CN102643614B - 玻璃抛光粉及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合稀土氧化物以及其制备工艺技术领域，尤其是一种玻璃抛光粉及其制备方法。该抛光粉包括稀土氧化物，所述稀土氧化物为镧、铈氧化物，所述稀土氧化物晶格中含有较低氧化还原电位的非稀土元素催化剂。所述抛光粉中还含有金属阳离子。本发明产品悬浮性强，不宜沉积，分散稳定性好，抛光效果稳定，表面缺陷低，抛光无划痕，可有效提高平化抛光效率，抛光效率可达1300纳米/分钟，且不易造成对抛光机的损伤。

Description

玻璃抛光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及混合稀土氧化物以及其制备工艺技术领域，尤其是一种玻璃抛光粉及其制备方法。

背景技术

稀土抛光粉的抛光原理在Cook的论著中有比较全面的阐述。稀土氧化物抛光机理源于稀土具有化学牙齿，在抛光过程中通过水、抛光剂、抛光模材料和玻璃之间化学作用，表现出优异的抛光效果；也有人认为稀土氧化物抛光是纯机械作用学说，即抛光是研磨过程的继续；还有人认为稀土氧化物抛光是一个摩檫热使玻璃表面产生塑性变形和流动，或者是热软化以致熔融而产生流动，抛光过程是玻璃表面分子重新分布而形成平整表面的过程；更广泛为人们接受的还是机械、物理化学学说，即抛光过程是一机械的、物理化学作用的综合过程；许多专家认为，抛光是一机械的、物理化学的、化学的综合，其中机械作用是基本的，化学作用是重要的，而流变现象是存在的。氧化铈之所以是极有效的抛光用化合物，是因为它能用化学分解和机械摩擦二种形式同时抛光玻璃。在抛光过程中，氧化铈抛光粉有两种作用，即机械作用与胶体化学作用，这两种作用是同时出现的。抛光的初始阶段，是稀土氧化物颗粒去除表面凹凸层的过程，因而呈现出新的抛光面，这时机械作用是主要的。同时，由于抛光混合物中有水，在抛光过程中形成H₃O⁺离子，在玻璃表面H₃O⁺离子与Na+离子相互交换而与玻璃形成水解化合物；同时由于CeO₂抛光剂具有多价的性质，Ce³⁺/Ce⁴⁺的氧化还原反应会破坏硅酸盐晶格，并通过化学吸附作用，使玻璃表面与抛光剂接触的物质（包括玻璃及水解化合物）被氧化或形成（…Ce-O-Si…）络合物而被除去。

当前玻璃加工企业生产中所使用的玻璃抛光粉主要以大颗粒稀土氧化物粉做抛光摩擦剂。与其他玻璃抛光粉相比，稀土氧化物抛光速率高，抛光后玻璃表面光学性能优良，已经在过去几十年里成为玻璃抛光的主要产品。但市场上的稀土玻璃抛光粉分散稳定性差，容易导致严重的表面划伤，还存在平化抛光效率低等缺陷。长时间抛光往往大大降低抛光效率，造成抛光机的迅速磨损，生产效率低，以及大量的耗材消费。

发明内容

为了克服现有的抛光粉分散稳定性差、抛光效率低等的不足，本发明提供了一种玻璃抛光粉及其制备方法。

本发明目的在于通过加入具有低氧化还原势的金属离子，促进Ce³⁺/Ce⁴⁺的氧化还原反应，进而提高稀土氧化物的抛光效率；在稀土氧化物中引入离子半径小于稀土离子的金属，导致稀土氧化物晶格紧缩，增强其颗粒硬度，以实现同时增强稀土氧化物抛光粉的化学与机械抛光功能。本发明提高了稀土氧化物抛光粉的抛光效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种玻璃抛光粉，包括稀土氧化物，所述稀土氧化物为镧、铈氧化物，所述稀土氧化物晶格中含有低氧化还原电位的非稀土元素催化剂。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括非稀土元素在水中化合价之间的氧化电位在±0.300ev范围内。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括非稀土元素是银，铜，锰，铅，铁，汞，铊，碘，铼，砷，锗，钨，锡中的一种或几种。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括非稀土元素的含量在抛光粉固体总量中占0.1-10%原子比。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述抛光粉中含有金属阳离子，其氧化物中的离子半径小于0.6Å。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述抛光粉中含有金属阳离子是铝离子，钛离子，镁离子中的一种或几种。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述抛光粉中含有金属阳离子的含量在0.1%-5%原子比。

根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述玻璃抛光粉中，不含氟化物。

一种玻璃抛光粉的制备方法，包括以下步骤：

称取5千克白色混合碳酸镧铈，其中稀土氧化物含量45%wt，加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液；

向悬浮液加入45g～450克硝酸锰，搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液；在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎；

将烘干破碎的固体粉料在920～1020℃焙烧12小时获得暗红色镧铈氧化物抛光粉。

本发明的有益效果是，本发明产品悬浮性强，不宜沉积，分散稳定性好，抛光效果稳定，表面缺陷低，抛光无划痕，可有效提高平化抛光效率，抛光效率可达1300纳米/分钟，且不易造成对抛光机的损伤。

具体实施方式

本发明的抛光粉主要由稀土氧化物、掺杂金属催化剂、掺杂加硬元素构成，金属催化剂是指具有低氧化还原电位的非稀土元素催化剂；加硬元素是指离子半径小于镧铈离子半径的元素；以重量百分比计，其中，稀土氧化物占抛光粉的总重量的>90％，掺杂金属催化剂占抛光粉的总重量的0.1-10.0％，掺杂加硬元素占抛光粉的总重量的0.1-10.0％。

具体实施方法

实施例一：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入450克硝酸锰，搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在960℃焙烧12小时获得暗红色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制暗红色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速50RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为1315纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

实施例二：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入15克硝酸锰，搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在960℃焙烧12小时获得暗红色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制暗红色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速 50 RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为807纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

实施例三：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入45克硝酸铁，搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在920℃焙烧12小时获得乳黄色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制乳黄色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速50RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为1028纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

实施例四：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入100克硝酸铜，搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在920℃焙烧12小时获得暗红色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制暗红色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速50RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为881纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

实施例五：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入100克硝酸铜，以及100克硝酸铝搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在920℃焙烧12小时获得暗红色镧铈氧化物抛光粉。

、应用实例：

将所制暗红色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速 50 RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为1131纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

实施例六：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5 千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入45克硝酸铁，以及300克硝酸铝搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在1020℃焙烧12小时获得乳黄色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制乳黄色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速50RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为1089纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

实施例八：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt），加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液。

向悬浮液加入120克硝酸银，以及300克硝酸镁搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液。在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎。

将烘干破碎的固体粉料在1020℃焙烧12小时获得灰白色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制灰白色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速50RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为1389纳米/分钟，玻璃表面无划痕，抛光机无损伤。

比较例：

1、制备方法：

称取5千克白色混合碳酸镧铈（稀土氧化物含量45%wt）在1020℃焙烧12小时获得乳白色镧铈氧化物抛光粉。

2、应用实例：

将所制乳白色镧铈氧化物抛光粉按1比6在水中分散均匀后，在Logitech CDP单面抛光机上抛光测试。下压：1psi，下盘以及载盘转速50RPM，抛光粉流速：100ml/分钟。该抛光粉抛光速率为5897纳米/分钟，玻璃表面有细微划痕，抛光机无损伤。

Claims (4)

1.一种玻璃抛光粉，其特征是，它包括稀土氧化物，所述稀土氧化物为镧和铈氧化物，所述稀土氧化物晶格中含有低氧化还原电位的非稀土元素催化剂；所述非稀土元素在水中化合价的氧化电位在±0.300ev范围内。

2.根据权利要求1所述的玻璃抛光粉，其特征是，所述抛光粉中含有金属阳离子，其氧化物中的离子半径小于0.6Å。

3.根据权利要求1所述的玻璃抛光粉，其特征是，所述抛光粉中含有金属阳离子是铝离子，钛离子，镁离子中的一种或几种。

4.一种玻璃抛光粉的制备方法，其特征是，该制备方法包括以下步骤：

称取5千克白色混合碳酸镧铈，其中稀土氧化物含量45%wt，加入5千克水中，室温下搅拌均匀，制成悬浮液；

向悬浮液加入45g～450克硝酸锰，搅匀，制成含锰碳酸镧铈混合悬浮液；在搅拌条件下，用氢氧化钠将pH调到10，然后静置沉淀，倒掉液体，将固体在120℃烘箱内烘干，破碎；

将烘干破碎的固体粉料在920～1020℃焙烧12小时获得暗红色镧铈氧化物抛光粉。