一種復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法，該拋光粉作為研磨材料，主要含有氧化鈰、氧化硅、氧化鋯、氧化鋁、氧化鈦，氧化鈰和其它氧化物具有良好的拋光協(xié)同作用。復(fù)合氧化物拋光粉中SiO2=20～40％、CeO2=75～90％，ZrO2、Al2O3、TiO2三種氧化物添加劑的量為5～10%。為了提高拋光效果，在合成制備工序中加入分散劑，所制得的復(fù)合氧化物拋光粉能夠得到較好的拋光研磨效果。本發(fā)明通過沉淀、抽濾、水洗、沉淀轉(zhuǎn)化、調(diào)漿、攪拌混合均勻，噴霧干燥、焙燒，得到復(fù)合氧化物拋光粉，其具有良好的懸浮性、分散性，具有粒徑小、粒度分布窄，拋蝕量大、拋光研磨后玻璃表面光潔度高的優(yōu)點。
【專利說明】一種復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無機粉體制備領(lǐng)域，特別涉及一種復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法，制備的復(fù)合氧化物拋光粉具有很高的拋光精密度和極小的中心粒徑，較窄的粒度分布。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的化學(xué)機械磨料有氧化硅、氧化鋁和氧化鈰等超細無機顆粒。氧化硅拋光粉具有易制備，硬度小，漿料分散性好等優(yōu)點，但其拋光效率低；鈰系稀土拋光粉具有其拋光速率快，拋光精度高，易清洗污染小等優(yōu)點，但其價格較貴，分散性不好，易團聚；Al2O3拋光粉硬度大，拋光速率較高，但易造成表面劃傷。隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，產(chǎn)品加工表面質(zhì)量也不斷提高，對拋光技術(shù)和拋光粉的要求也越來越高。單一的拋光材料往往得不到令人滿意的結(jié)果，因此，需要一種新型的拋光材料，提高拋光材料的拋光效率。對于相同成分的拋光粉提高拋光效率的方法主要是增加材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷，提高拋光材料的表面活性，一種方法是淬火，還有一種方法是往材料中引入第二相。結(jié)合氧化硅、氧化鋁和氧化鈰等磨料各自的優(yōu)缺點，復(fù)合氧化物拋光粉受到國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。
[0003]如CN 201110244254.4申請了一種鈰摻雜的氧化鋯復(fù)合拋光粉的制備方法，將鈰鹽加入到鋯鹽溶液中，成為鋯鹽鈰鹽混合溶液；配制成有機堿溶液，并加入有機溶劑，成為堿溶液；將堿溶液加入鋯鹽鈰鹽混合溶液中進行中和反應(yīng)，并加入氧化劑，陳化，過濾，得沉淀物；將沉淀物洗滌，得鋯鈰復(fù)合沉淀物；將鋯鈰復(fù)合沉淀物進行恒溫干燥，得鋯鈰復(fù)合物；將鋯鈰復(fù)合物煅燒，即得鈰摻雜的氧化鋯復(fù)合拋光粉。但此發(fā)明沒對拋光粉的粒度及粒度分布范圍、拋光效果、懸浮性提出具體的說求。
[0004]如CN 201110305303.0申請了一種鈰鋯復(fù)合氧化物拋光粉制備方法，將不溶性鈰鹽配制成漿料，球磨粉碎，將可溶性鋯鹽加入鈰鹽的產(chǎn)物，加入沉淀劑，靜置陳化，脫水干燥；加入沉淀劑為氨水、碳酸氫銨或草酸，高溫煅燒氣流粉碎，獲得鈰鋯復(fù)合氧化物拋光粉。但此發(fā)明沒對拋光粉的硬度、環(huán)保性、拋光速率對工件拋光后工件表面粗糙度提出具體的說明。
[0005]綜上所述，對于拋光粉行業(yè)來說，如何獲得高品質(zhì)的拋光粉是行業(yè)內(nèi)人的不斷追求，因此不斷提出一種新的制備方法努力達到更高的品質(zhì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法。
[0007]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
I)將碳酸鈰溶液配制成硝酸鈰溶液，加碳酸氫銨進行沉淀，按復(fù)合氧化物中硅含量比例加入適量氟硅酸溶液，然后加入一定濃度的草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，加去離子水水對沉淀進行調(diào)漿，最后按比例加入適量的硝酸鈰、硝酸鋁、硝酸鈦溶液，并加入適量分散劑，先機械攪拌再磁力攪拌，至溶液混合均勾; 2)將步驟I)得到的混合均勻的溶液經(jīng)噴霧干燥機噴霧干燥，得到復(fù)合氧化物拋光粉前驅(qū)體粉末顆粒；
3)將步驟2中所得粉末顆粒在馬弗爐中煅燒，先將粉末顆粒預(yù)燒、保溫，再高溫煅燒、保溫，隨后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉。
[0008]本發(fā)明采用噴霧干燥法制備氧化鋁拋光粉干燥速度快，所得產(chǎn)品為球狀顆粒，操作簡單，節(jié)省時間，少了中間的沉淀過程和沉淀物的干燥過程，并且用噴霧干燥制備復(fù)合氧化物前驅(qū)體可以使最終制備的復(fù)合氧化物粒徑小、粒徑分布范圍窄。
[0009]本發(fā)明采用了先預(yù)燒、再煅燒的焙燒制度，合理的預(yù)燒條件可以先除去前驅(qū)體中的水分和一些雜質(zhì)氣體，避免最終拋光粉產(chǎn)品產(chǎn)生氣泡，同時消除內(nèi)應(yīng)力，增加顆粒強度，預(yù)燒結(jié)還可以傳遞一些能量給試樣粒子，增加終燒階段驅(qū)動能，縮短燒結(jié)時間；
本發(fā)明向硝酸鈰與碳酸氫銨作用后的沉淀物中加入氟硅酸作用有二:第一，向沉淀物中加入氟硅酸可以起到氟化的作用，氟化后會產(chǎn)生CeF3, CeF3屬三方晶系，具有尖銳的棱角，(:亦3的彈性模量大于CeO2的彈性模量，不管從其結(jié)構(gòu)，具有尖銳的棱角適合磨削，還是從其自身的彈性模量來說均對拋光粉的拋光作用有提高；第二，向沉淀物中加入氟硅酸會產(chǎn)生硅酸，拋光粉的前驅(qū)體經(jīng)過煅燒，硅酸會反應(yīng)變?yōu)檠趸?，所以，氟化硅也起到為?fù)合氧化物拋光粉提供硅源的作用。
[0010]本實驗中采用了碳酸氫銨-草酸協(xié)同沉淀法來制備復(fù)合氧化前驅(qū)。草酸沉淀法工藝簡單、成本低廉、沉淀雜質(zhì)少、沉淀物容易過濾，但由于強酸環(huán)境一般很難制得納米級的粉末，所以用草酸制備的氧化鈰粒度比較大。碳酸氫銨沉淀法是研宄比較多的納米CeO2的制備方法，可以得到顆粒細小的CeO2粉體，但由于沉淀物為膠體難于處理，結(jié)合兩種方法的優(yōu)點，采用碳酸氫銨一草酸協(xié)同沉淀法制備小顆粒Ce02。
[0011]本發(fā)明通過向復(fù)合拋光粉中引入3102、21<)2、41203、1102是想通過各拋光粉之間的協(xié)同作用，提高氧化鋁拋光粉的拋光性能。
[0012]本發(fā)明通過向氧化鈰中引入硅、鋯、鋁、鈦，利用鈰離子和其它粒子之間特殊的親和作用，使氧化鈰和各粒子在煅燒的過程中形成原子替代造成顆粒表面帶電，從而使其在拋光的過程中具有良好的分散性；由于原子的替代，氧化鈰晶格內(nèi)會產(chǎn)生晶格缺陷，造成氧化鈰表面活性的提高，提高拋光粉的拋光效率；還由于其它粒子價格低廉，用Si02、ZrO2,八1203、1102替代氧化鈰不僅可以提高拋光粉的拋光性能，還有很好的經(jīng)濟效益。

【具體實施方式】
[0013]實施例1
取0.818mol/L硝酸鈰溶液355.1ml，質(zhì)量分數(shù)25%氟硅酸200g，十六烷基三甲基溴化銨0.75g，硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦各10.5g、ll.0g,5.0g。首先在水浴鍋加熱的情況下向硝酸鈰溶液中加入碳酸氫銨沉淀，邊攪拌邊加碳酸氫銨。待沉淀完全后對沉淀進行抽濾、水洗，除去多余的碳酸氫銨溶液。然后加入氟硅酸進行氟化，待氟化完成后，加入適量草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，待沉淀轉(zhuǎn)化完全后加入去離子水調(diào)漿配置成溶液。將上述溶液通過噴霧干燥儀器進行噴霧干燥，將噴霧干燥得到的粉體，進行焙燒。先在250°C預(yù)燒2.5h，再升溫到500°C，煅燒保溫2h后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉復(fù)合氧化物拋光粉粉體的D5tl中心粒徑為0.651 μ m。實驗中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為I MHz，空氣流量設(shè)置為700L/h，進口溫度為150 °C，空壓機壓力2.5 Bar，風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50 Hz，進料量20 %，通針頻率10 s/次。實驗得拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，對硅酸鹽玻璃拋光后，拋光粉的初始拋蝕量為0.36 mg/ (cm2 -min)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量為0.180 mg/ (cm2.min);拋光硅酸鹽玻璃后玻璃表面在IymXlym范圍內(nèi)的粗糙度艮值降至0.20nmo
[0014]實施例2
取0.818mol/L硝酸鈰溶液355.1ml，質(zhì)量分數(shù)25%氟硅酸200g，十六烷基三甲基溴化銨0.75g，硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦各10.5g、ll.0g,5.0g。首先在水浴鍋加熱的情況下向硝酸鈰溶液中加入碳酸氫銨沉淀，邊攪拌邊加碳酸氫銨。待沉淀完全后對沉淀進行抽濾、水洗，除去多余的碳酸氫銨溶液。然后加入氟硅酸進行氟化，待氟化完成后，加入適量草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，待沉淀轉(zhuǎn)化完全后加入去離子水調(diào)漿配置成溶液。將上述溶液通過噴霧干燥儀器進行噴霧干燥，將噴霧干燥得到的粉體，進行焙燒。先在30(TC預(yù)燒3h，再升溫到6000C，煅燒保溫2h后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉復(fù)合氧化物拋光粉粉體的D5tl中心粒徑為0.731ym?實驗中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為1.5MHz，空氣流量設(shè)置為800L/h，進口溫度為170°C，空壓機壓力3Bar，風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50Hz，進料量30%，通針頻率15s/次。實驗得拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，對硅酸鹽玻璃拋光后，拋光粉的初始拋蝕量為0.368 mg/ (cm2 -min)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量為0.181 mg/ (cm2.min);拋光硅酸鹽玻璃后玻璃表面在I μ mX I μ m范圍內(nèi)的粗糙度Ra值降至0.201nm。
[0015]實施例3
取0.818mol/L硝酸鈰溶液468.7ml，質(zhì)量分數(shù)25%氟硅酸300g，十六烷基三甲基溴化銨1.0g。硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦各3.5g、7.5g、4.5g。首先在水浴鍋加熱的情況下向硝酸鈰溶液中加入碳酸氫銨沉淀，邊攪拌邊加碳酸氫銨。待沉淀完全后對沉淀進行抽濾、水洗，除去多余的碳酸氫銨溶液。然后加入氟硅酸進行氟化，待氟化完成后，加入適量草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，待沉淀轉(zhuǎn)化完全后加入去離子水調(diào)漿配置成溶液。將上述溶液通過噴霧干燥儀器進行噴霧干燥，將噴霧干燥得到的粉體，進行焙燒。先在350°C預(yù)燒4h，再升溫到750 0C，煅燒保溫5 h后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉復(fù)合氧化物拋光粉粉體的D5tl中心粒徑為2.001 μm。實驗中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為2MHz，空氣流量設(shè)置為850 L/h，進口溫度為170°C，空壓機壓力3.5Bar，風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50Hz，進料量40%，通針頻率20s/次。實驗得拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，對硅酸鹽玻璃拋光后，拋光粉的初始拋蝕量為0.362 mg/ (cm2 -min)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量為0.188 mg/ (cm2.min);拋光硅酸鹽玻璃后玻璃表面在I μ mX I μ m范圍內(nèi)的粗糙度艮值降至0.198nm。
[0016]實施例4
取0.818mol/L硝酸鈰溶液468.7ml，質(zhì)量分數(shù)25%氟硅酸300g，十六烷基三甲基溴化銨l.0g。硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦各3.5g、7.5g、4.5g。首先在水浴鍋加熱的情況下向硝酸鈰溶液中加入碳酸氫銨沉淀，邊攪拌邊加碳酸氫銨。待沉淀完全后對沉淀進行抽濾、水洗，除去多余的碳酸氫銨溶液。然后加入氟硅酸進行氟化，待氟化完成后，加入適量草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，待沉淀轉(zhuǎn)化完全后加入去離子水調(diào)漿配置成溶液。將上述溶液通過噴霧干燥儀器進行噴霧干燥，將噴霧干燥得到的粉體，進行焙燒。先在350°C預(yù)燒4.5h，再升溫到1000C，煅燒保溫7h后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉復(fù)合氧化物拋光粉粉體的D5tl中心粒徑為1.041 μm。實驗中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為3MHz，空氣流量設(shè)置為900L/h，進口溫度為200 °C，空壓機壓力4Bar，風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50Hz，進料量80%，通針頻率25s/次。實驗得拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，對硅酸鹽玻璃拋光后，拋光粉的初始拋蝕量為0.359 mg/(cm2.π?η)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量為0.189 mg/ (cm2.min);拋光硅酸鹽玻璃后玻璃表面在IymXlym范圍內(nèi)的粗糙度Ra值降至0.209nm。
[0017]實施例5
取0.818mol/L硝酸鈰溶液710.2ml，質(zhì)量分數(shù)25%氟硅酸750g，十六烷基三甲基溴化銨1.5g。硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦各25.0g、18.0g、12.0g。首先在水浴鍋加熱的情況下向硝酸鈰溶液中加入碳酸氫銨沉淀，邊攪拌邊加碳酸氫銨。待沉淀完全后對沉淀進行抽濾、水洗，除去多余的碳酸氫銨溶液。然后加入氟硅酸進行氟化，待氟化完成后，加入適量草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，待沉淀轉(zhuǎn)化完全后加入去離子水調(diào)漿配置成溶液。將上述溶液通過噴霧干燥儀器進行噴霧干燥，將噴霧干燥得到的粉體，進行焙燒。先在20(TC預(yù)燒2h，再升溫到4500C，煅燒保溫14 h后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉復(fù)合氧化物拋光粉粉體的D5tl中心粒徑為0.459 μ m。實驗中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為0.5MHz，空氣流量設(shè)置為650 L/h，進口溫度為120°C，空壓機壓力2.0Bar，風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50Hz，進料量5%，通針頻率5s/次。實驗得拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，對硅酸鹽玻璃拋光后，拋光粉的初始拋蝕量為0.371 mg/ (cm2 -min)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量為0.190 mg/ (cm2.min);拋光硅酸鹽玻璃后玻璃表面在I μ mX I μ m范圍內(nèi)的粗糙度艮值降至0.189nm。
[0018]實施例6
取0.818mol/L硝酸鈰溶液710.2ml，質(zhì)量分數(shù)25%氟硅酸750g，十六烷基三甲基溴化銨1.5g。硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦各25.0g、18.0g、12.0g。首先在水浴鍋加熱的情況下向硝酸鈰溶液中加入碳酸氫銨沉淀，邊攪拌邊加碳酸氫銨。待沉淀完全后對沉淀進行抽濾、水洗，除去多余的碳酸氫銨溶液。然后加入氟硅酸進行氟化，待氟化完成后，加入適量草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化，待沉淀轉(zhuǎn)化完全后加入去離子水調(diào)漿配置成溶液。將上述溶液通過噴霧干燥儀器進行噴霧干燥，將噴霧干燥得到的粉體，進行焙燒。先在40(TC預(yù)燒5h，再升溫到1050°C，煅燒保溫0.5 h后隨爐冷卻，得到復(fù)合氧化物拋光粉復(fù)合氧化物拋光粉粉體的D5q中心粒徑為0.993 μ m。實驗中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為3.5MHz，空氣流量設(shè)置為1000L/h，進口溫度為230°C，空壓機壓力4.5Bar，風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50 Hz，進料量100%，通針頻率30s/次。實驗得拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，對硅酸鹽玻璃拋光后，拋光粉的初始拋蝕量為0.369 mg/ (cm2.min)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量為0.178 mg/(cm2.min);拋光硅酸鹽玻璃后玻璃表面在I μπιΧ I ym范圍內(nèi)的粗糙度艮值降至0.181nm。
[0019]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法，其特征在于:物料按質(zhì)量百分比計=S1 2 20?40%, CeO2 75?90%，Zr02、A1203、T12三種氧化物添加劑的量為5?10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合氧化物拋光粉其特征在于:所述氧化物添加劑的按質(zhì)量比 ZrO2:Al 203:Ti0 2=1~3%: 1-3%:3~8%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合氧化物拋光粉其特征在于:拋光粉為一種固溶型的復(fù)合氧化物拋光粉，其拋光粉初始拋蝕量大于0.35 mg/ (cm2.min)，連續(xù)拋光8.5h后拋光粉的拋蝕量仍大于0.175 mg/ (cm2.min);拋光娃酸鹽玻璃后玻璃表面在ΙμπιΧΙμπι范圍內(nèi)的粗糙度Ra值降至0.21nm以下。
4.權(quán)利要求1所述的復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法，其特征在于，方法步驟為: 1)將工業(yè)碳酸鈰用硝酸溶解配制成硝酸鈰溶液①，取一定量的硝酸鈰溶液，用碳酸氫銨溶解，抽濾得到沉淀物； 2)按所得復(fù)合氧化物拋光粉中含S12質(zhì)量分數(shù)為10%?50%的比例加入合適量的質(zhì)量濃度為30%?50%的氟硅酸； 3)向步驟2)產(chǎn)物中加入質(zhì)量濃度為1%?10%草酸溶液進行沉淀轉(zhuǎn)化； 4)向步驟3)中所得產(chǎn)物中加入去離子水進行調(diào)漿得到溶液②，按最終所得復(fù)合氧化物拋光粉中Zr02、Al203、Ti02三種氧化物添加劑的量為5?10%向溶液②中加入合適量的硝酸鋯、硝酸鋁、硝酸鈦溶液，并加入適量分散劑，先機械攪拌再磁力攪拌，至溶液混合均勻； 5)步驟4)的溶液混合均勻后，經(jīng)噴霧干燥儀噴霧干燥，得到復(fù)合氧化物拋光粉前驅(qū)體顆粒； 6)步驟5)中噴霧干燥儀噴霧造粒時的工藝參數(shù)設(shè)置為:超聲波噴霧儀的頻率為0.5?3.5 MHz，空氣流量設(shè)置為650?1000 L/h，進口溫度為120?230°C，空壓機壓力2.0?4.5 Bar,風(fēng)機轉(zhuǎn)動頻率50 Hz，進料量5%?60 %，通針頻率5?30 s/次； 7)將步驟5)中所得復(fù)合氧化物拋光粉前驅(qū)體顆粒在馬弗爐中煅燒，先將復(fù)合氧化物拋光粉前驅(qū)體顆粒在200?400°C溫度間預(yù)燒，保溫2?5h，再升溫到450?1050°C，煅燒保溫得到復(fù)合氧化物拋光粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述復(fù)合氧化物拋光粉的制備方法，其特征在于，分散劑的加入適量為 0.1~1%。
【文檔編號】C09G1/02GK104497887SQ201410807598
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月23日
【發(fā)明者】李梅, 周國祥, 張曉偉, 張存瑞, 韓磊, 柳召剛, 王覓堂 申請人:包頭市華辰稀土材料有限公司