抛光用超细氧化铈的制备方法

背景技术

在工业领域中广泛使用抛光粉。稀土抛光粉的使用可追溯到次世界大战，美国和加拿大率先使用以氧化铈为主要成分的稀土抛光粉，用于精密军用仪器镜头的研磨，取代了氧化铁抛光粉。氧化铈抛光粉具有抛光速度高、作业污染少、抛光质量高等优点。正是由于稀土抛光粉的开发，使玻璃研磨表面的精度得到了很大程度的改善，从而使稀土抛光粉在世界上被广泛的利用。现在氧化铈在抛光粉上的应用已占了氧化铈整个应用量的近一半，已成为氧化铈应用的领域。

稀土抛光粉正在增长的市场是在光掩模领域上的应用，光掩模(又称遮光膜)是用特种玻璃如硅酸盐玻璃制成的，这种玻璃需要研磨和抛光，技术要求极其严格。抛光后的玻璃表面镀铬，然后在上面反向印刷电路，最后再将电路投射表面喷镀阻光层的半导体芯片上。光掩模的抛光要求比较高，要用粒度分布均匀、形状一致性好的超细氧化铈进行抛光。

抛光粉的制备一般分为固相反应法和沉淀-煅烧法。超细氧化铈抛光粉的制备多采用沉淀-煅烧法。

美国专利5543126公开了一种合成氧化铈颗粒的方法，它是利用碱性物质将含氢氧化铈(IV)与硝酸盐的水性介质调节至pH值为8~11，并在压力下且温度控制在100~200℃加热该含水物质，得到氧化铈的粒度在0.03至5微米之间。该方法的前驱体是氢氧化铈，且粒度分布较宽，抛光效果不好。

中国台湾专利328068公开了混合硝酸铈(III)并快速加热至70~100℃，调节pH值为5~10之间，且在该温度下保温0.2~20小时，得到10至80纳米的氧化铈粉体。该方法的前驱体也是氢氧化铈，且粒度太细，不适合做抛光粉使用。

上述方法有的需要高温高压设备，价格昂贵，没有大量生产的经济价值；有的不适合大规模生产。而粒径在10nm~3μm之间，比表面积小于50m2/g的超细氧化铈抛光粉的制备还没有报导。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种制备比表面积小，粒度分布均匀、形状一致性好，成本较低的抛光用超细氧化铈的方法。

本发明的目的由如下技术方案实现：(1).用一种酸溶解铈的碳酸盐或氧化物，或用水溶解铈的硝酸盐、氯化物或硫酸盐制成铈的盐溶液A；(2).该铈盐溶液A中，铈离子的浓度为0.1～2.0mol/l，氢离子浓度为0.001～1mol/l；(3).向该铈盐溶液中加入分散剂G，分散剂G是至少一种有机表面活性物质，形成溶液B；(4).取一种碱性物质H配成溶液C；(5).将溶液B与溶液C混合进行化学反应，反应时间为10～180分钟，控制反应终点的pH值为5～10，化学反应后生成的沉淀物再经搅拌10～100分钟，形成悬浮液D；(6).取草酸、草酸铵或碱金属草酸盐配成含草酸的溶液E；(7).将悬浮液D和草酸溶液E充分接触进行化学反应，反应时间为20～200分钟，控制反应终点的pH值为1～5，化学反应后生成的沉淀物再经搅拌5～100分钟，得到沉淀物；(8).该沉淀物经过滤、洗涤、干燥，得到氧化铈的前驱体F；(9).该前驱体F在600～1000℃下灼烧2～10小时，即得到抛光用超细氧化铈产品。

步骤(1)得到的盐溶液A为硝酸盐溶液；分散剂G的加入量是：氧化铈重量的1～12％。

H是碱性物质：氨水、碳酸氢铵、碳酸铵、碱金属氢氧化物、碱金属的碳酸盐或碱金属的酸式碳酸盐。

步骤(4)中取脲配成溶液C，水溶液C的浓度为0.15～8mol/l。；H配制成水溶液C，水溶液C的浓度为0.15～8mol/l。

草酸、草酸铵或碱金属草酸盐溶液E的浓度是0.1～2mol/l。

氧化铈的前驱体F在600～1000℃下灼烧2～10小时，其升温速度是50～500℃/h。

本发明的优点是：通过制备含有铈离子的盐溶液A，然后在该溶液中加入分散剂G，形成溶液B。取H配成溶液C。将溶液B与溶液C混合进行化学反应，反应时间为10~180分钟，控制反应终点的pH值为5~10，化学反应后生成的沉淀物再经搅拌10~100分钟，形成悬浮液D。取草酸、草酸铵或碱金属草酸盐配成含草酸的溶液E。将悬浮液D和草酸溶液E充分接触进行化学反应，反应时间为20~200分钟，控制反应终点的pH值为1~5，化学反应后生成的沉淀物再经搅拌5~100分钟。然后过滤、洗涤、干燥该沉淀物，最后在600~1000℃下灼烧2~10小时，其升温速度是50~500℃/h，可得到粒径在10nm~3μm之间，比表面积小于50m2/g的超细氧化铈。

本发明采用可工业化的共沉淀方法进行沉淀，经沉淀、过滤、干燥、焙烧等步骤制备超细氧化铈，先用氨水、碳酸氢铵等碱性物质进行沉淀，得到小颗粒的沉淀物，然后用草酸转型，可以控制超细氧化铈产品的晶型，使其适合于抛光。同时本发明制备抛光用超细氧化铈，比表面积小，粒度分布均匀、形状一致性好，成本较低。还可用工业碳酸铈、工业碳铵、工业氨水、工业草酸等为原料，适合工业化生产，此方法的成本较低。

制备方法

将2.2kg碳酸铈(CeO2≥45％)用1.23LHNO3溶解，并加5.48L去离子水制成溶液A，在其中加29.7g聚乙二醇形成溶液B。取6.76L2.5mol/L的NH4HCO3成溶液C。然后在搅拌的情况下，将溶液C滴加到溶液B中，在滴加过程中，溶液的pH值不断升高，待溶液C滴完后，反应体系的pH值为6.5；此时生成白色沉淀，再搅拌该沉淀0.2小时，成悬浮液D。取2.86kg草酸用19.1L去离子水配成溶液E。然后将E滴加到悬浮液D中，在滴加过程中，溶液的pH值不断降低，待溶液E滴完后，反应体系的pH值为2.2，继续搅拌0.1小时，将沉淀过滤，并用去离子水洗涤3~4次，然后将沉淀置于100℃静态空气中干燥 8小时，再在650℃焙烧2小时，升温速度为100℃/h，产品为氧化铈，比表面积是35.6m2/g(美国Coulter SA3100比表面积分析仪测得)，其粒度D50为0.355μm(美国Coulter LS230激光粒度仪测得)。