[发明专利]制备碳酸铈粉体的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在大气压下通过沉淀法来制备碳酸铈粉体的方法，该方法可仅通过改变在制备碳酸铈过程中所用溶剂的类型而容易地控制所得碳酸铈的晶体结构。

背景技术

如本领域所公知，二氧化铈(CeO₂)是催化剂、荧光体、化妆品和抛光剂中广泛使用的高功能性陶瓷材料，并且最近作为在半导体装置的STI(浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation))方法中使用的磨蚀剂和作为光学玻璃抛光剂而引起关注。所述二氧化铈一般通过一种液相方法、一种固相方法等进行制备，所述液相方法中二氧化铈粉体由三价或四价的铈前体通过向其中添加一种沉淀剂而直接形成，所述固相方法中二氧化铈粉体通过提供一种中间产物例如碳酸铈、然后实施一个焙烧步骤而形成。

特别地，在固相方法中，碳酸铈被广泛用作二氧化铈的一种中间产物，并且正积极对碳酸铈的类型和形状进行研究，因为它们对二氧化铈的物理性质和形状具有很大的影响。

在溶液相中合成碳酸铈粉体的常规技术的几个实例包括1)一种通过使一种铈盐和脲进行沉淀反应而制备斜方晶碳酸铈粉体的方法，2)一种通过使一种铈盐和脲进行水热反应而制备六方晶碳酸铈粉体的方法，和3)一种当通过使氯化铈、硫化铈或硝酸铈无水化物与脲进行水热反应而制备碳酸铈粉体时，根据盐的类型、反应温度、反应时间和脲的浓度来调节粉体结晶性的尝试；等。但是，未对在大气压条件下在相对较低沉淀温度调节粉体结晶性进行研究。

碳酸铈的晶体结构依据制备方法而改变，并且特别地可分为斜方晶结构、六方晶结构等。据目前所知，斜方晶碳酸铈可通过基于水溶液的沉淀反应制得，六方晶碳酸铈可通过高温高压水热合成法制得。然而，随着方法规模的扩大，水热合成中使用的高压变得愈加危险，这导致设备成本提高。

发明内容

因此，鉴于上述问题而作出了本发明。本发明者已发现，在大气压下通过沉淀反应制备碳酸铈过程中，可通过使用至少一种类型的有机溶剂作溶剂来控制碳酸铈粉体的物理性质，并可通过改变例如所述有机溶剂的分子式中所含碳或羟基(OH)的数目来改变碳酸铈粉体的晶体结构，并由此得到具有斜方晶和/或六方晶体结构的碳酸铈粉体。因此，可仅通过改变溶剂的类型、甚至无需使用因高温高压而危险的水热合成即可制得具有斜方晶体和/或六方晶体结构的碳酸铈粉体。

根据本发明的一个方面，提供了一种通过将一种铈前体溶液与一种碳酸根前体溶液混合并进行沉淀反应而制备碳酸铈粉体的方法，其中通过使用至少一种在分子式中含至少两个羟基(OH)的有机溶剂作为所述铈前体溶液和所述碳酸根前体溶液之一或两者的溶剂，和改变该有机溶剂分子式中所含碳或羟基(OH)的数目，来控制碳酸铈使其具有斜方晶体结构、六方晶体结构或斜方/六方混合晶体结构。

根据本发明的另一个方面，提供了通过上述方法制得的碳酸铈粉体。

根据本发明的又一个方面，提供了通过在300℃至1500℃对所述碳酸铈粉体进行热处理而制得的二氧化铈粉体。

根据本发明的再一个方面，提供了含有作为磨蚀剂的所述二氧化铈粉体的CMP浆体。

下文中，将更详细地描述本发明。

对通过一种铈前体和一种碳酸根前体的沉淀反应来制备碳酸铈的反应解释如下。反应示意图1和反应示意图2分别表明了斜方晶碳酸铈的制备反应和六方晶碳酸铈的制备反应。

[反应示意图1]

2[Ce₂(H₂O)_n]³⁺+3CO₃^2-→Ce₂O(CO₃)₂·H₂O+CO₂+(n-1)H₂O

[反应示意图2]

[Ce(H₂O)_n]³⁺+H₂O→[Ce(OH)(H₂O)_n-1]²⁺+H₃O⁺

[Ce(OH)(H₂O)_n-1]²++CO₃^2-→Ce(OH)CO₃+(n-1)H₂O