一种氧化铈及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料领域，具体是一种氧化铈及其制备方法。本发明专利技术提供了一种氧化铈的制备方法，该方法以草酸氢铵和氨水为共沉淀剂进行氧化铈纳米材料的制备，能够消除制备过程中颗粒团聚的影响，得到颗粒分布均匀的纳米氧化铈，而且所得到的纳米氧化铈为结构均一致密的球形纳米氧化铈，有利于作为抛光粉的应用，方法简单，成本低。实验表明，本发明专利技术通过化学沉淀法制备了CeO2单体，通过对各药品的添加量、沉淀剂滴加顺序和煅烧温度等实验条件进行调整，合成了粒径和形貌可控的CeO2纳米材料。该合成技术可以大规模生产，且大规模放大之后制备的CeO2纳米材料具有较高的一致性和稳定性。纳米材料具有较高的一致性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化铈及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米材料领域，具体是一种氧化铈及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着光学、电子、网络技术以及通信工程等科技的飞速发展，所要求集成电路高的表面质量对化学机械抛光的精度要求越来越高，集成电路芯片逐渐增大而单个品体管元件逐渐减小以及多层集成电路芯片是科技发展的必然趋势化学机械抛光。不同于传统的纯机械或纯化学抛光的方法，技术借助浆料中超微研磨粒子的机械研磨作用和材料的化学腐蚀作用，避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度低以及抛光一致性差等缺点，由于在过程中，抛光浆料扮演着举足轻重的作用，而研磨粒子又是影响抛光浆料性质的重要因素，因此，根据不同的抛光基材确定最佳磨料，控制的工艺过程参数，以满足不同规模的集成电路生产对化学机械抛光工艺的不同需求，是技术研究的主要方向。
[0003]超精密稀土抛光材料主要用于精密光学材料和芯片半导体材料的化学机械抛光(CMP)。高品质抛光液归纳起来应该突破以下三项技术:磨料制造技术，磨料分散技术，抛光液配方技术。
[0004]抛光粉的纯度、硬度、粒度、形状等会对抛光能力产生影响，想要保证抛光工艺质量，就要结合实际的抛光需求，有针对性的控制铈基稀土化合物的物理性质，使其具有纳米级尺寸并且球形化、粒径分布窄、切削力强、抛光精度高、抛光质量好、使用寿命长等特点，更适用于半导体材料的抛光粉和抛光液。围绕CMP磨料颗粒物性(颗粒的尺度大小、颗粒的尺度分布、纳米颗粒的形貌特征、颗粒表面性质、颗粒的聚集或分散状态等)、纯度和固体抛光磨料的稳定性、生产成本、批次重复性，尤其是大规模放大生产之后抛光磨料的一致性、稳定性是目前制约抛光磨料难以产业化的关键问题。
[0005]上世纪四十年代，氧化铈取代氧化铁成为重要的玻璃抛光材料。同常规抛光材料相比，铈基稀土抛光粉的抛光速度快、光洁度高、使用寿命长。发展至今，铈基稀土抛光粉已广泛应用于各种玻璃制品。对于高精度光学透镜领域来说，要求高的光洁度、透光性，对抛光粉的粒度分布、研削力、划伤率提出了更高的要求。高铈稀土抛光粉的适用性较高，但原料成本太高，现在已很少采用。目前市场上通常采用以氯化稀土为原料的沉淀
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焙烧法来制备铈基抛光粉，该方法制备的稀土抛光粉成分均一、颗粒大小适中且晶形一致性好，产品在光学玻璃、光掩膜和液晶显示器等领域中得到广泛应用。但该方法较复杂，工艺难以控制。如何制备出适用于光学领域的稀土抛光粉,已经成为一项热门的研究课题。
[0006]经过不断的实践,人们对抛光粉的认识不断深化。随着稀土工业的发展,稀土应用领域不断扩大,人们开始尝试使用稀土氧化物作为抛光粉。目前，铈基抛光粉是最广泛使用的抛光粉。与其它抛光粉相比，铈基抛光粉具有很多优点良好的晶形,粒度小而均匀,化学活性强,抛光效率高,使用量小且寿命长,工件合格率高,易清洗,无污染等。因此，铈基抛光粉也被称为“抛光粉之王”。
[0007]目前市面上的抛光粉抛光粒度不均匀，外形不规则，要么切削力不好，抛光时容易产生划痕且抛光速度不高。因此，通过调节沉淀反应条件和复合体系对抛光粉表面进行改性，从实验对比和数据分析来研究改性后的抛光粉对抛光性能的影响，从而确定最佳的改性方案，进而改善抛光粉的抛光性能，为改善和开发新的抛光粉生产工艺提供基础和思路。对于制备工艺的改善思路则是针对应用目标进行物性控制(改进其物理化学和应用特性)，利用先进的分析仪器，对抛光粉所涉及的各种物质状态和性能进行分析，从表面化学与物理，胶体化学等多个学科领域来加以理解，提出对生产进程有效控制的工艺方法，为其工业应用和工业设计提供理论依据和指导，这对制备工艺的未来发展，推出能适用硅片的抛光粉产品和研制高性能宽粒径梯度的抛光粉具有重要意义。
[0008]二氧化铈(分子式为CeO2)具有非常广泛的应用。例如，可用于汽车尾气三元净化催化剂，具有活性高、价格低、寿命长等优点，并代替了大部分贵金属，每年用量数千吨；CeO2,可用于电子陶瓷和固体电解质：CeO2粉末对紫外线有极强的吸收性能，可用于制备紫外吸收材料，如用于吸收荧光灯管中的185pm短波紫外线，以提高灯管寿命，也用于防晒化妆品，防晒纤维，汽车玻璃等：塑料制品在紫外线作用下容易老化变脆，在其表面涂上含有氧化铈微粒涂层(它对阳光是透明的)可防止塑料老化；坦克、汽车、舰船、贮油罐等表面上都需涂上树脂和橡胶类油漆，而这些油漆由于受阳光紫外线的照射而极易老化变脆，将氧化铈粉末加入其中制成的防紫外线涂料，其抗老化性明显提高：CeO2也是一种良好的玻璃抛光剂；CeO2是一种良好的紫外光催化材料，可以降解环境中的有机污染物。总之,CeO2应用面厂，潜力巨大，附加值高，商业前景十分看好。但是CeO2在使用过程中容易发生软团聚，并且随着粉体中心粒径的减小团聚严重，导致悬浮性能差，颗粒分布不均匀，易堵塞研磨料浆的循环管道，影响材料的抛光质量和研磨效率。
[0009]CeO2的制备方法主要有沉淀法、溶胶
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凝胶法、水热法、微乳液法、电化学法等。液相法主要是在液相体系中通过控制液相化学反应的条件，如反应物浓度、反应温度与时间、搅拌速度、水解速度、共沉淀等形成前驱体的方法。液相法介于气相法和固相法之间，与气相法相比，液相法具有设备简单、无需高真空等苛刻物理条件、易放大等优点，同时又比固相法制备的粉体纯净、团聚少，很容易实现工业化生产，是目前制备纳米粒子最常用的方法。但是现有的液相法制备CeO2较容易产生团聚体，团聚体的存在对材料的性能有着很多不良的影响，比如会直接影响到材料的成型，使烧结体最终无法得到显微结构均一致密的材料；团聚体还会直接影响到材料的烧结行为。
[0010]而且现有的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。例如，中国专利1821314A专利技术了一种超细氧化铈的制备方法，以一种碱性物质作为沉淀剂，控制反应悬浮液的pH值，生成沉淀物，然后该悬浮液用草酸进行转化，控制反应终点的pH值，最后过滤、洗涤、干燥该沉淀物，在600～1000℃下灼烧，得到超细氧化铈并将其用于抛光。但该方法中制备的产品粒度分布也比较宽在10nm～30um之间，比表面积达到了50m2/g，其用作抛光粉重复使用性差。又例如，中国台湾专利328068公开了将混合硝酸铈并快速加热至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，日粒度太细，不适合做拋光粉使用。

技术实现思路

[0011]有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种氧化铈及其制备方法，本专利技术提供的方法能够消除制备过程中颗粒团聚的影响，得到颗粒结构均一致密的球形纳米氧化铈，方法简单，成本低。
[0012]本专利技术提供了一种氧化铈的制备方法，包括以下步骤：
[0013]A)将沉淀剂、铈盐和表面活性剂混合，进行反应、陈化，得到氧化铈前驱体；所述沉淀剂包括氨水和草酸氢铵；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化铈的制备方法，包括以下步骤：A)将沉淀剂、铈盐和表面活性剂混合，进行反应、陈化，得到氧化铈前驱体；所述沉淀剂包括氨水和草酸氢铵；B)将所述步骤A)得到的氧化铈前驱体进行煅烧，得到氧化铈。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂中，所述氨水和草酸氢铵的摩尔浓度比为0.1：0.1～0.4。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)具体包括：A1)将所述沉淀剂溶液加入到铈盐溶液和表面活性剂中混合，进行反应；A2)将所述步骤A1)得到的反应产物进行陈化，得到前驱体。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂溶液的加入速率为1mL/min～5mL/min。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铈盐溶液的浓度为0.1mol/L～0.5mol/L；所述表面活性剂占所述铈盐溶液的质量百分比为0.4wt％～1.0wt％。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵朗，陆思宇，唐金魁，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：