本發(fā)明涉及稀土拋光液技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液及其制備方法。

背景技術(shù)：

化學(xué)機(jī)械拋光（Chemical Mechanical polishing）是借助超微粒子的研磨作用和漿料的化學(xué)腐蝕作用在被研磨的工件表面形成光潔平坦表面，是機(jī)械磨削和化學(xué)腐蝕的組合技術(shù)。該技術(shù)已逐漸被應(yīng)用于多種需要平整化的工件的化學(xué)機(jī)械拋光，尤其是在光電玻璃和半導(dǎo)體工業(yè)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更為引人注目。常用的化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)造是由一個(gè)旋轉(zhuǎn)的工件夾持器、承載拋光墊片的工作臺(tái)和拋光漿料供給裝置三大部分組成。

作為一種新興的研磨拋光材料，稀土拋光粉以其顆粒硬度適中、拋光效率高、拋光質(zhì)量好、使用壽命長(zhǎng)以及操作環(huán)境清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于平板玻璃、電子精密器件以及、硬盤(pán)玻璃基板等領(lǐng)域的拋光?；瘜W(xué)機(jī)械拋光時(shí)，由亞微米或納米粒子和化學(xué)溶液組成的稀土拋光液在拋光墊與工件之間流動(dòng)，并發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，工件表面生成的化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)由磨粒的機(jī)械作用去除，即在機(jī)械去膜和化學(xué)成膜的交替過(guò)程中實(shí)現(xiàn)表面的平坦化。

《一種稀土拋光粉及其制備方法》（公開(kāi)號(hào)CN102965026A）公開(kāi)了CeO₂、La₂O₃、Pr₆O₁₁中的一種或幾種組成的晶型為立方相稀土氧化物組成的均一固溶體，該拋光粉通過(guò)將碳酸稀土在堿性溶液中球磨、干燥、焙燒而得。該發(fā)明專利沒(méi)有引入氟，當(dāng)拋光粉不引入氟元素時(shí)，研磨材料中組成物鑭元素不能很好的固溶在鈰形成氧化物結(jié)構(gòu)中，鑭就會(huì)以活性氧化狀態(tài)形式存在，在水存在的情況下，會(huì)轉(zhuǎn)化成堿性的La(OH)₃或La2(CO3)₃，在拋光研磨物質(zhì)的同時(shí)，進(jìn)行極細(xì)的研磨，成為研磨持久力下降的主要因素；同時(shí)堿性很強(qiáng)的La₂O₃存在會(huì)使磨具在磨削過(guò)程中氣孔被堵塞，不利于水性磨料的循環(huán)使用。

《一種稀土拋光液》（公開(kāi)號(hào)CN102337086A）公開(kāi)了氟氧化鑭鈰稀土拋光粉的制備方法和工藝條件，其所述的pH調(diào)節(jié)劑中為氨水或氫氧化四甲銨，在實(shí)際的拋光過(guò)程中會(huì)揮發(fā)出具有刺激性氣味的氨氣，不利于環(huán)保和操作人員的健康。

《一種稀土拋光粉的生產(chǎn)方法》（公開(kāi)號(hào)CN101899281A）公開(kāi)了用氯化稀土溶液（PH=4），與硫酸銨（(NH₄)₂SO₄）、硅氟酸（H₂SiF₆）在搪瓷攪拌槽內(nèi)加熱至90℃左右，以NH₄HCO₃作為沉淀劑，沉淀1.5～2.0h，再煮沸，得到的原料經(jīng)過(guò)濾，干燥，煅燒，調(diào)漿，分級(jí)，烘干和再分級(jí)，此方法合成粉末的工藝復(fù)雜，且最終顆粒的D50為5um～7um，拋光粉顆粒尺寸較大，在工作中極易劃傷被拋物的研磨表面，不適用于工件的精拋光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液及其制備方法，該拋光液具有顆粒尺寸小、粒徑分布曲線窄的優(yōu)點(diǎn)，且拋光時(shí)不會(huì)產(chǎn)生劃傷和刺激性氣味，制備工藝簡(jiǎn)單，同時(shí)降低成本。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液，包含球形氟氧化鑭鈰拋光粉、分散劑、拋光助劑與pH調(diào)節(jié)劑，所述拋光液的固含量為10～20wt％，分散劑占拋光液總量的0.3%～1.5%wt％，拋光助劑占拋光液總量的0.2%～0.8%wt％；pH調(diào)節(jié)劑的用量以拋光液pH值達(dá)到8～11為準(zhǔn)， 所述球形氟氧化鑭鈰拋光粉中氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為球形氟氧化鑭鈰拋光粉總質(zhì)量的2～8wt％，鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為球形氟氧化鑭鈰拋光粉總質(zhì)量的63～67wt％。

本發(fā)明還提供一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液的制備方法，包括以下步驟：

S1、沉淀：將鑭鹽和鈰鹽的混合溶液，加入堿沉淀劑后攪拌均勻，于50-80℃下沉化2～5h，得到碳酸鑭鈰混合漿料，所述碳酸鑭鈰混合漿料濃度為80～500g/L，碳酸鑭鈰混合漿料中CeO₂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為63～67%；La₂O₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為為33～37%；

S2、氟化：將步驟S1的碳酸鑭鈰混合漿料加熱到40～80℃，然后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸進(jìn)行氟化反應(yīng)，氫氟酸的加入量為碳酸鑭鈰總質(zhì)量的3～10％，然后在內(nèi)襯聚四氟乙烯的球磨罐中球磨0.5～1.5h；再加入15～25%的碳酸氫銨水溶液，將球磨后的漿液pH值調(diào)至6.5～7.0，得到氟化的碳酸鑭鈰漿料；

S3、脫水與干燥：將氟化的碳酸鑭鈰漿料進(jìn)行脫水，得到濾餅，在85～125℃下干燥15～28h；

S4、焙燒：將步驟S3干燥后的濾餅在氧化氣氛中于425～480℃溫度下焙燒1～3小時(shí)，然后在850～1030℃下保溫2～6小時(shí)，再在1～3小時(shí)內(nèi)降溫至300℃，之后自然冷卻得到氟氧化鑭鈰拋光粉；

多段焙燒，步驟如下：

第一段，在1～1.5小時(shí)內(nèi)升溫至425～480℃；

第二段，在425～480℃下保溫焙燒1～3小時(shí)；

第三段：在2～3小時(shí)內(nèi)從恒溫溫度增溫至850～1030℃；

第四段：在850～1030℃下保溫2～6小時(shí)；

第五段：在1～3小時(shí)降溫至300℃。

S5、粉碎：將得到的氟氧化鑭鈰拋光粉粉碎分級(jí)，使顆粒中位粒徑分布于0.7～0.9μm，D₉₀分布于1.6～1.8μm，最大粒度不超過(guò)5.5μm；

S6、拋光液配制：向步驟S5得到的氟氧化鑭鈰拋光粉中加入去離子水、分散劑、黏土、拋光助劑和pH調(diào)節(jié)劑，配制得到權(quán)利要求1所述的固含量為10～20wt％的球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液。

進(jìn)一步的，所述步驟S6中的分散劑為聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、六偏磷酸鈉、聚乙二醇4000或羧甲基纖維素中的一種或兩種以上，分散劑的含量為拋光液總質(zhì)量的0.5%～2%。

進(jìn)一步的，所述步驟S6中的黏土為高嶺土和/或膨潤(rùn)土，黏土含量為拋光液總質(zhì)量的0.5～3%。

進(jìn)一步的，所述步驟S6中的拋光助劑為硝酸鋅、硝酸鎂、硫酸鋅、硫酸銅、氯化鋅或硝酸鈰銨中的一種或兩種以上，拋光助劑的含量為拋光液總質(zhì)量的0.3%～0.8%。

進(jìn)一步的，所述步驟S6中的pH調(diào)節(jié)劑為氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀或三乙醇胺中的一種或兩種以上，pH調(diào)節(jié)劑的加入量以拋光液pH值達(dá)到8～11為準(zhǔn)。

進(jìn)一步的，所述步驟S4的焙燒為五段焙燒方式，

第一段：在1～1.5小時(shí)內(nèi)升溫至425～480℃；

第二段：在425～480℃下保溫焙燒1～3小時(shí)；

第三段：在2～3小時(shí)內(nèi)升溫至850～1030℃；

第四段：在850～1030℃下保溫2～6小時(shí)；

第五段：在1～3小時(shí)降溫至300℃。

本發(fā)明的有益效果是，采用急冷的降溫方式，從而使晶體內(nèi)部產(chǎn)生較多的點(diǎn)陣錯(cuò)亂，提高氟氧化鑭鈰拋光粉的化學(xué)活性；得到的氟氧化鑭鈰拋光粉尺寸小、粒徑分布曲線窄，中位粒度在0.7um～0.9um之間，配置成拋光液拋光時(shí)不會(huì)產(chǎn)生劃傷和刺激性氣味，且粉末中無(wú)需加入氧化鐠，降低成本。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明所制備的氟氧化鑭鈰顆粒XRD譜圖；

圖2是本發(fā)明所制備拋光液中氟氧化鑭鈰顆粒的SEM譜圖；

圖3是本發(fā)明所制備的氟氧化鑭鈰顆粒粒度分布曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液，包含球形氟氧化鑭鈰拋光粉、分散劑、拋光助劑與pH調(diào)節(jié)劑，所述拋光液的固含量為10～20wt％，分散劑占拋光液總量的0.3%～1.5%wt％，拋光助劑占拋光液總量的0.2%～0.8%wt％；pH調(diào)節(jié)劑的用量以拋光液pH值達(dá)到8～11為準(zhǔn)， 所述球形氟氧化鑭鈰拋光粉中氟的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為球形氟氧化鑭鈰拋光粉總質(zhì)量的2～8wt％，鈰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為球形氟氧化鑭鈰拋光粉總質(zhì)量的63～67wt％。

實(shí)施例一

本發(fā)明還提供一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液的制備方法，包括以下步驟：

S1、沉淀：取200g/L的氯化鑭鈰溶液加熱至50℃，加入0.8mol/L的碳酸氫鈉溶液，充分?jǐn)嚢柚羛H值6.5時(shí)停止，沉化2h，得到碳酸鑭鈰混合漿料，所述碳酸鑭鈰混合漿料濃度為80g/L，碳酸鑭鈰混合漿料中CeO₂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為63%；La₂O₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為為37%；

S2、氟化：將步驟S1的碳酸鑭鈰混合漿料加熱到40～80℃，然后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸進(jìn)行氟化反應(yīng)，氫氟酸的加入量為碳酸鑭鈰總質(zhì)量的5％，然后在內(nèi)襯聚四氟乙烯的球磨罐中球磨0.5h；再加入15～25%的碳酸氫銨水溶液，將球磨后的漿液pH值調(diào)至6.5，得到氟化的碳酸鑭鈰漿料；

S3、脫水與干燥：將氟化的碳酸鑭鈰漿料進(jìn)行脫水，得到濾餅，在90℃下干燥20h；

S4、焙燒：將步驟S3干燥后的濾餅在氧化氣氛中于425℃溫度下焙燒3小時(shí)，然后在850℃下保溫5小時(shí)，再在1.5小時(shí)內(nèi)降溫至300℃，之后自然冷卻得到氟氧化鑭鈰拋光粉；

S5、粉碎：將得到的氟氧化鑭鈰拋光粉粉碎分級(jí)，經(jīng)激光粒度儀測(cè)試，粒徑D₅₀=0.7μm；如圖1所示，為氟氧化鑭鈰顆粒XRD譜圖；

S6、拋光液配制：向步驟S5得到的氟氧化鑭鈰拋光粉中加入去離子水、分散劑、黏土、拋光助劑和pH調(diào)節(jié)劑，配制得到權(quán)利要求1所述的固含量為10％的球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液，分散劑為占拋光液總質(zhì)量1wt％的羧甲基纖維素；黏土為拋光液總質(zhì)量的0.6%膨潤(rùn)土；拋光助劑為拋光液總質(zhì)量0.3%的硫酸鋅；pH調(diào)節(jié)劑為碳酸氫鈉，pH調(diào)節(jié)劑的加入量以拋光液pH值達(dá)到10為準(zhǔn)。結(jié)合圖2所示，所制備拋光液中氟氧化鑭鈰顆粒的SEM譜圖。

實(shí)施例二

一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液的制備方法，包括以下步驟：

S1、沉淀：取350g/L的硝酸鑭鈰溶液加熱至50℃，加入0.8mol/L的碳酸氫鈉溶液，充分?jǐn)嚢柚羛H值6.5時(shí)停止，沉化2h，得到碳酸鑭鈰混合漿料，所述碳酸鑭鈰混合漿料濃度為80g/L，碳酸鑭鈰混合漿料中CeO₂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為65%；La₂O₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為為35%；

S2、氟化：將步驟S1的碳酸鑭鈰混合漿料加熱到50℃，然后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的氫氟酸進(jìn)行氟化反應(yīng)，氫氟酸的加入量為碳酸鑭鈰總質(zhì)量的7％，然后在內(nèi)襯聚四氟乙烯的球磨罐中球磨1h；再加入15～25%的碳酸氫銨水溶液，將球磨后的漿液pH值調(diào)至6.7，得到氟化的碳酸鑭鈰漿料；

S3、脫水與干燥：將氟化的碳酸鑭鈰漿料進(jìn)行脫水，得到濾餅，在110℃下干燥20h；

S4、焙燒：將步驟S3干燥后的濾餅在氧化氣氛中于450℃溫度下焙燒2小時(shí)，然后在900℃下保溫4小時(shí)，再在1小時(shí)內(nèi)降溫至300℃，之后自然冷卻得到氟氧化鑭鈰拋光粉；

S5、粉碎：將得到的氟氧化鑭鈰拋光粉粉碎分級(jí)，經(jīng)激光粒度儀測(cè)試，粒徑D₅₀=0.8μm；

S6、拋光液配制：向步驟S5得到的氟氧化鑭鈰拋光粉中加入去離子水、分散劑、黏土、拋光助劑和pH調(diào)節(jié)劑，配制得到權(quán)利要求1所述的固含量為15％的球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液，分散劑為占拋光液總質(zhì)量1.5wt％的聚丙烯酸；黏土為拋光液總質(zhì)量1%的膨潤(rùn)土；拋光助劑為拋光液總質(zhì)量0.5%的硝酸鈰銨；pH調(diào)節(jié)劑為碳酸氫鈉，pH調(diào)節(jié)劑的加入量以拋光液pH值達(dá)到11為準(zhǔn)。

實(shí)施例三

一種球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液的制備方法，包括以下步驟：

S1、沉淀：取200g/L的氯化鑭鈰溶液加熱至60℃，加入0.8mol/L的碳酸氫鉀溶液，充分?jǐn)嚢柚羛H值6.5時(shí)停止，沉化2h，得到碳酸鑭鈰混合漿料，所述碳酸鑭鈰混合漿料濃度為80g/L，碳酸鑭鈰混合漿料中CeO₂的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為67%；La₂O₃的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)含量為為33%；

S2、氟化：將步驟S1的碳酸鑭鈰混合漿料加熱到50℃，然后添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的硅氟酸進(jìn)行氟化反應(yīng)，氫氟酸的加入量為碳酸鑭鈰總質(zhì)量的10％，然后在內(nèi)襯聚四氟乙烯的球磨罐中球磨1.5h；再加入15～25%的碳酸氫銨水溶液，將球磨后的漿液pH值調(diào)至6.5，得到氟化的碳酸鑭鈰漿料；

S3、脫水與干燥：將氟化的碳酸鑭鈰漿料進(jìn)行脫水，得到濾餅，在120℃下干燥14h；

S4、焙燒：將步驟S3干燥后的濾餅在氧化氣氛中于480℃溫度下焙燒2小時(shí)，然后在1000℃下保溫3小時(shí)，再在1.5小時(shí)內(nèi)降溫至300℃，之后自然冷卻得到氟氧化鑭鈰拋光粉；

S5、粉碎：將得到的氟氧化鑭鈰拋光粉粉碎分級(jí)，經(jīng)激光粒度儀測(cè)試，粒徑D₅₀=0.9μm；

S6、拋光液配制：向步驟S5得到的氟氧化鑭鈰拋光粉中加入去離子水、分散劑、黏土、拋光助劑和pH調(diào)節(jié)劑，配制得到權(quán)利要求1所述的固含量為10％的球形氟氧化鑭鈰稀土拋光液，分散劑為分別占拋光液總量0.6wt％的聚丙烯酸以及1wt％的六偏磷酸鈉；黏土為拋光液總質(zhì)量1%的高嶺土；拋光助劑為拋光液總質(zhì)量0.7%的硝酸鈰銨；pH調(diào)節(jié)劑為三乙醇胺，pH調(diào)節(jié)劑的加入量以拋光液pH值達(dá)到9為準(zhǔn)。圖3所示為所制備球形氟氧化鑭鈰拋光液中研磨顆粒的粒度分布曲線。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。