影响抛光粉抛蚀率的因素.pdf

4 4 有色金属 冶炼部分 h t t p a y s y l ．b g r i m m ．o n 2 0 1 1 年9 期 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鲫．1 0 0 ％7 5 4 5 ．2 0 11 ．0 9 ．0 1 2 影响抛光粉抛蚀率的因素 李颖毅，陈伟凡 南昌大学材料科学与工程学院，南昌3 3 0 0 3 1 摘要以抛蚀率作为评价抛光粉性能的指标。详细考察了铈基抛光粉的浆料浓度、抛光时间、抛光粉的 灼烧温度、抛光体系的温度对Z F 6 型光学玻璃抛蚀率的影响。 关键词抛光粉；抛蚀率；C e o zl 化学机械抛光 中图分类号0 4 8 2 ．3 1 0 6 1 4 ．3 3 文献标识码A文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 0 9 - 0 0 4 4 0 3 E f f e c t sF a c t o r so nR e m o v a lR a t eo fP o l i s h i n gP o w d e r L IY i n g - y i ，C H E NW e i f a n S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，N a n c h a n gU n i v e r s i t y 。N a n c h a n g3 3 0 0 3 1 。C h i n a A b s t r a c t R e m o v a lr a t ei su s e da sp r o p e r t yi n d e xo fe v a l u a t i n gp o l i s h i n gp o w d e r ．T h ee f f e c t so fs l u r r yc o n c e n t r a t i o n ，p o l i s h i n gt i m e ，c a l c i n a t i o n st e m p e r a t u r eo fc e r i u m b a s e dp o l i s h i n gp o w d e ra n ds y s t e mt e m p e r a t u r eo nZ F 6 一t y p eo p t i c a lg l a s si sr e s e a r c h e di nd e t a i l ． K e yw o r d s P o l i s h i n gp o w d e r ；R e m o v a lr a t e ；C e 0 2 ；C h e m i c a l l ym e c h a n i c a lp o l i s h i n g C M P 近年来，表面处理成为许多现代高新技术中不 可缺少的工业化生产步骤【I 。‘] 。根据抛光对象的性 质及抛光要求不同，进行表面处理的方法有机械抛 光、电化学抛光、化学机械抛光等。其中，化学机械 抛光仍然是目前光学加工的主要手段。 抛光是光学零件加工中最重要的工序，它直接 决定了光学零件的产品质量。抛光粉的选择又是抛 光工作中的重要环节，鉴于目前光学玻璃的型号较 多，而铈基抛光粉的生产厂家亦众多，抛光粉的生产 方法和制备工艺路线也不同，很难找到普适性的抛 光粉。抛光粉的质量指标很多，如抛光粉的铈及杂 质含量、抛光粉的粒度、硬度、密度、粉的抛蚀率、粉 的悬浮性以及抛光粉浆料的流变性等等。一般而 言，抛光粉的物理指标要比其化学指标更为重 要m ] 。抛蚀率是抛光粉的一项重要指标 尽管许多 精密的光学玻璃加工并不希望抛光粉有很高的抛蚀 率 。本文对影响抛光抛蚀率的因素作些探讨． 1试验部分 试验仪器和试剂主要有J P 0 2 0 ．3 型三轴精磨抛 光机、N J - 1 型旋转黏度计、铈化合物、Z F 6 型光学玻 璃。 铈基抛光粉按常规方法制备，配制成不同的抛 光液，在三轴精磨抛光机上对Z F 6 型光学玻璃进行 抛光，准确称取抛光前后的玻璃重量，计算抛蚀率。 2 结果与讨论 2 ．1 抛光粉浆料浓度与抛蚀率的关系 将抛光粉配制成不同浓度的浆料，对Z F 6 型光 学玻璃抛光1 0m i n ，结果见图1 。 从图1 可看出，抛蚀率随抛光粉浆料浓度的提 高而有所提高，但并非浆料的浓度愈高抛蚀率愈高， 当抛光粉浓度大于2 ％时抛蚀率并不随浓度升高而 增大，这是因为抛光粉浓度达到2 ％时已经足以维 持抛光所需要的抛光粉活性粒子．因此，本文以下 基金项目国家自然辩学基金资助项目 2 0 1 6 1 0 0 2 l 江西省自然科学基金资助项目 2 0 0 8 G Z C 0 0 2 1 作者筒介李藏毅 1 9 7 3 一 ．男．广东湛江人，博士，翻教授． 万方数据 2 0 1 1 年9 期有色金属 冶炼部分 h t t p J ／y s y l 。b g r i m m ．c n 4 5 f6 ．5 聋 誉6 ．o ≤ 哥 薹s ．s 5 ．OO l2 3 4 56 浆料浓度，％ 圈1抛光粉浆料浓度对抛蚀率的影响 F i g ．1R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns l u r r y c o n c e n t r a t i o na n dr e m o v a lr a t e 的试验抛光粉浆料浓度均为2 ％。 2 ．2 抛光粉灼烧温度与抛蚀率的关系 图2 表明，与有些文献报道不同的是，抛蚀率的 最大值并不出现在7 0 0 ～8 0 0 ℃，其原因可能是抛光 粉制备原料的来源不同以及化学成分不同。实际 上，氧化铈在灼烧时随着灼烧温度的升高逐渐转化 为面，t L 立方体，温度愈高氧化铈结晶愈完全，晶粒的 硬度越大．因而抛蚀率越高。试验表明灼烧温度控 制在10 0 0 “ - - 11 0 0 ℃抛光粉结晶较好 图3 。结果 与文献报道一致。 圈2抛光粉灼烧温度与抛蚀率的关系 F i g ．2R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc a l c i n a t i o n s t e m p e r a t u r ea n dr e m o v a lr a t e 3 抛光体系的温度对抛蚀率的影响 抛光体系的温度对抛蚀率的影响见图4 。 从图4 可看出，抛光体系的温度对抛光粉抛蚀 率的影响很大．当体系的温度上升时，抛光粉的抛蚀 率急剧下降。这是因为，在抛光粉的水溶液存在下， 玻璃表面产生以下水解反应t N a 2 S i 0 3 2 H 2 0 H 2 S i 0 3 2 N a O H 2 53 03 54 04 55 05 56 06 5 2 0 ／ 。 图3 不同温度灼烧的抛光粉的X R D F i g ．3 X R D p a t t e r no fp o l i s h i n gp o w d e r a td i f f e r e n tc a l c i n a t i o n st e m p e r a t u r e ， 鼍 ● 管 喜 雹 曩 图4 抛光体系温度对抛蚀率的影响 F i g ．4 E f f e c to fs y s t e mt e m p e r a t u r e O Hr e m o v a lr a t e B a S i 0 3 2 H 2 0 H 2 S i 0 3 - I - B a O H 2 P b S i O s - I - 2 H 2 0 P b 0 H 2 H 2 S i 0 3 Z F 6 是一种常用的光学玻璃，其中构成玻璃网 络结构的S i o 仅占3 0 ％左右，而P b o 含量高达 6 5 ％以上，因此．它的化学性质不稳定。在体系温度 升高时水解反应加剧，反应产生的硅酸凝胶包裹抛 光粉的粒子，减缓了抛光粉的磨削作用且减缓了水 的水解反应。另外．当体系温度升高时。抛光粉浆料 的表观黏度随之下降 图5 ．即相当于作用于玻璃 表面的抛光粉有效浓度降低，故抛蚀率下降。 4 抛光时间与抛蚀率的关系 图6 是抛光时间与抛蚀率的关系．随着抛光 时间的延长抛蚀率有所增加，但是增加趋势不明显． 这是因为随着抛光时间的增加．体系的温度也不断 上升，我们从前面的分析可以看出温度的上升影响 了抛蚀率，所以延长时间并不能有效地提高抛光粉 万方数据 4 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 1 年9 期 亨 藿 ≤ 魁 舔 l o o 8 0 2 0 O l O2 0 3 04 05 06 07 0 温度，℃ 图5 温度与抛光粉浆料黏度的关系 F i g ．5R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns y s t e m t e m p e r a t u r ea n dv i s c i d i t y 的抛蚀率。 f 。g ● 旨 爵 爱 舞 O 1 02 0 3 0 时问／m i n 图6抛光时间与抛蚀率的关系 F i g ．6R e l a t i o n s h i pb e t w e e np o l i s h i n g t i m ea n dr e m o v a lr a t e 5结论 1 铈基抛光粉灼烧温度在10 0 0 11 0 0 ℃时 抛光效率最好。 2 抛光体系温度对抛蚀率影响很大，且体系温 度高低和抛蚀率成反比。 3 在低浓度时，抛蚀率随抛光粉浓度的增加而 增加，到一定浓度后增加抛光粉浓度不能提高抛蚀 率。 4 抛光时间的延长不能有效提高抛蚀率。 参考文献 [ 1 ] 李永绣．稀土产品的物性控制与稀土产业的发展[ J ] ． 稀土，1 9 9 9 ，2 0 4 7 3 - 7 7 ． [ 2 ] 程耀庚，冯法伦，魏绪钧．以铈富集物为原料制取稀土 抛光粉的研究[ J ] ．稀土，1 9 9 8 ，1 9 4 3 9 4 5 ． [ 3 ] 程耀庚，冯法伦，王琛，等．以氟碳铈精矿为原料制取稀 土抛光粉的研究[ J ] ．稀土，1 9 9 8 ，1 9 1 ；3 6 3 9 ． [ 4 ] 李永绣．周新木，辜子英，等．稀土抛光材料的生产、应 用及其新进展[ J ] ．稀土，2 0 0 2 ，2 3 5 7 1 ． [ 5 ] 李学舜，崔凌霄，杨国胜，等．T C E 高性能稀土抛光粉的 制备及影响因素的研究[ J ] ．稀土，2 0 0 3 ，2 4 6 4 8 5 1 ． [ 6 ] 李进，何小彬，辜子英，等．光学玻璃抛光材料用超细 C e O z 前驱体的制备[ J ] ．稀有金属与硬质合金，2 0 0 3 ，3 1 3 l 一3 ． 万方数据