[发明专利]稀土抛光粉的制备方法

说明书

本发明公开了一种稀土抛光粉的制备方法，包括：制备稀土元素镧、铈、钐、钇的氟碳酸稀土，氟的加入量为REO的5％～10％；氟碳酸稀土的焙烧和粒度分级制得稀土抛光粉；稀土抛光粉包括：氧化镧、氧化铈、氧化钐和氧化钇。本发明通过精确计算Y₂O₃的加入量使CeO₂晶格常数变小，形成氧空位，增强了抛光粉的耐磨性、研削力、反应活性。

技术领域

本发明属于稀土研磨、抛光材料领域，具体涉及一种稀土抛光粉的制备方法。

背景技术

氧化铈自上世纪40年代被用作玻璃材质的研磨、抛光材料使用，成为高效玻璃抛光材料，已完全取代了使用了上千年的玻璃研磨抛光材料，如氧化锡、氧化铁。本世纪2010年后由于智能手机、Pad的全力普及，TFT-LCD、STN-LCD、盖板的抛光大大增加了对以铈为基质的抛光材料的需求，从每年数千吨达到4万吨左右。铈基稀土抛光粉是目前使用的玻璃抛光材料中效率最高的，根据W.Silvernail的研究，在其所列的19个元素中铈的抛光效率是最高的，比排在第二位的锆高了近一倍(见表1)。

表1 W.Silvernail的抛光效率研究结果

稀土抛光粉的抛光机理。稀土抛光粉抛光玻璃的确切机理到目前为止尚不清楚，一般认为其为化学机械抛光既有化学作用又有机械作用(Chemical-MechanicalPolishing)。Lee M.Cook认为根据经典的Preston方程：ΔH/Δt＝Kp*(L/A)*(Δs/Δt)，

式中，H表示玻璃试片的厚度，A表示玻璃片的面积，Δs表示玻璃试片旋转的相对线速度，Kp-Preston表示系数。Preston方程未考虑化学作用的影响，如氟的影响，以及粉体比表面积、孔隙率的影响，诸多影响因素统一归到常数Kp中。

抛光动力学研究认为，抛削速率是压力的函数，与表面粗糙度成反比。抛削速率与压力、转速成正比。抛削速率在某一颗粒粒度的上限以内与粒度无关，也与颗粒下限无关。

Rs＝3/4Φ(P/2kE)2/3

式中，Rs：嵌入深度，Φ：颗粒粒度，K：六方密堆积常数，E：杨氏弹性模量。研究发现抛光速率远比仅机械抛光的速率快。由此认为有化学反应参与抛光过程。化学作用的速度取决于溶剂流动速度、玻璃表面的溶解速度、颗粒对溶解物的吸收速度、溶解物再沉淀速度。Goetzinger研究发现：研削速率与[OH]^-浓度密切相关，[OH]^-浓度高则研削力大。由于如下反应的存在：

R+(glass)+H₂O＝H+(glass)+ROH

R是玻璃中的碱性阳离子，溶入水中使浆料的pH迅速提高，有如下反应：

≡Si-O-Si≡+H₂O＝2≡Si-OH

因而加速了玻璃的溶解速度。

Tetsuya Hoshino认为CeO₂和SiO₂形成了Si-O-Ce键，或者Ce-O-Si(OH)₃。以上均未考虑氟的作用，实际上抛光粉中的氟不仅改变了晶体结构还有重要的化学作用。

4HF+SiO₂＝4SiF₄+2H₂O

Na₂SiO₃+6HF＝Na₂SiF₆+3H₂O