v., chiếm một vị trí cực kỳ quan trọng.
Các tính chất cơ bản của oxit xeri:
Ceria, còn được gọi là oxit xeri, là một oxit của xeri. Ở trạng thái này, hóa trị của xeri là +4, và công thức hóa học là CeO2. Sản phẩm tinh khiết là bột nặng màu trắng hoặc tinh thể lập phương, còn sản phẩm không tinh khiết là bột màu vàng nhạt hoặc thậm chí hồng đến nâu đỏ (do chứa một lượng nhỏ lanthanum, praseodymium, v.v.). Ở nhiệt độ và áp suất phòng, ceria là một oxit xeri ổn định. Xeri cũng có thể tạo thành Ce2O3 có hóa trị +3, không ổn định và sẽ tạo thành CeO2 ổn định với O2. Oxit xeri ít tan trong nước, kiềm và axit. Khối lượng riêng là 7,132 g/cm3, điểm nóng chảy là 2600℃, và điểm sôi là 3500℃.
Cơ chế đánh bóng oxit xeri
Độ cứng của các hạt CeO2 không cao. Như bảng dưới đây cho thấy, độ cứng của oxit xeri thấp hơn nhiều so với kim cương và oxit nhôm, và cũng thấp hơn so với oxit zirconi và oxit silic, tương đương với oxit sắt. Do đó, về mặt cơ học, việc đánh bóng các vật liệu gốc oxit silic, chẳng hạn như thủy tinh silicat, thủy tinh thạch anh, v.v., bằng ceria có độ cứng thấp là không khả thi. Tuy nhiên, oxit xeri hiện là loại bột đánh bóng được ưa chuộng để đánh bóng các vật liệu gốc oxit silic hoặc thậm chí cả vật liệu nitrua silic. Có thể thấy rằng việc đánh bóng bằng oxit xeri còn có những tác dụng khác ngoài tác dụng cơ học. Độ cứng của kim cương, một vật liệu mài và đánh bóng thường được sử dụng, thường có các lỗ trống oxy trong mạng tinh thể CeO2, làm thay đổi các tính chất vật lý và hóa học của nó và có tác động nhất định đến tính chất đánh bóng. Bột đánh bóng oxit xeri thường được sử dụng cũng chứa một lượng nhất định các oxit đất hiếm khác. Oxit praseodymium (Pr6O11) cũng có cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt, thích hợp cho việc đánh bóng, trong khi các oxit đất hiếm lanthanide khác không có khả năng đánh bóng. Không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của CeO2, nó có thể tạo thành dung dịch rắn với CeO2 trong một phạm vi nhất định. Đối với bột đánh bóng oxit xeri nano độ tinh khiết cao (VK-Ce01), độ tinh khiết của oxit xeri (VK-Ce01) càng cao thì khả năng đánh bóng càng lớn và tuổi thọ càng dài, đặc biệt là đối với thủy tinh cứng và thấu kính quang học thạch anh trong thời gian dài. Khi đánh bóng theo chu kỳ, nên sử dụng bột đánh bóng oxit xeri độ tinh khiết cao (VK-Ce01).
Ứng dụng của bột đánh bóng oxit xeri:
Bột đánh bóng oxit xeri (VK-Ce01), chủ yếu được sử dụng để đánh bóng các sản phẩm thủy tinh, được ứng dụng chủ yếu trong các lĩnh vực sau:
1. Đánh bóng kính mắt, tròng kính;
2. Thấu kính quang học, kính quang học, thấu kính, v.v.;
3. Mặt kính màn hình điện thoại di động, mặt đồng hồ (cửa đồng hồ), v.v.;
4. Màn hình LCD, tất cả các loại màn hình LCD;
5. Đá giả kim cương, kim cương lấp lánh (thẻ bài, kim cương đính trên quần jeans), đèn chùm sang trọng (đèn chùm xa hoa trong sảnh lớn);
6. Đồ thủ công mỹ nghệ bằng pha lê;
7. Đánh bóng một phần ngọc bích
Các dẫn xuất đánh bóng oxit xeri hiện nay:
Bề mặt oxit xeri được pha tạp nhôm để cải thiện đáng kể khả năng đánh bóng kính quang học.
Bộ phận Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ của Công ty TNHH Công nghệ UrbanMines đề xuất rằng việc phối trộn và biến đổi bề mặt các hạt đánh bóng là những phương pháp chính để nâng cao hiệu quả và độ chính xác của quá trình đánh bóng CMP. Bởi vì các đặc tính của hạt có thể được điều chỉnh bằng cách phối trộn các thành phần đa dạng, và độ ổn định phân tán cũng như hiệu quả đánh bóng của dung dịch đánh bóng có thể được cải thiện bằng cách biến đổi bề mặt. Quá trình chuẩn bị và đánh bóng bột CeO2 được pha trộn với TiO2 có thể cải thiện hiệu quả đánh bóng hơn 50%, đồng thời, các khuyết tật bề mặt cũng giảm 80%. Hiệu ứng đánh bóng hiệp đồng của các oxit composite CeO2-ZrO2 và SiO2-2CeO2; do đó, công nghệ chế tạo các oxit composite vi-nano ceria được pha trộn có ý nghĩa rất lớn đối với sự phát triển của các vật liệu đánh bóng mới và việc thảo luận về cơ chế đánh bóng. Ngoài lượng pha trộn, trạng thái và sự phân bố của chất pha trộn trong các hạt tổng hợp cũng ảnh hưởng lớn đến các đặc tính bề mặt và hiệu suất đánh bóng của chúng.
Trong số đó, việc tổng hợp các hạt mài có cấu trúc lớp phủ hấp dẫn hơn cả. Do đó, việc lựa chọn phương pháp và điều kiện tổng hợp cũng rất quan trọng, đặc biệt là những phương pháp đơn giản và tiết kiệm chi phí. Sử dụng cerium cacbonat ngậm nước làm nguyên liệu chính, các hạt mài oxit xeri pha nhôm được tổng hợp bằng phương pháp cơ hóa học pha rắn ướt. Dưới tác động của lực cơ học, các hạt cerium cacbonat ngậm nước lớn có thể bị phân tách thành các hạt mịn, trong khi nhôm nitrat phản ứng với nước amoniac tạo thành các hạt keo vô định hình. Các hạt keo dễ dàng bám vào các hạt cerium cacbonat, và sau khi sấy khô và nung, quá trình pha nhôm có thể được thực hiện trên bề mặt oxit xeri. Phương pháp này đã được sử dụng để tổng hợp các hạt oxit xeri với lượng pha nhôm khác nhau, và hiệu suất mài của chúng đã được đặc trưng. Sau khi thêm một lượng nhôm thích hợp vào bề mặt các hạt oxit xeri, giá trị âm của điện thế bề mặt sẽ tăng lên, từ đó tạo ra lực đẩy tĩnh điện mạnh hơn giữa các hạt mài, thúc đẩy sự cải thiện độ ổn định của huyền phù mài. Đồng thời, sự hấp phụ lẫn nhau giữa các hạt mài và lớp mềm tích điện dương thông qua lực hút Coulomb cũng sẽ được tăng cường, điều này có lợi cho sự tiếp xúc lẫn nhau giữa chất mài và lớp mềm trên bề mặt kính được đánh bóng, và thúc đẩy việc cải thiện tốc độ đánh bóng.