CN104479555B - 稀土抛光液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种稀土抛光液及其制备方法，所述稀土抛光液，包括如下重量份的组分：稀土抛光粉20‑50份，有机溶剂3‑15份，粘土1‑5份，水30～76份。本发明解决了抛光粉在水中的悬浮分散，克服了目前抛光液在制备、储存过程中的胶连问题及使用过程中具有良好清洗问题，具有悬浮分散性能好、抛光速率快、抛光精度高、抛光制品的清洗性能优异等特点。本发明适用于集成电路、平面显示、光学玻璃等电子信息产业精密密器件的表面抛光加工，满足了日益严格的商业对抛光材料在精度、抛蚀量、易清洗等抛光良率的要求。

Description

稀土抛光液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种稀土抛光液及其制备方法，特别涉及一种适用于集成电路、平面显示和光学玻璃等电子信息产业精密器件的表面抛光的铈基混合稀土抛光液及其制备方法。

背景技术

目前，各种玻璃材料被广泛使用，而这些材料被应用前都需经过必要的表面抛光。早期主要使用氧化锆、氧化铁或二氧化硅等材料对各种玻璃表面进行抛光，近年来，从抛光效率及精度方面来考虑，稀土氧化物(特别是氧化铈)为主要成分的抛光材料被认为更适合于玻璃材料的表面抛光。

随着电子信息技术的迅猛发展，透镜、平板玻璃、液晶显示器(LCD)、眼镜、光学元件及陶瓷材料等玻璃基材的需求大大增加，对于抛光材料的精度和抛光速率也提出了更高的要求，这就促使生产厂家不断提高产品档次，以适应新技术新产品的要求，稀土抛光粉已成为当今适用范围广、用量大、技术含量高的稀土应用产品。

稀土抛光粉在使用过程中，通常是将抛光粉分散在水等分散介质中形成浆液的状态下使用。鉴于稀土抛光粉真密度较大，导致抛光粉在使用过程中容易沉淀，导致抛光粉的利用率较低。一般地粉末被直接供给研磨液 供给槽，所以在容器中不容易分散，作为结果也存在难以稳定地得到研磨性能的问题。

为了消除上述不理想的情况，近年采用在抛光材料浆液中添加抑制抛光材料浆液中的研磨材料粒子沉降的所谓分散剂的方法。利用该方法能够更长时间地维持通过搅拌等操作而分散的研磨材料粒子的分散状态。

CN101671525A公开了一种改善稀土抛光粉悬浮性的方法。在稀土抛光粉成品中加入分散助剂使颗粒表面润湿形成吸附层，阻碍其沉降，其具体方法是:按重量份额称取800-1200份稀土抛光粉(D50:1.10-1.30μm，D100<5.60μm)，加入1-10份分散助剂，混合均匀即成为悬浮性得到改善的稀土抛光粉。所用的分散助剂可以是亚甲基双甲基荼磺酸纳或乙基茶磺酸纳的一种或它们的组合物。

CN1300277C公开了一种研磨材料。以含有氧化铈的稀土金属类氧化物为主要组分的玻璃用研磨材料，它能使磨粒的分散性良好、且降低磨粒沉淀物的硬度、并能稳定地实现高的研磨效率。本发明是以含有氧化铈的稀土金属类氧化物为主要组分的研磨材料，其中含有固化防止剂和分散剂，所述的固化防止剂用于在该研磨材料磨粒分散到分散介质时使该研磨材料磨粒的沉淀物变软，所述的分散剂用于使该研磨材料磨粒分散于分散介质中。所述的固化防止剂用于在该研磨材料磨粒分散到分散介质时使该研磨材料磨粒的沉淀物变软，它使用结晶纤维素、磷酸氢钙、合成二氧化硅中 的任何一种。所述的分散剂用于使该研磨材料磨粒分散于分散介质中，它使用六偏磷酸钠或焦磷酸钠。

虽然目前的抛光粉中添加了分散剂，但是粉末状的稀土抛光材料制品，进行实际的研磨时需要定期地进行计量规定量的研磨材料粉末、并向研磨材料供给槽供给的作业。在这样的粉未操作中，存在发生粉尘的问题和伴随着计量的精度难以保证的问题。

CN 102337086A提供了一种氟氧化镧铈稀土抛光液及其制备方法，所述氟氧化镧铈稀土抛光液，以水为载体，含有氟氧化镧铈抛光粉、分散剂和pH值调节剂:分散剂的含量为抛光液总质量的0.5～1wt％,pH值调节剂的用量，以抛光液pH值达到8.5-10.0为准，所述抛光液质量固含量为25-45wt％，铈占镧铈总质量的60-80wt％，氟的质量分数为氟氧化镧铈总质量的3-5wt％。

CN 1969026A提供一种以高浓度含有以氧化铈为主成分的研磨材料，同时具有优异的品质稳定性和流动性的研磨膏。本发明的流动性研磨膏，按固体成分浓度计含有30-95质量％的以氧化铈为主成分的研磨材料，并且膏的表面亮度的变化率为10％/小时以下。

CN 101522567A公布了铈氧化物粒子的液体悬浮液和粉末、其制备方法及其在抛光中的用途本发明涉及铈氧化物粒子的悬浮液，其中该粒子(二级粒子)具有不超过200纳米的平均尺寸，所述二级粒子由平均尺寸不超过 100纳米且标准偏差值不超过所述平均尺寸值的30％的初级粒子构成。这种悬浮液由包含铈IV或过氧化氢的铈III盐溶液制成，使该溶液在硝酸根离子存在下在惰性气氛中与碱接触；将由此获得的介质在惰性气氛中热处理，然后酸化和洗涤。通过该悬浮液的干燥和锻烧获得粉末。该悬浮液和粉末可用于抛光。

虽然目前很多的分散剂均可以起到对抛光粉的分散作用。但在实际使用过程中还有很多问题。一方面，虽然使用过程中抛光粉分散在水中有着比较理想的分散效果，但是同时抛光浆料也容易在玻璃表面吸附，导致清洗性变差；另一方面，目前使用的分散剂导致抛光粉在使用过程中更容易产生胶状物质(gum-like)，这些胶状物质进一步吸附在玻璃表面，使玻璃的清洗问题变的更难。同时，当抛光粉配成浆液后，在间歇性的操作过程中(不可避免的)，抛光浆液静置后在储料罐的底部产生大量的胶状物质而变硬，导致抛光粉难以搅拌，这就导致了抛光粉的有效利用率下降，同时变硬胶状物质也是产生玻璃划伤的关键因素之一。

近年来在硬盘用或LCD用玻璃基板的加工研磨等电子材料的制造领域中，要求更高精度的研磨。随之而来对更细微糙的研磨材料的需求也日益增高。因为一般认为为粉体时，通常只要能够使其充分分散，淤浆化时，粒子越小越难沉降，就可长时间维持分散状态。但是，实际上铈系研磨材料的粒子越小分散性越低，容易出现凝集。即使粒径很小也不能够提高分 散维持性，所以仅仅混合于分散介质并搅拌，仍然不能够维持足够的分散维持性。

目前的抛光液虽然回避了粉末状制品的环保等问题，但是由于浆液长时间静置容易生成硬的沉淀，再悬浮时花费工夫。

另一方面，因为抛光过程中，抛光液残留在玻璃等表面，由于水份等的快速挥发，导致研磨粒子残留在玻璃的表面，导致清洗的难度增大，进而导致清洗的良率不高。

因此，特别需要一种稀土抛光材料及其制备方法，已解决上述现有存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种稀土抛光液及其制备方法，以克服现有技术存在的缺陷。

所述的稀土抛光液，其特征在于，包括如下重量份的组分：

磁性颗粒浓度以重量计不大于200ppm。

所述的稀土抛光粉，选自《GB/T20165-2012稀土抛光粉》规定的抛光 粉的理化性能；

优选的，所述稀土抛光粉选自中位径D50为1.0～3.0μm的氟氧化镧铈或氟氧化镧铈镨等混合稀土抛光粉的一种；

所述的有机溶剂，选自C2-C3(碳原子个数为2-3)的醇或醇醚中的一种或几种。

所述的C2-C3的醇或醇醚，为乙醇，丙醇，乙二醇，丙二醇，丙三醇，乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚，丙二醇二丁醚等的一种或几种；优选的，选自丙二醇，丙三醇，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚中的一种或几种；

所述的粘土选自高岭土、膨润土、蒙脱土等中的一种或几种；所述的粘土的灼减失重为10-17％；所述的粘土的粒度D50为1-3μm；

所述的水为去离子水，水的电导率为10-100us/cm

另一方面，本发明提供一种稀土抛光材料的制备方法，其特征在于，它包括如下步骤：

(1)有机溶液的分散：将有机溶液加入至水中，剪切分散0.5h-1h，得溶液A；

所述的有机溶剂，选自C2-C3(碳原子个数为2-3)的醇或醇醚中的一种或几种。

所述的C2-C3的醇或醇醚，为乙醇，丙醇，乙二醇，丙二醇，丙三醇， 乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚，丙二醇二丁醚等的一种或几种；优选的，选自丙二醇，丙三醇，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚中的一种或几种；

所述的水为去离子水，水的电导率为10-100us/cm

(2)粘土的分散：将粘土加入到溶液A中，与水打浆，剪切分散0.5-2.5h，过滤，得浆液B；

所述的过滤为200-500目湿法过筛；

所述的粘土选自高岭土、膨润土、蒙脱土等中的一种或几种；所述的粘土的灼减失重为10-17％；所述的粘土的粒度D50为1-3μm；

(3)抛光液制备：在搅拌条件下将稀土抛光粉加入到浆液B中，经湿法球磨至最大颗粒D100≤10μm；

(4)磁性物质控制：将球磨后浆液通过由经励磁而磁化的磁性材料制成的磁性分离器，控制至磁性颗粒浓度以重量计不大于200ppm。

所述的磁性分离器为流体管道除磁器，可采用宁波西磁磁业发展有限公司的SWFL系列流体除铁器；

术语“D50”指的是一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的颗粒也占50％；

本发明的稀土抛光材料及其制备方法，与现有的产品相比，(1)本发 明产品含有选自C2-C3(碳原子个数为2-3)的醇或醇醚中的一种或几种，所述的C2-C3的醇或醇醚，为乙醇，丙醇，乙二醇，丙二醇，丙三醇，乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚，丙二醇二丁醚等的一种或几种；优选的，选自丙二醇，丙三醇，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚中的一种或几种；一方面解决了抛光粉在浆液中悬浮、分散性能，另一方面，因为C2-C3(碳原子个数为2-3)的醇或醇醚的存在，解决了抛光后玻璃制品的易清洗性，可以满足抛光后玻璃制品即使暴露在空气表面一段时间后也容易清洗的问题，简化了浆液使用过程中苛刻性；(2)本发明采用有机溶剂及粘土的复配，解决了单一有机溶剂使用过程中导致抛光浆料在静置或者使用过程中引发的胶连问题，提高了浆液的有效利用率，降低了胶连产物引发的制品划伤等副作用；(3)通过磁性分离器控制浆液的磁性物质含量，能抑制伤痕的产生，获得精度更高的研磨面；(4)稀土抛光液的制备方法简单，解决了抛光粉使用过程中的粉尘等大气污染问题，提高了抛光材料的抛蚀量、耐磨性及抛光后制品的易清洗性。本发明解决了抛光粉在水中的悬浮分散，克服了目前抛光液在制备、储存过程中的胶连问题及使用过程中具有良好清洗问题，具有悬浮分散性能好、抛光速率快、抛光精度高、抛光制品的清洗性能优异等特点。本发明适用于集成电路、平面显示、光学玻璃等电子信息产业精密密器件的表面抛光加工，满足了日益严格的商业对抛光材料在精度、抛蚀量、易清洗等抛光良率的要求。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面通过具体实施例进一步阐述本发明。

实施例中，所述的稀土抛光粉选自中位径D50为1.0～3.0μm的氟氧化镧铈或氟氧化镧铈镨等混合稀土抛光粉的一种。其理化性能符合《GB/T20165-2012稀土抛光粉》的规定。

实施例1

(1)有机溶液的分散：将5kg丙三醇，5kg丙二醇丁醚加入至45kg电导率为10us/cm水中，剪切分散0.5h，得溶液A；

(2)粘土的分散：将5kgD50为1μm高岭土(灼减失重为10％)加入到溶液A中，与水打浆，剪切分散2.5h，经500目湿法过筛，得浆液B；

(3)抛光液制备：在搅拌条件下将40kg稀土抛光粉加入到浆液B中，经湿法球磨至最大颗粒D100≤10μm；

(4)磁性物质控制：将球磨后浆液通过由经励磁而磁化的磁性材料制成的磁性分离器，控制至磁性颗粒浓度以重量计不大于200ppm。

所述的磁性分离器为流体管道除磁器；

实施例2-5及对比例1-4中更改稀土抛光液组分配方，具体的配方见表1；制备工艺和实施例1相同，具体工艺参数见表2；

对比实施例5稀土抛光液组分配方、制备工艺等除没有磁性物质控制外，其余与实施例1相同

表1 各实施例各组分配方表

表2 各实施例制备工艺参数表

效果例1

按照《GB/T20167-2012稀土抛光粉物理性能测试方法抛蚀量和划痕的测定重量法》规定的双面研磨机测定稀土抛光粉的抛蚀量和划痕的方法，测试稀土抛光液的抛蚀量和划伤率。

表3 各实施例及对比例的抛光效果表

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (3)

1.稀土抛光液，其特征在于，包括如下重量份的组分：

所述的稀土抛光粉，选自《GB/T 20165-2012稀土抛光粉》规定的抛光粉的理化性能；

所述的粘土选自高岭土、膨润土、蒙脱土中的一种或几种；

所述的粘土的灼减失重为10-17％；所述的粘土的粒度D50为1-3μm；

制备方法，包括如下步骤：

(1)有机溶液的分散：将有机溶液加入至水中，剪切分散，得溶液A；

(2)粘土的分散：将粘土加入到溶液A中，与水打浆，剪切分散，过滤，得浆液B；

(3)抛光液制备：在搅拌条件下将稀土抛光粉加入到浆液B中，经湿法球磨至最大颗粒D100≤10μm；

(4)磁性物质控制：将球磨后浆液通过由经励磁而磁化的磁性材料制成的磁性分离器，控制至磁性颗粒浓度以重量计不大于200ppm。

2.根据权利要求1所述的稀土抛光液，其特征在于，所述的有机溶剂，选自C2-C3的醇或醇醚中的一种或几种；所述的C2-C3的醇或醇醚，为乙醇，丙醇，乙二醇，丙二醇，丙三醇，乙二醇丁醚，丙二醇丁醚，乙二醇二丁醚，丙二醇二丁醚等的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的稀土抛光液，其特征在于，所述的磁性分离器为流体管道除磁器。