背景技術(shù)

在工業(yè)領(lǐng)域中廣泛使用拋光粉。稀土拋光粉的使用可追溯到次世界大戰(zhàn)，美國(guó)和加拿大率先使用以氧化鈰為主要成分的稀土拋光粉，用于精密軍用儀器鏡頭的研磨，取代了氧化鐵拋光粉。氧化鈰拋光粉具有拋光速度高、作業(yè)污染少、拋光質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。正是由于稀土拋光粉的開(kāi)發(fā)，使玻璃研磨表面的精度得到了很大程度的改善，從而使稀土拋光粉在世界上被廣泛的利用?，F(xiàn)在氧化鈰在拋光粉上的應(yīng)用已占了氧化鈰整個(gè)應(yīng)用量的近一半，已成為氧化鈰應(yīng)用的領(lǐng)域。

稀土拋光粉正在增長(zhǎng)的市場(chǎng)是在光掩模領(lǐng)域上的應(yīng)用，光掩模(又稱(chēng)遮光膜)是用特種玻璃如硅酸鹽玻璃制成的，這種玻璃需要研磨和拋光，技術(shù)要求極其嚴(yán)格。拋光后的玻璃表面鍍鉻，然后在上面反向印刷電路，最后再將電路投射表面噴鍍阻光層的半導(dǎo)體芯片上。光掩模的拋光要求比較高，要用粒度分布均勻、形狀一致性好的超細(xì)氧化鈰進(jìn)行拋光。

拋光粉的制備一般分為固相反應(yīng)法和沉淀-煅燒法。超細(xì)氧化鈰拋光粉的制備多采用沉淀-煅燒法。

美國(guó)專(zhuān)利5543126公開(kāi)了一種合成氧化鈰顆粒的方法，它是利用堿性物質(zhì)將含氫氧化鈰(IV)與硝酸鹽的水性介質(zhì)調(diào)節(jié)至pH值為8~11，并在壓力下且溫度控制在100~200℃加熱該含水物質(zhì)，得到氧化鈰的粒度在0.03至5微米之間。該方法的前驅(qū)體是氫氧化鈰，且粒度分布較寬，拋光效果不好。

中國(guó)臺(tái)灣專(zhuān)利328068公開(kāi)了混合硝酸鈰(III)并快速加熱至70~100℃，調(diào)節(jié)pH值為5~10之間，且在該溫度下保溫0.2~20小時(shí)，得到10至80納米的氧化鈰粉體。該方法的前驅(qū)體也是氫氧化鈰，且粒度太細(xì)，不適合做拋光粉使用。

上述方法有的需要高溫高壓設(shè)備，價(jià)格昂貴，沒(méi)有大量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；有的不適合大規(guī)模生產(chǎn)。而粒徑在10nm~3μm之間，比表面積小于50m2/g的超細(xì)氧化鈰拋光粉的制備還沒(méi)有報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于提供一種制備比表面積小，粒度分布均勻、形狀一致性好，成本較低的拋光用超細(xì)氧化鈰的方法。

本發(fā)明的目的由如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：(1).用一種酸溶解鈰的碳酸鹽或氧化物，或用水溶解鈰的硝酸鹽、氯化物或硫酸鹽制成鈰的鹽溶液A；(2).該鈰鹽溶液A中，鈰離子的濃度為0.1～2.0mol/l，氫離子濃度為0.001～1mol/l；(3).向該鈰鹽溶液中加入分散劑G，分散劑G是至少一種有機(jī)表面活性物質(zhì)，形成溶液B；(4).取一種堿性物質(zhì)H配成溶液C；(5).將溶液B與溶液C混合進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10～180分鐘，控制反應(yīng)終點(diǎn)的pH值為5～10，化學(xué)反應(yīng)后生成的沉淀物再經(jīng)攪拌10～100分鐘，形成懸浮液D；(6).取草酸、草酸銨或堿金屬草酸鹽配成含草酸的溶液E；(7).將懸浮液D和草酸溶液E充分接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為20～200分鐘，控制反應(yīng)終點(diǎn)的pH值為1～5，化學(xué)反應(yīng)后生成的沉淀物再經(jīng)攪拌5～100分鐘，得到沉淀物；(8).該沉淀物經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥，得到氧化鈰的前驅(qū)體F；(9).該前驅(qū)體F在600～1000℃下灼燒2～10小時(shí)，即得到拋光用超細(xì)氧化鈰產(chǎn)品。

步驟(1)得到的鹽溶液A為硝酸鹽溶液；分散劑G的加入量是：氧化鈰重量的1～12％。

H是堿性物質(zhì)：氨水、碳酸氫銨、碳酸銨、堿金屬氫氧化物、堿金屬的碳酸鹽或堿金屬的酸式碳酸鹽。

步驟(4)中取脲配成溶液C，水溶液C的濃度為0.15～8mol/l。；H配制成水溶液C，水溶液C的濃度為0.15～8mol/l。

草酸、草酸銨或堿金屬草酸鹽溶液E的濃度是0.1～2mol/l。

氧化鈰的前驅(qū)體F在600～1000℃下灼燒2～10小時(shí)，其升溫速度是50～500℃/h。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)制備含有鈰離子的鹽溶液A，然后在該溶液中加入分散劑G，形成溶液B。取H配成溶液C。將溶液B與溶液C混合進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為10~180分鐘，控制反應(yīng)終點(diǎn)的pH值為5~10，化學(xué)反應(yīng)后生成的沉淀物再經(jīng)攪拌10~100分鐘，形成懸浮液D。取草酸、草酸銨或堿金屬草酸鹽配成含草酸的溶液E。將懸浮液D和草酸溶液E充分接觸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為20~200分鐘，控制反應(yīng)終點(diǎn)的pH值為1~5，化學(xué)反應(yīng)后生成的沉淀物再經(jīng)攪拌5~100分鐘。然后過(guò)濾、洗滌、干燥該沉淀物，最后在600~1000℃下灼燒2~10小時(shí)，其升溫速度是50~500℃/h，可得到粒徑在10nm~3μm之間，比表面積小于50m2/g的超細(xì)氧化鈰。

本發(fā)明采用可工業(yè)化的共沉淀方法進(jìn)行沉淀，經(jīng)沉淀、過(guò)濾、干燥、焙燒等步驟制備超細(xì)氧化鈰，先用氨水、碳酸氫銨等堿性物質(zhì)進(jìn)行沉淀，得到小顆粒的沉淀物，然后用草酸轉(zhuǎn)型，可以控制超細(xì)氧化鈰產(chǎn)品的晶型，使其適合于拋光。同時(shí)本發(fā)明制備拋光用超細(xì)氧化鈰，比表面積小，粒度分布均勻、形狀一致性好，成本較低。還可用工業(yè)碳酸鈰、工業(yè)碳銨、工業(yè)氨水、工業(yè)草酸等為原料，適合工業(yè)化生產(chǎn)，此方法的成本較低。

制備方法

將2.2kg碳酸鈰(CeO2≥45％)用1.23LHNO3溶解，并加5.48L去離子水制成溶液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。然后在攪拌的情況下，將溶液C滴加到溶液B中，在滴加過(guò)程中，溶液的pH值不斷升高，待溶液C滴完后，反應(yīng)體系的pH值為6.5；此時(shí)生成白色沉淀，再攪拌該沉淀0.2小時(shí)，成懸浮液D。取2.86kg草酸用19.1L去離子水配成溶液E。然后將E滴加到懸浮液D中，在滴加過(guò)程中，溶液的pH值不斷降低，待溶液E滴完后，反應(yīng)體系的pH值為2.2，繼續(xù)攪拌0.1小時(shí)，將沉淀過(guò)濾，并用去離子水洗滌3~4次，然后將沉淀置于100℃靜態(tài)空氣中干燥 8小時(shí)，再在650℃焙燒2小時(shí)，升溫速度為100℃/h，產(chǎn)品為氧化鈰，比表面積是35.6m2/g(美國(guó)Coulter SA3100比表面積分析儀測(cè)得)，其粒度D50為0.355μm(美國(guó)Coulter LS230激光粒度儀測(cè)得)。