CN103450811B - 一种铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法，涉及抛光粉材料制备技术领域，其制备步骤包括：㈠、胶体溶液配制；㈡、混合体系配制；㈢、共沉淀；㈣、焙烧及后处理；具有制备工艺简单、原料价廉易得、适合工业化生产等特点，应用本发明方法所制备的铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉，适用于高档光学仪器加工领域，特别是能够用于精密光学玻璃抛光。

Description

一种铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法

技术领域：

本发明涉及抛光粉材料制备技术领域，特别是一种铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法。

背景技术：

由于CeO₂-ZrO₂复合氧化物固溶体在催化、燃料电池、陶瓷等领域具有广泛的应用，因而，受到国内外学者的普遍关注。有关其合成方法和应用性能的研究也已相当广泛，但大多数是针对催化和陶瓷等应用目标来开展的，CeO₂-ZrO₂复合氧化物固溶体作为磨料在化学机械抛光领域的应用并不多见。事实上，CeO₂和ZrO₂两种氧化物均可用于光学玻璃的抛光，尤其是CeO₂基抛光粉在玻璃表面的冷加工、平板玻璃、阴极射线管、电视电脑显示器、玻壳、眼镜片、光学玻璃、镜头、宝石、水晶、装饰品等器件抛光方面的应用，对推动其相关技术的发展起着十分重要的作用。

中国专利（申请号为201110261047.X）“精密型铈锆基固溶体稀土抛光粉及其制备方法”，公开的精密型铈锆基固溶体稀土抛光粉,含有如下重量份的组分:氧化铈50-95%,氧化锆5-40%,氧化铁0.1-10%；具有成本低,抛光粉的悬浮性小,耐磨性高,抛光粉的有效利用率高,产品质量稳定等优点,可应用于液晶显示、光学元件、集成电路等领域的精密抛光加工。又如中国专利（申请号为201110305303.0）“铈锆复合氧化物抛光粉制备方法”，其制备方法包括如下步骤：(1)将不溶性铈盐配制成浆料，球磨粉碎至浆料中颗粒平均粒度D50分布于0.55-0.75μm，D90分布于1.1-1.4μm ；(2)将可溶性锆盐加入步骤(1) 的产物，加入沉淀剂，静置陈化，脱水干燥；沉淀剂为氨水、碳酸氢铵或草酸；(3)在850-1000℃下焙烧3-8 小时，气流粉碎，获得铈锆复合氧化物抛光粉。得到的抛光粉，颗粒尺寸较小，尺寸分布范围窄，对玻璃基片具有抛光速率快、划伤少和耐磨性高的性能特征，具有显著的协同抛光作用。南昌大学李永绣课题组的研究表明CeO₂-ZrO₂复合氧化物固溶体在光学玻璃抛光方面具有较好的协同抛光性能；同时，他们还研究了在CeO₂表面掺Al可以显著提高其抛光光学玻璃的抛蚀量。但是，CeO₂与Al₂O₃很难形成固溶体，而且Al₂O₃和ZrO₂磨料粒子的尺寸和硬度较大，在CeO₂中掺杂量的增加容易造成抛光工件表面的划伤和表面粗糙度的增加。因此，现有的掺Zr或Al的CeO₂抛光粉能用在高档光学加工领域的很少。

发明内容：

针对现有技术所存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于生产稀土抛光材料的方法，具有制备工艺简单，原料价廉易得，适合工业化生产等特点，应用该方法生产的稀土抛光材料，能够适用于高档光学仪器加工领域，特别是能够用于精密光学玻璃的抛光加工。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是发明一种铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法，包括如下步骤：

㈠、胶体溶液配制：

①、将拟薄水铝石在高速搅拌的条件下，分散到纯水中，使拟薄水铝石的质量百分含量为5-15%，得固液混合浆料，备用；

②、按照酸/铝质量比为0.05-0.3，缓慢向备用的固液混合浆料中滴加质量分数为38%的盐酸，进行胶溶，完全溶解后得氢氧化铝胶体溶液，备用；

③、向备用的氢氧化铝胶体溶液中添加占粉体总质量3-5%的表面活性剂，混合均匀后，得胶体溶液A，备用；所述的粉体总质量是拟薄水铝石+碳酸铈+碳酸锆的总质量；

㈡、混合体系配制：

①、分别将碳酸铈和碳酸锆用质量分数为38%的盐酸溶解，控制溶液pH值在1-1.5之间，完全溶解后即澄清，分别得氯化铈溶液和氯化锆溶液，备用；

②、将备用的氯化铈溶液和氯化锆溶液分别过滤后，按照铈：锆=1:0.02-0.1的质量百分比，混合均匀，得混合溶液，备用；

③、按照铈：铝=1: 0.01-0.05的质量百分比，将混合溶液缓慢加入到胶体溶液A中，得混合体系B，备用；

㈢、共沉淀：

①、将氨水或碳酸氢铵配制成3mol/L的溶液，备用；

②、将备用的混合体系B加入到浓度为3mol/L的氨水或碳酸氢铵溶液中，进行沉淀反应，控制溶液pH值在9-10之间，得沉淀反应液，备用；

③、将备用的沉淀反应液在40-60℃下陈化6-12小时，然后，经过真空抽滤、去离子水淋洗三次，得混合沉淀物C，备用；

㈣、焙烧及后处理：

①、将备用的混合沉淀物C置于马弗炉中，在900-1050℃下焙烧，然后，恒温保持2-6小时，自然冷却后，得焙烧物，备用；

②、将备用的焙烧物粉碎，使得其D50在0.8-1.3μm之间，且D90小于4μm，即得铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉。

所述的表面活性剂为马来酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸中的一种或两种；当为两种时，两者的配比为等额或其它比例。

本发明的铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法，以拟薄水铝石、不溶性铈、锆盐为原料，通过少量的ZrO₂作为Al₂O₃的掺杂媒介，采用共沉淀法来制得铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉。与现有同类技术相比，其制备工艺相对比较简单，原料价格低廉，且来源广，比较适合工业化生产，而且，反应过程中基本没有工业三废，具有绿色环保、低能耗、高效益等优点。同时，所制备的铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉，其颗粒尺寸细且均匀，悬浮性好，对精密光学玻璃的抛光速度快，少划伤，且耐磨性好，并具有显著的协同抛光作用；因而，能够适用于高档光学仪器加工领域，特别是能够用于精密光学玻璃的抛光加工。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步的说明。下面的说明是采用例举的方式，但本发明的保护范围不应局限于此。

实施例1：

本实施的具体制备步骤如下：

㈠、胶体溶液配制：

①、将9 g拟薄水铝石在高速搅拌的条件下，分散到80 ml纯水中，得固液混合浆料，备用；

②、缓慢向备用的固液混合浆料中滴加3 ml、 质量分数为38%的盐酸，进行胶溶，得氢氧化铝胶体溶液，备用；

③、将13.5 g柠檬酸分散到氢氧化铝胶体溶液中，混合均匀后，得胶体溶液A；

㈡、混合体系配制：

①、将250 g碳酸铈和11.2 g碳酸锆分别用质量分数为38%的盐酸溶解，控制溶液pH值在1-1.5之间，溶解完全后，分别得氯化铈溶液和氯化锆溶液，备用；

②、将备用的氯化铈溶液和氯化锆溶液分别过滤后，混合均匀，然后缓慢加入到A中，得混合体系B，备用；

㈢、共沉淀：

①、将氨水配制成3mol/L的溶液，取2L备用；

②、将备用的混合体系B加入到备用的氨水溶液中，进行沉淀反应，控制溶液pH值在9-10之间，得沉淀反应液，备用；

③、将备用的沉淀反应液在60℃下陈化12h后，然后，经过脱水、漂洗、过滤，得混合沉淀物C；

㈣、焙烧及后处理：

①、将备用的混合沉淀物C置于马弗炉中，在950℃下焙烧，然后，恒温保持4小时，自然冷却后，得焙烧物，备用；

②、将备用的焙烧物采用气流粉碎的方式，粉碎至D50为1μm左右，同时，D90小于4μm，即为本发明的铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉，其中，锆的含量为5%，铝的含量为2%。

实施例2：

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于锆的含量为4%，铝的含量为1%。

实施例3：

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于锆的含量为2%，铝的含量为1%。

实施例4：

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于锆的含量为6%，铝的含量为3%。

实施例5：

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于表面活性剂为8.5 g酒石酸。

实施例6：

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于表面活性剂为11 g马来酸。

实施例7：

本实施例与实施例1基本相同，其不同之处在于表面活性剂为13.5 g琥珀酸。

比较例8：

本实施例是采用现有技术制备，其具体步骤如下：

①、将9 g拟薄水铝石、250 g碳酸铈、11.2 g碳酸锆混合均匀后置于马弗炉中，在950℃下焙烧，然后，恒温保持4小时，自然冷却后，得焙烧物，备用；

②、将备用的焙烧物采用气流粉碎的方式，粉碎至D50为1μm左右，同时，D90小于4μm，其中，锆的含量为5%，铝的含量为2%。

下面的表1是上述各实施例和比较例所得产品的组成、粒度、抛光速率与基材表面划痕数量的对照数据表，所用的抛光基材均为25 cm²的K9光学玻璃。

表1对照数据表

从上面表1的数据可以看出，实施例3抛光效果最好，除了实施例4与比较例8的效果一样（最差），其它各个实施例的效果都优于比较例8。而效果最好的实施例3中的锆、铝含量分别为2%和1%，锆、铝总含量只有3%；效果最差的实施例4中的锆、铝含量分别为6%和3%，锆、铝总含量达到9%；而效果处于中等的实施例1、2、5、6、7中的锆、铝总含量≤7%；尽管比较例8中的锆、铝总含量也是7%，但其生产方法与本发明的方法不同，加之没有采用表面活性剂，故其效果最差。因此，铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的抛光效果，既与锆、铝总的含量有关，也与生产方法有关。

应用本发明方法所制备的铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉，适用于高档光学仪器加工领域，特别是能够用于精密光学玻璃抛光。

Claims (2)

1.一种铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

㈠、胶体溶液配制：

①、将拟薄水铝石在高速搅拌的条件下，分散到纯水中，使拟薄水铝石的质量百分含量为5-15％，得固液混合浆料，备用；

②、按照酸/铝质量比为0.05-0.3，缓慢向备用的固液混合浆料中滴加质量分数为38％的盐酸，进行胶溶，完全溶解后得氢氧化铝胶体溶液，备用；

③、向备用的氢氧化铝胶体溶液中添加占粉体总质量3-5％的反应助剂，混合均匀后，得胶体溶液A，备用；所述的粉体总质量是拟薄水铝石+碳酸铈+碳酸锆的总质量；

㈡、混合体系配制：

①、分别将碳酸铈和碳酸锆用质量分数为38％的盐酸溶解，控制溶液pH值在1-1.5之间，完全溶解后即澄清，分别得氯化铈溶液和氯化锆溶液，备用；

②、将备用的氯化铈溶液和氯化锆溶液分别过滤后，按照铈：锆＝1:0.02-0.1的质量百分比，混合均匀，得混合溶液，备用；

③、按照铈：铝＝1:0.01-0.05的质量百分比，将混合溶液缓慢加入到胶体溶液A中，得混合体系B，备用；

㈢、共沉淀：

①、将氨水或碳酸氢铵配制成3mol/L的溶液，备用；

②、将备用的混合体系B加入到浓度为3mol/L的氨水或碳酸氢铵溶液中，进行沉淀反应，控制溶液pH值在9-10之间，得沉淀反应液，备用；

③、将备用的沉淀反应液在40-60℃下陈化6-12小时，然后，经过真空抽滤、去离子水淋洗三次，得混合沉淀物C，备用；

㈣、焙烧及后处理：

①、将备用的混合沉淀物C置于马弗炉中，在900-1050℃下焙烧，然后，恒温保持2-6小时，自然冷却后，得焙烧物，备用；

②、将备用的焙烧物粉碎，使得其D50在0.8-1.3μm之间，且D90小于4μm，即得铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉。

2.根据权利要求1所述铝掺杂的铈锆固溶体抛光粉的制备方法，其特征在于：所述的反应助剂为马来酸、琥珀酸、酒石酸、柠檬酸中的一种或两种；当为两种时，两者的配比为等额或其它比例。