一種球型複合稀土拋光粉的製備方法

2023-07-02 15:43:46

專利名稱：一種球型複合稀土拋光粉的製備方法
技術領域：
本發明屬於稀土材料製備的技術領域，涉及拋光粉的製備方法。
背景技術：
化學機械拋光(CMP)是機械研磨和化學腐蝕的組合技術，它藉助超微粒子的研磨作用以及拋光漿料的化學腐蝕作用，在化學成膜和機械去膜的交替過程中去除被拋光介質表面上極薄的一層材料，實現超精密平坦表面加工。製造大規模集成電路的矽片等晶體要有極高的平面度和超平滑表面，CMP技術被認為是進行這些表面加工最好也是唯一的全局平面化技術。CMP拋光液中的磨粒，在拋光過程中同時具有對工件表面的機械衝擊作用和對化學反應的催化作用是影響拋光質量的重要因素。常規的拋光液一般只有一種磨粒，CMP試驗基於軟質拋光墊下利用磨粒拋光液的化學機械拋光。與單一磨料拋光液相比，複合稀土·拋光粉獲得的拋光速率更高，晶片表面的缺陷更少。拋光粉的粒度及形貌是直接關係到被拋光材料的表面性能，球型、超細、粒度分布均勻的拋光粉更加引人囑目。稀土拋光粉主要成分是氧化鈰或以氧化鈰及混合稀土氧化物，合成時控制相應的粒徑和形貌以便獲得較好的拋光面。如專利申請號CN200710065388. 3 一種超細、球化稀土拋光粉及其製備工藝中，採用在沉澱後的漿液中加入銨鹽和氟離子調節母液中的離子強度，從而增大漿液中固體顆粒的表面電性；專利申請號CN200910044259. 5 一種超細稀土拋光粉的生產工藝，以硝酸鈰、硝酸鐠和有機溶劑作為原料，再滴加鹼液，攪拌溶解，得到透明溶膠，再將所得的透明溶膠置入反應釜夾套中，進行水浴蒸發，轉化為凝膠，以獲得超細粒度。目前，拋光粉的製備有共沉澱法、浸潰法、水熱法，溶膠-凝膠法、微乳液法等。

發明內容
本發明目的是提出一種採用共沉澱法合成一種複合稀土拋光粉的製備方法，採用該方法製得的拋光粉具有較好的球型，粒度超細、均勻，用於光學玻璃、矽晶片、顯示屏等材料拋光可得到較好的拋光面。實現本發明技術方案為由氯化稀土或由碳酸鹽轉化成的氯化稀土，在一定的沉澱溫度下，加入沉澱促進劑和沉澱劑製成漿料，脫水後乾燥再分散，高溫煅燒後，冷卻粉碎分選，得到球型、超細複合稀土拋光粉。本發明所述的製備方法的步驟如下。(I)以鑭和鈰的氯化物為原料，原料按其氧化物的質量比為10 90 40 :60，其它稀土不大於1% ;氯化稀土溶於50°c 90°C水中，其氯化稀土溶液的濃度為O. I 2. Omol/L0(2)在攪拌下，將固體沉澱促進劑銨或鹼金屬硫酸鹽加入到50°C 90°C的氯化稀土溶液中，其加入量為稀土氧化物質量的2-6%。
(3)在攪拌下，將氟化物與碳酸鹽或碳酸氫鹽中的一種或兩種按摩爾比co32_/F_=3-4混合，在O. 5 3小時內加入到恆溫的稀土溶液中，加入量為理論量的I. O I. 3倍，並繼續攪拌O. 5 2小時。(4)沉澱漿料在50°C 95°C保溫O. 5 3小時。(5)漿料冷卻後過濾或離心分離，在100°C 150°C乾燥後進行初步粉碎得到拋光粉前驅體。(6)前驅體在800°C 1100°C溫度下煅燒，得到複合粉體。(7)複合粉體經粉碎分級後得到拋光粉，控制拋光粉粒度D50為O. 3 O. 7um之間。
本發明與現有技術相比有較好的效果是，採用本法製備的拋光粉具有很好的球形，粒度較小，有較好的粒度分布和很好的懸浮性，原料來源廣泛，價格低廉，其方法簡單易行，對光學玻璃、矽晶片、顯示屏等材料的拋光可提高表面性能，減少表面的劃痕。本發明適用於製備高效拋光粉體，所製備的拋光粉可用於微電子器件和精密光學玻璃表面加工。


圖I為不同溫度下下煅燒產物的XRD圖。圖2為950°C下煅燒產物的SEM圖。圖3為950°C下煅燒產物對單晶矽片拋光面的SEM圖。圖4為950°C下煅燒產物對單晶矽片拋光面的AFM圖。
具體實施例方式本發明將通過以下實施例作進一步說明。實施例I。向裝有攪拌器、溫度計的IOOOmL三口燒瓶中加入I. Omol/L氯化鈰(CeCl3)溶液200mL和I. Omol/L氯化鑭(LaCl3)溶液60mL，不斷攪拌下升溫至8(T85°C，再加入固體硫酸銨2g，在恆溫下3. O h內滴加總濃度為I. Omol/L氟化銨和碳酸氫銨混合沉澱劑(摩爾比C032_/F_=3)溶液420mL，滴加完後繼續恆溫反應lh。冷卻到接近室溫抽濾，用蒸餾水洗滌，在110°C下乾燥2h，進行初步粉碎，在900°C下煅燒4h，再進行粉碎和分級得到拋光粉。拋光粉振實密度為0. 72g/ mL，粒度 Dltl、D5tl、D9tl 分別為0. 41nm、0. 48nm、0. 56nm。實施例2。向裝有攪拌器、溫度計的IOOOmL三口燒瓶中加入I. 0mol/L氯化鈰(CeCl3)溶液200mL和I. 0mol/L氯化鑭(LaCl3)溶液60mL，不斷攪拌下升溫至8(T85°C，再加入固體硫酸鈉2. 5g，在恆溫下3. O h內滴加總濃度為I. 0mol/L氟化鈉和碳酸氫鈉混合沉澱劑(摩爾比C032_/F_=3. 6)溶液450mL，滴加完後繼續恆溫反應lh。冷卻到接近室溫抽濾，用蒸餾水洗滌，在IlOtlC下乾燥2h，進行初步粉碎，在1030°C下煅燒4h，再進行粉碎和分級得到拋光粉。拋光粉振實密度為0. 73g/ mL，粒度 Dltl、D5tl、D9tl 分別為0. 48nm、0. 53nm、0. 64nm。實施例3。向裝有攪拌器、溫度計的IOOOmL三口燒瓶中加入I. 0mol/L鑭鈰混合氯化物(La Ce=O. 3:0. 7)溶液250mL，不斷攪拌下升溫至8(T85°C，再加入固體硫酸銨I. 8g，在恆溫下3. O h內滴加總濃度為I. Omol/L氟化銨和碳酸氫銨混合沉澱劑(摩爾比C032_/F_=3. 8)溶液440mL，滴加完後繼續恆溫反應lh。冷卻到接近室溫抽濾，用蒸餾水洗滌，在IlOtlC下乾燥2h，進行初步粉碎，在1000°C下煅燒4h，再進行粉碎和分級得到拋光粉。拋光粉振實密度為O. 68g/ mL,粒度 D1(l、D5(l、D9tl 分別為0. 45nm、0. 50nm、0. 60nm。實施例4。向裝有攪拌器、溫度計的5000mL三口燒瓶中加入I. Omol/L鑭鈰混合氯化物(La Ce=O. 3:0. 7)溶液1250mL，不斷攪拌下升溫至75_8( TC，再加入固體硫酸鈉12g，在恆溫下
3.O h內滴加總濃度為I. Omol/L氟化鈉和碳酸氫鈉混合沉澱劑(摩爾比C032_/F_=4)溶液2100mL，滴加完後繼續恆溫反應lh。冷卻到接近室溫抽濾，用蒸餾水洗滌，在110°C下乾燥2h，進行初步粉碎，在90(TC下煅燒4h，再進行粉碎和分級得到拋光粉。拋光粉振實密度為0. 73g/ mL，粒度 Dltl、D5tl、D9tl 分別為0. 42nm,0. 49nm,0. 59nm。
權利要求
1.一種球型複合稀土拋光粉的製備方法，其特徵是步驟如下 (1)以鑭和鈰的氯化物為原料，原料按其氧化物的質量比為1090 40 :60，其它稀土不大於1% ;氯化稀土溶於50°C 90°C水中，其氯化稀土溶液的濃度為0. I 2. OmoI/L ； (2)在攪拌下，將銨或鹼金屬硫酸鹽加入到50°C 90°C的氯化稀土溶液中，其加入量為稀土氧化物質量的2-6% ； (3)在攪拌下，將氟化物與碳酸鹽或碳酸氫鹽中的ー種或兩種按摩爾比C032_/F_=3 4混合，在0. 5 3小時內加入到恆溫的稀土溶液中，加入量為理論量的I. 0 I. 3倍，並繼續攪拌0. 5 2小時； (4)沉澱漿料在50°C 95°C保溫0.5 3小吋； (5)漿料冷卻後過濾或離心分離，在100°C 150°C乾燥後進行初步粉碎得到拋光粉前驅體； (6)前驅體在800°C 1100°C溫度下煅燒，得到複合粉體； (7)複合粉體經粉碎分級後得到拋光粉，控制拋光粉粒度D50為0.3 0. 7um之間。
全文摘要
一種球型複合稀土拋光粉的製備方法，按以下步驟鑭和鈰的氯化物按氧化物的質量比1090～4060溶於50℃～90℃水中，濃度0.1～2.0mol/L；攪拌下，將銨或鹼金屬硫酸鹽加入50℃～90℃的氯化稀土溶液中，量為稀土氧化物的2-6%；攪拌下，將氟化物與碳酸鹽或碳酸氫鹽中的一或兩種按摩爾比CO32-/F-=3～4混合，0.5～3小時內加入稀土溶液中，量為理論量的1.0～1.3倍，攪拌0.5～2小時；50℃～95℃保溫0.5～3小時；過濾或離心分離，100℃～150℃乾燥、粉碎；800℃～1100℃溫度煅燒；粉碎分級，控制拋光粉粒度0.3～0.7um。本發明具有很好的球形，粒度較小，有較好的粒度分布和很好的懸浮性，原料來源廣泛，價格低廉，方法簡單易行，對光學玻璃、矽晶片、顯示屏等材料的拋光可提高表面性能，減少表面劃痕。
文檔編號C09G1/02GK102850938SQ20111042607
公開日2013年1月2日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者周新木, 李永繡, 岑志軍 申請人:南昌大學