專利名稱：稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密型稀土拋光粉及其制備方法，更確切地說，是關(guān)于一種稀土-硅復(fù)配的稀土拋光粉及其制備方法。
背景技術(shù)：
稀土拋光粉用于透鏡、平板玻璃、玻殼、眼鏡、表殼等的拋光，具有拋光速度快、精度高的特點(diǎn)。自20世紀(jì)40年代發(fā)明稀土拋光粉以來，生產(chǎn)量與應(yīng)用量逐漸增加。稀土拋光粉的生產(chǎn)工藝隨著稀土分離工藝的進(jìn)步而改變。近幾年隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，液晶顯示、平面顯示、光學(xué)元件等對(duì)拋光粉的需求越來越多，拋光精度要求越來越高。早期的稀土拋光粉采用氟碳鈰礦為原料，如日本清美化學(xué)公司CN1156749， CN1205354專利所述，后來又發(fā)展為以混合碳酸稀土為原料進(jìn)行生產(chǎn)。隨著稀土分離成本的降低，采用鈰含量更高的稀土原料生產(chǎn)稀土拋光粉已不再增加稀土拋光粉的成本，甚至其生產(chǎn)成本更低。目前，市場上廣泛使用的稀土拋光粉為氧化鈰為主要成分的混合稀土氟氧化物， 如CN101010402A公布了混合稀土氧化物、混合稀土氟化物、使用該材料的基于鈰的磨料； CN101284983A公布了一種超細(xì)，球化稀土拋光粉，該稀土拋光粉亦為稀土氟氧化物。目前使用的稀土拋光粉主要存在的弊端如下一、拋光粉的比重較大，拋光粉使用過程中懸浮性差，影響了稀土拋光粉的拋蝕量及使用壽命；二、稀土是一種不可再生資源， 使用純稀土制備拋光粉，不利于經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。氧化硅由于其較好的分散性、均勻性和低廉的價(jià)格，廣泛用于半導(dǎo)體集成電路中的拋光中。但氧化硅作為拋光材料，主要是通過機(jī)械作用，對(duì)玻璃的拋光去除率低，不能直接作為拋光粉應(yīng)用于光學(xué)元件、液晶顯示、平面顯示、手機(jī)視窗片等領(lǐng)域使用的拋光粉。CN 101818047A公布了氧化硅-氧化鈰核殼復(fù)合磨料顆粒及其制備和應(yīng)用，該復(fù)合磨料復(fù)合磨料顆粒包含氧化硅和氧化鈰，該復(fù)合磨料配制的拋光液用于超大規(guī)模集成電路中的拋光。該專利通過水玻璃為硅源，先制備硅溶膠，后在硅溶膠表面沉淀氧化鈰后經(jīng)水熱晶化得到了目標(biāo)產(chǎn)物。CN 101671538A公布了一種氧化硅/氧化鈰復(fù)合磨粒的制備方法，1)在硅溶膠中加入有機(jī)添加劑，攪拌溶解，而后加入三價(jià)鈰鹽或四價(jià)鈰鹽制得分散液；幻將分散液置于帶有聚四氟內(nèi)襯的高壓釜中，密封后，加熱反應(yīng)；3)反應(yīng)完畢后離心分離、提純、烘干，最終制得氧化硅/氧化鈰復(fù)合磨粒。肖保其等人在《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》2008,28(2) :103-107 “納米復(fù)合磨粒的制備及其拋光特性研究”中通過均相沉淀制備了 SiA/CeA復(fù)合磨粒，制備過程中采用5% 的二氧化硅溶液，硝酸鈰銨，尿素為原料，100°C回流幾。以上方法制備的氧化硅/氧化鈰復(fù)合磨粒主要應(yīng)用于超大規(guī)模集成電路二氧化硅介質(zhì)層、玻璃基片和STI的化學(xué)機(jī)械拋光，因?yàn)槭苤苽浞椒ǖ南拗?未高溫焙燒)，導(dǎo)致拋光磨料拋蝕量較低，并不能取代目前市場上在光學(xué)元件、液晶顯示、平面顯示、手機(jī)視窗片等領(lǐng)域使用的拋光粉；其次該制備方法中以硅溶膠或以水玻璃為硅源，先制備硅溶膠，且對(duì)硅溶膠要求較高，不適用于稀土拋光粉中氧化硅/氧化鈰的制備；再次，無論是水熱晶化、 高壓釜中加熱反應(yīng)、IOO0C回流。柴明霞等在《無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)》2007，(4) :623-629 “SiO2-CeO2復(fù)合氧化物的制備及拋光性能”也提到了氧化硅-氧化鈰復(fù)合磨料在玻璃拋光中的應(yīng)用，但其制備過程中以正硅酸乙酯為硅源，加入有機(jī)溶劑及表面活性劑，這就導(dǎo)致了生產(chǎn)成本高；且陳化時(shí)間太長(一周)。因此，此種方法并不適用于工業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)業(yè)化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種稀土 -硅復(fù)配精密型稀土拋光粉及其制備方法，以滿足商業(yè)對(duì)生產(chǎn)成本及日益嚴(yán)格的拋光精度的要求，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。所述的稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉，由如下質(zhì)量百分比的組分組成；氧化硅5 50%稀土氧化物50 95%優(yōu)選的，由如下質(zhì)量百分比的組分組成氧化硅5 20%稀土氧化物80 95%所述的稀土氧化物為氧化鈰、氧化鑭鈰或氧化鑭鈰鐠；所述的稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉的制備方法，包括以下步驟(1)將碳酸稀土加入水中，加入酸溶解，并使體系的pH為2 3，過濾，收集稀土溶液，將含有氧化硅的物質(zhì)加入到稀土溶液中，攪拌0. 5 lh，加熱至40 80°C，得料液A ；其中，原料的質(zhì)量比為含有氧化硅的物質(zhì)的2 33%，其為碳酸稀土，優(yōu)選的，原料的質(zhì)量比為含有氧化硅的物質(zhì)2 10%，其為碳酸稀土 ；所述碳酸稀土為碳酸鈰、碳酸鑭鈰或碳酸鑭鈰鐠中的一種以上，其中碳酸鈰、碳酸鑭鈰、碳酸鑭鈰鐠的REO為45% 48%，碳酸鈰Ce02/TRE0 >99%,碳酸鑭鈰或碳酸鑭鈰鐠 Ce02/TRE0 為 60% 65% ；所述的酸為鹽酸或硝酸；所述的含有氧化硅的物質(zhì)為化學(xué)成分主要為S^2的物質(zhì)，選自石英粉、硅微粉、氣相法白炭黑、沉淀法二氧化硅或微硅粉的一種以上；(2)將100 200g/L的碳酸氫銨水溶液加入到上述的溶液A中，控制終點(diǎn)pH = 7 8，繼續(xù)攪拌1 濁，得漿液B ；(3)將步驟O)的漿液B脫水，干燥，得包覆氧化硅的碳酸稀土前驅(qū)體C ；所述的脫水方式為板框壓濾、離心或真空抽濾(4)將步驟(3)的前驅(qū)體C，在950 1050°C焙燒3 6h，得焙燒產(chǎn)物；(5)將焙燒產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎至D50 :1. 0 3 μ m，得目標(biāo)產(chǎn)物稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉。術(shù)語“RE0”指的是稀土氧化物(Rare Earth Oxide的縮寫)；術(shù)語“TRE0”指的是稀土氧化物總量(Total Rare Earth Oxides的縮寫)術(shù)語“Ce02/TRE0”指的是氧化鈰占稀土氧化物總量的比例；
術(shù)語“D50”指的是一個(gè)樣品的累計(jì)粒度分布百分?jǐn)?shù)達(dá)到50%時(shí)所對(duì)應(yīng)的粒徑。它的物理意義是粒徑大于它的顆粒占50%，小于它的顆粒也占50%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的精密型稀土拋光粉及其制備方法，具有成本低、生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品拋蝕量和耐磨性高等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為實(shí)施例1制備的拋光粉的粒度分布圖。圖2為對(duì)比例3制備的拋光粉的粒度分布圖。
具體實(shí)施例方式顆粒度測試方法是采用激光散射原理的激光粒度儀測得，采用珠海歐美克 LS-POP(VI)型激光粒度儀。實(shí)施例1在攪拌條件下，將Illg碳酸鈰(RE0為45%, Ce02/TRE0 :99. 5% )加入到500g去離子水中，用硝酸溶解至PH = 2，過濾，得澄清透明溶液；將25g沉淀法二氧化硅，25g氣相法白炭黑加入到上述溶液中，攪拌0. 5h后加熱至40°C，得漿液A ；用100g/L的碳酸氫銨水溶液加入至漿液A中，控制終點(diǎn)的pH為7，得漿液B ；將漿液B離心脫水，干燥，得前軀體C ；將C經(jīng)950°C焙燒證后，將焙燒產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎至D50 = 1. 99 μ m,得目標(biāo)產(chǎn)物稀土-硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉精密型稀土拋光粉，其為氧化硅和氧化鈰組成的稀土拋光粉，其中氧化硅50%，稀土氧化物50%。實(shí)施例2在攪拌條件下，將167g碳酸鑭鈰(RE0為48%，Ce02/TRE0為60% )加入到500g
去離子水中，用鹽酸溶解至PH = 2，過濾，得澄清透明溶液；將5g氣相法二氧化硅，IOg石英粉，5g硅微粉加入到上敘溶液中，攪拌Ih后加熱至80°C，得漿液A;用200g/L的碳酸氫銨水溶液加入至漿液A中，控制終點(diǎn)的pH為8，得漿液B ；將漿液B離心脫水，干燥，得前軀體C ；將C經(jīng)1050°C焙燒3h后，將焙燒產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎至D50 = 3. 0 μ m,得目標(biāo)產(chǎn)物稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉，其為氧化硅和氧化鑭鈰組成的稀土拋光粉。氧化硅20%， 稀土氧化物80%。實(shí)施例3在攪拌條件下，將21 Ig碳酸鑭鈰鐠(RE0為45%，Ce02/TRE0為65%)加入到500g 去離子水中，用硝酸溶解至PH = 2，過濾，得澄清透明溶液；將5g沉淀法二氧化硅加入到上述溶液中，攪拌0. 5h后加熱至60°C，得漿液A ；用100g/L的碳酸氫銨水溶液加入至漿液A中，控制終點(diǎn)的pH為7，得漿液B ；將漿液B離心脫水，干燥，得前軀體C ；將C經(jīng)950°C焙燒Mi后，將焙燒產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎至D50 = 1. 2 μ m，得目標(biāo)產(chǎn)物稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉，其為氧化硅和氧化鑭鈰鐠組成的稀土拋光粉。氧化硅5%，稀土氧化物95%。實(shí)施例4在攪拌條件下，將50g碳酸鑭鈰鐠(RE0為45%，Ce02/TRE0為65% )與Illg碳酸鈰(RE0為45%，Ce02/TRE0 :99. 5% )加入到500g去離子水中，用鹽酸溶解至pH = 2，過濾，得澄清透明溶液；將IOg氣相法二氧化硅，5g石英粉，5g硅微粉加入到上述溶液中，攪拌 Ih后加熱至80°C，得漿液A;用200g/L的碳酸氫銨水溶液加入至漿液A中，控制終點(diǎn)的pH為8，得漿液B ；將漿液B離心脫水，干燥，得前軀體C ；將C經(jīng)1050°C焙燒池后，將焙燒產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎至D50 = 1.8 μ m，得目標(biāo)產(chǎn)物稀土-硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉，其為氧化硅和氧化鑭鈰鐠組成的稀土拋光粉。氧化硅20%，稀土氧化物50%。實(shí)施例5在攪拌條件下，將170g碳酸鈰(RE0為47%，Ce02/TRE0 > 99. 1 % )加入到500g 去離子水中，用鹽酸溶解至PH = 2，過濾，得澄清透明溶液；將20g微硅粉加入到上述溶液中，強(qiáng)力攪拌Ih后加熱至60°C，得漿液A ；用150g/L的碳酸氫銨水溶液加入至漿液A中，控制終點(diǎn)的PH為7，得漿液B; 將漿液B離心脫水，干燥，得前軀體C ；將C經(jīng)950°C焙燒Mi后，將焙燒產(chǎn)物經(jīng)氣流粉碎至D50 = 1. 1 μ m，得目標(biāo)產(chǎn)物稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉，其為氧化硅和氧化鈰組成的稀土拋光粉。氧化硅20%，稀土氧化物80%。對(duì)比例1按照柴明霞等在《無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)》2007，(4) =623-629公布的制備方法制備2000g 無水乙醇，2080g正硅酸乙酯，5g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，攪拌均勻后緩慢滴加720g 去留水，后滴加氨水至PH = 9，繼續(xù)攪拌池，室溫陳化一周，在110°C干燥1 后置于600°C 煅燒4h，得二氧化硅粉體；稱取二氧化硅粉體100g，去離子水20000g，20g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，超聲分散 15min。按照 mSi02 mCe02 = 1 2，稱取 1938ml0. 6mol/L 的氯化鈰溶液，在緩慢條件下加入1 1(V/V)氨水，至終點(diǎn)？!1 = 8，經(jīng)過濾，洗滌，干燥，9501焙燒證后，得目標(biāo)產(chǎn)物。對(duì)比例2按照CN 101671538A公布的制備方法制備配制重量濃度為2%的硅溶膠40ml，氧化硅膠粒的平均粒徑為80nm，加入0. 5g的聚乙烯吡咯烷酮，磁力攪拌溶解，再加入5mmol的水合硝酸亞鈰，攪拌溶解，將此分散液轉(zhuǎn)移至容積為60ml的帶有聚四氟內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，密封后，置于烘箱中，加熱至140°C，反應(yīng)12h。反應(yīng)完畢后超濾，稀釋，再超濾如此循環(huán)五次、烘干，最終制得氧化硅/氧化鈰復(fù)合磨粒。實(shí)施效果對(duì)比例取稀土拋光粉500g，加入去離子水至5L，得濃度為100g/L的拋光液漿液。采用 UNIP0L802(沈陽科晶)精密研磨拋光機(jī)對(duì)K9玻璃進(jìn)行拋光，自動(dòng)攪拌打漿，過濾循環(huán)使用， 拋光機(jī)軸轉(zhuǎn)速為120r/min，壓力為660N/cm2，拋光皮為KSP66B-1. 25，拋光時(shí)間為6. 5小時(shí)， 每隔一定時(shí)間(第一個(gè)點(diǎn)為0. 5h，以后每小時(shí)一次)測試漿液的粒度及記錄洗滌干燥后的玻璃的重量。根據(jù)所稱取拋光元件被拋光前后的質(zhì)量計(jì)算出差值，此差值除以拋光時(shí)間即為拋蝕量，分別記為代表拋光時(shí)間)，平均值為&。表1實(shí)施效果對(duì)比表
權(quán)利要求
1.稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉，其特征在于，由如下質(zhì)量百分比的組分組成； 氧化硅5 50%稀土氧化物50 95%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉，其特征在于，由如下質(zhì)量百分比的組分組成氧化硅5 20%稀土氧化物80 95%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉，其特征在于，所述的稀土氧化物為氧化鈰、氧化鑭鈰或氧化鑭鈰鐠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將碳酸稀土加入水中，加入酸溶解，并使體系的pH為2 3，過濾，收集稀土溶液， 將含有氧化硅的物質(zhì)加入到稀土溶液中，攪拌加熱至40 80°C，得料液A ；其中，原料的質(zhì)量比為含有氧化硅的物質(zhì)的2 33%，其為碳酸稀土 ； 所述碳酸稀土為碳酸鈰、碳酸鑭鈰或碳酸鑭鈰鐠中的一種以上，其中碳酸鈰、碳酸鑭鈰、碳酸鑭鈰鐠的REO為45% 48%，碳酸鈰Ce02/TRE0 > 99 %，碳酸鑭鈰或碳酸鑭鈰鐠 Ce02/TRE0 為 60% 65% ；所述的酸為鹽酸或硝酸的一種；所述的含有氧化硅的物質(zhì)選自石英粉、硅微粉、氣相法白炭黑、沉淀法二氧化硅或微硅粉中的一種以上；(2)將100 200g/L的碳酸氫銨水溶液加入到上述的溶液A中，控制終點(diǎn)pH= 7 8，繼續(xù)攪拌，得漿液B;(3)將步驟O)的漿液B脫水，干燥，得包覆氧化硅的碳酸稀土前驅(qū)體C;(4)將步驟(3)的前驅(qū)體C，在950 1050°C焙燒3 他，得焙燒產(chǎn)物；(5)將焙燒產(chǎn)物粉碎至D50:1. 0 3 μ m，得目標(biāo)產(chǎn)物稀土 -硅復(fù)配的精密型稀土拋光粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，原料的質(zhì)量比為含有氧化硅的物質(zhì)2 10%，其為碳酸稀土。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉及其制備方法，稀土-硅復(fù)配精密型稀土拋光粉由如下質(zhì)量百分比的組分組成氧化硅5～50％，稀土氧化物50～95％。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的精密型稀土拋光粉及其制備方法，具有成本低、生產(chǎn)工藝簡單、產(chǎn)品拋蝕量和耐磨性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C09G1/02GK102329571SQ20111020155
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者曹紅霞, 楊筱瓊, 蒙素玲, 趙月昌, 高瑋, 高璐 申請(qǐng)人:上海華明高納稀土新材料有限公司