拋光粉的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于納米材料研宄領(lǐng)域，具體涉及一種粒徑均勻、分散性較好的球形納米 摻氟CeO 2拋光粉的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了提高材料的表面平整度，大多采用拋光粉對材料表面進行拋光處理，例如玻 璃和集成電路基板材料等用到的拋光粉廣泛采用了氧化鉻、氧化鋁、氧化鐵、氧化鈦和氧化 鈰等三價或四價的氧化物。實踐表明稀土拋光粉因為具有拋光效率高、速度快、使用壽命 長，被拋光材料表面光潔度高等優(yōu)點，目前被認為是最好的拋光材料。我國稀土資源豐富， 稀土礦中含有大量的鈰，我國從1958年開始研制氧化鈰拋光粉，90年代以來在產(chǎn)能產(chǎn)量、 生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品應(yīng)用和市場開拓方面都取得了很大進展，但是產(chǎn)品主要以低拋為主，高拋的 產(chǎn)量很小，在較高檔次的拋光粉生產(chǎn)上與國外有較大差距，尤其是光學(xué)玻璃及一些要求較 高的器件拋光仍需依賴進口拋光粉。在光學(xué)玻璃的拋光方面，超細CeO 2粉末是其主要成分。 通過對拋光工藝以及拋光機理的研宄表明，為了提高拋光工件的表面質(zhì)量，對拋光粉的各 種物理性能都提出了相應(yīng)的指標要求，例如粒度、粒度分布、表面活性、密度等。
[0003] 關(guān)于制備納米CeO2粉體的報道有很多，專利CN200710065387. 9公開了一種 利用沉淀法，并且在制備過程中進行超聲震動來實現(xiàn)預(yù)分散的方法制備了晶粒尺寸為 5~100nm的CeO 2粉體，其比表面積BET為0~50m2/g。專利CN200810034551. 4公開了一種 以Ce (NO3) ·6Η20和N，N二甲基乙酰胺（DMA)為原料，通過水熱法與固相反應(yīng)法結(jié)合制備出 顆粒比較均勻、純度高的納米CeO 2。專利CN201110434124. 7公開了一種用微乳液法制備了 無明顯顆粒團聚、粒徑分布均勻的納米CeO2粒子。專利CN201210473426. X公開了一種形 貌可控制的納米CeO2的制備方法，其采用的原料為六水硝酸鈰、檸檬酸及氨水，通過控制溶 膠-凝膠法實驗條件及焙燒溫度，制備出不同形貌的納米CeO 2粒子。
[0004] 在納米&02拋光粉中加入氟可以改變其晶體結(jié)構(gòu)，提高拋光粉的拋光能力，在拋 光粉生產(chǎn)過程中，一般均設(shè)有摻氟工序，以改進拋光粉的產(chǎn)品質(zhì)量。常用的氟化劑為氟硅 酸、氫氟酸，危險性較高，對環(huán)境、人體危害較大。此外，常用的摻氟方式主要有兩種：一種是 先合成碳酸稀土，然后進行摻氟，制備摻氟稀土拋光粉；另一種是先生成稀土氟化物，然后 用沉淀劑進行沉淀，制備摻氟稀土拋光粉。這兩種方法都采用了兩步沉淀，首先容易造成氟 化不均勻，其次會使得產(chǎn)品的形貌、粒度及粒度分布難以控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明制備方法采用氟化銨或氟化鈉作為氟化劑，以稀土鹽及其配體為反應(yīng)物， 在室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)生成前驅(qū)體的同時進行摻氟，經(jīng)中溫?zé)岱纸猥@得摻氟納米氧化 鈰，既能方便、有效地控制納米CeO 2的形貌及粒度，又能使氟的摻雜更加均勻，得到分散性 好、粒度均勻的球形納米摻氟CeO2拋光粉，其安全性明顯提高，同時兼有以下有益效果：利 用球磨過程中原料在磨球的不斷碰撞、擠壓下重復(fù)地發(fā)生變形、斷裂和焊合，粉末未反應(yīng)表 面不斷暴露出來，加上粉末被細化，反應(yīng)接觸面積增加，擴散距離縮短，擴散速率對反應(yīng)動 力學(xué)的限制減少，固相反應(yīng)的速率提高，成核速率與長大速率的比值增大，因此有利于制 備出均勻、細小的前驅(qū)體；顆粒形貌為類球形，粒度為納米級，分散性較好；原料廉價、污染 少，無需復(fù)雜設(shè)備，工藝簡潔，可重復(fù)性高，工業(yè)化生產(chǎn)前景好。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：通過室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)法制備出氟摻雜的前驅(qū)體，將 其抽濾、烘干、研磨，然后在馬弗爐中焙燒得到球形納米摻氟CeO 2拋光粉，其工藝步驟為： 1、配料 稱取一定量的鈰鹽、配體和氟化劑，鈰鹽與配體的摩爾比為1:2~5,鈰鹽與氟化劑的摩 爾比為 1:〇·1~〇. 6。
[0007] 2、混料 將鈰鹽、配體和氟化劑按照比例混合直至均勻。
[0008] 3、室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)法制備前驅(qū)體 將混合均勻的原料在室溫常壓下進行球磨，使其在磨料產(chǎn)生的機械剪切力、擠壓力的 作用下讓鈰鹽與其配體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成前驅(qū)體，氟化劑同時參與反應(yīng)進行摻雜，反應(yīng)直 至完全結(jié)束。球磨時加入一定潤滑劑使得球磨體系保持分散為限。
[0009] 4、前驅(qū)體除雜及干燥 將球磨后的前驅(qū)體進行抽濾，并用去離子水和乙醇分別洗滌三次；然后將其放入干燥 箱在50-80 °C烘干。
[0010] 5、前驅(qū)體的熱分解 前驅(qū)體進行熱分解的溫度為400~700°C，保溫時間為1~2小時，得到球形納米摻氟CeO2 拋光粉。
[0011] 所述鈰鹽為氯化鈰、硝酸鈰中的一種； 所述配體為草酸、草酸銨、碳酸氫銨中的一種； 所述氟化劑為氟化銨、氟化鈉中的一種； 球磨時加入的潤滑劑為乙醇、丙酮中的一種。
【附圖說明】
[0012] 圖1為根據(jù)本發(fā)明所提供的用室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)法制備氟摻雜納米&02粉 拋光粉的工藝流程圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明實施例5得到的氟摻雜納米&02拋光粉的X射線衍射（XRD)圖，可 以確定其為螢石結(jié)構(gòu)CeO 2，晶化程度高；同時有(：逆3的特征峰，成功地進行了摻氟。
[0014] 圖3為本發(fā)明實施例5得到的氟摻雜納米CeC^M光粉的SEM圖。從圖3的掃描 電子顯微鏡的圖像可以看出：產(chǎn)物為球形，其平均粒徑為30~60nm，分散性好。
[0015] 圖4為本發(fā)明實施例5得到的氟摻雜納米CeC^M光粉的TEM圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合工藝步驟及實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明： 1、配料 稱取一定量的鈰鹽、配體和氟化劑，鈰鹽與配體的摩爾比為1:2~5,鈰鹽與氟化劑的摩 爾比為 1:〇·1~〇. 6。
[0017] 2、混料 將稱取的硝酸鈰、草酸、氟化銨混合直至均勻。
[0018] 3、室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)法制備前驅(qū)體 將混合均勻的原料在室溫常壓下進行球磨，使其在磨料產(chǎn)生的機械剪切力、擠壓力的 作用下讓鈰鹽與其配體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成前驅(qū)體，氟化劑同時參與反應(yīng)進行摻雜，球磨機 轉(zhuǎn)速控制在250~400轉(zhuǎn)/分鐘，球磨時間為4~6小時，球磨時加入一定量乙醇或丙酮作為潤 滑劑，使球磨體系保持分散。
[0019] 4、前驅(qū)體除雜及干燥 將球磨后的前驅(qū)體進行抽濾，并用去離子水和乙醇分別洗滌三次；然后將其放入干燥 箱在50-80°C烘干，時間為4~8小時。
[0020] 5、前驅(qū)體的熱分解 將烘干后的前驅(qū)體置于馬弗爐中，調(diào)節(jié)熱分解溫度為400~700°C，控制保溫時間為1~2 小時，可得到球形納米摻氟&02拋光粉。
[0021] 球形納米摻氟&02拋光粉制備方法的具體實施例見下表：
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明涉及一種粒徑均勻、分散性較好的球形納米摻氟CeO 2拋光粉的制備方法，其 特征在于以鈰鹽與其配體、氟化劑為原料，工藝步驟為： 1) 配料 稱取一定量的鈰鹽、配體和氟化劑，鈰鹽與配體的摩爾比為1:2~5,鈰鹽與氟化劑的摩 爾比為 1:0. 1~〇. 6 ; 2) 混料 將鈰鹽、配體和氟化劑按照比例混合直至均勻； 3) 室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)法制備前驅(qū)體 將混合均勻的原料在室溫常壓下進行球磨4一6小時，使其在磨料產(chǎn)生的機械剪切力、 擠壓力的作用下讓鈰鹽與其配體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成前驅(qū)體，氟化劑同時參與反應(yīng)進行摻 雜，反應(yīng)直至完全結(jié)束，球磨時加入一定潤滑劑使得球磨體系保持分散為限； 4) 前驅(qū)體除雜及干燥 將球磨后的前驅(qū)體進行抽濾，并用去離子水和乙醇分別洗滌三次；然后將其放入干燥 箱在50-80°C烘干4~8小時； 5) 前驅(qū)體的熱分解 前驅(qū)體進行熱分解的溫度為400~700°C，保溫時間為1~2小時，得到球形納米摻氟CeO2 拋光粉； 所述鈰鹽為氯化鈰、硝酸鈰中的一種； 所述配體為草酸、草酸銨、碳酸氫銨中的一種； 所述氟化劑為氟化銨、氟化鈉中的一種； 球磨時加入的潤滑劑為乙醇、丙酮中的一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球形納米摻氟CeO2拋光粉的制備方法，具體涉及一種平均粒徑30~60nm、分散性較好的球形納米摻氟CeO2拋光粉（摻F質(zhì)量百分比2~6%），其特征在于采用氟化銨或氟化鈉作為氟化劑，以稀土鹽及其配體為反應(yīng)物，在室溫球磨固相化學(xué)反應(yīng)生成前驅(qū)體的同時進行摻氟，經(jīng)中溫?zé)岱纸猥@得球形納米摻氟氧化鈰，既能方便、有效地控制納米CeO2的形貌及粒度，又能使氟的摻雜更加均勻，得到分散性好、粒度均勻的球形納米摻氟CeO2拋光粉，其安全性高，同時化學(xué)原料廉價、污染少，無需復(fù)雜設(shè)備，工藝簡潔，可重復(fù)性高，工業(yè)化生產(chǎn)前景好。
【IPC分類】C09G1-02
【公開號】CN104877573
【申請?zhí)枴緾N201510304032
【發(fā)明人】朱達川, 王大吉
【申請人】四川大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月8日