DD241083B1 - POLISHING MIXTURES WITH CEROXIDE FOR POLISHING MATERIALS - Google Patents

POLISHING MIXTURES WITH CEROXIDE FOR POLISHING MATERIALS Download PDF

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DD241083B1
DD241083B1 DD28067285A DD28067285A DD241083B1 DD 241083 B1 DD241083 B1 DD 241083B1 DD 28067285 A DD28067285 A DD 28067285A DD 28067285 A DD28067285 A DD 28067285A DD 241083 B1 DD241083 B1 DD 241083B1
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Uwe Hotze
Guenter Traeger
Wolfgang Warziniak
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Univ Schiller Jena
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  • Glass Compositions (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Poliermittelmischungen mit Ceroxid und SiO,. Ziel der Erfindung ist es, Poliermittelmischungen herzusteilen, die entsprechend den jeweiligen Erfordernissen und abgestimmt auf den zu bearbeitenden Glas-, Kristall- oder Keramikwerkstoff oder eine Gruppe dieser Werkstoffe ein Bearbeitungsergebnis hoher Genauigkeit, Sauberkeit und Effektivität erreichen. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Mischungen von Ceroxid und Siliziumxerogel hergestellt werden. Das genaue Mischungsverhältnis richtet sich nach den an die Werkstoffoberfläche gestellten Forderungen und der Art des Werkstoffes. Die Poliermittelmischungen können in einer Flüssigkeit suspendiert oder in gebundener Form für das Polieren eingesetzt werden.The invention relates to polish mixtures with cerium oxide and SiO ,. The aim of the invention is to produce polish mixtures which achieve a processing result of high accuracy, cleanliness and effectiveness in accordance with the respective requirements and matched to the glass, crystal or ceramic material to be processed or a group of these materials. The object is achieved in that mixtures of cerium oxide and silicon xerogel are produced. The exact mixing ratio depends on the demands placed on the material surface and the type of material. The polish mixtures may be suspended in a liquid or used in bonded form for polishing.

Description

Ausführungsbeispieleembodiments

Zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Poliermittelmischung zur Fertigung eines optischen Bauelementes aus Bor-Kron-Glas werden in fein zerteilter Form 69Ma.-% Ceroxid und 31 Ma.-% Xerogel vermischt. Anschließend wird die Mischung in Wasser suspendiert, bis sich eine Dichte der Suspension von 1,1 gern"3 einstelltTo prepare a polish mixture according to the invention for producing an optical component made of boron-crown glass, 69% by mass of cerium oxide and 31% by weight of xerogel are mixed in finely divided form. Subsequently, the mixture is suspended in water until a density of the suspension of 1.1 like " 3 sets

An dem mit der erfindungsgemäßen Mischung poliertem optischem Bauteil wird nach dem Polieren ein Streulichtendwert On the polished optical component with the mixture according to the invention is a stray light after polishing

S von ——— des Streulichtanfangswertes gemessen. Für das Bauteil, mit einer nur Ceroxid enthaltenden Suspension poliert, wird nach der gleichen Polierzeit noch ein Streulichtwert S von —— des Streulichtanfangswertes gemessen.S measured from --- the scattered light initial value. For the component, polished with a suspension containing only cerium oxide, a scattered light value S of - the scattered light initial value is measured after the same polishing time.

Zum Erreichen des gewünschten Streulichtendwertes S von muß mit der nur Ceroxid enthaltenden Poliersuspension dieTo achieve the desired scattered end value S of must with the only ceria-containing polishing suspension the

2,5fache Polierzeit gegenüber der mit der erfindungsgemäßen Mischung benötigten Polierzeit aufgewendet werden. Weitere Ausführungsbeispiele für Glas, Kristall und Keramik sind aus der Tabelle ersichtlich. Als Vergleichswert dient bei Keramik die Rauhtiefe Rm und bei Kristall die mittlere quadratische Abweichung rms.2.5 times the polishing time compared to the polishing time required with the mixture according to the invention. Other embodiments of glass, crystal and ceramic are shown in the table. The roughness depth R m is used as the comparison value for ceramic and the mean square deviation rms for the crystal.

AuüführungsbeispieleAuüführungsbeispiele

Werkstoffmaterial

mechan. Kennwert Größe/Einheitmech. Characteristic size / unit

Poliermittel Mischungsverh,Polish mixture,

Bearbeitungsergebnisprocessing result

benötigte iolierzeitneeded iolierzeit

BK7BK7

BK7BK7

GlasGlass

sinsin

SP 3SP 3

relative Schleifhärte nach Glas-Katalogrelative grinding hardness according to glass catalog

Ceroxidceria

0000 100 Ma.-% 100 Ma. -% üü = 2= 2 ,3·3 · ίο - ίο - 1515 mmmm 1,1, 4949 Ceroxid/Xerogel 69 Ма-'/о/З! Ma. -% Cerium oxide / xerogel 69 Ма - '/ о / З! Ma. -% SS = 4= 4 ,0·, 0 · 1С"4 1C " 4 1515 minmin o,O, Geroxid 100 Ma.-% Geroxide 100 Ma. -% SS = 1= 1 ,ο, ο ю-1 ю- 1 2020 minmin

Geroxid/Xerogel 73 Ma.-%/27 Ma.-%Geroxide / Xerogel 73% by mass / 27% by mass

S = 6,9*10S = 6.9 * 10

-4-4

20 min20 min

JEIIITJEIIIT

JElTITJElTIT RR 4040 Druckprint Kera mikKera mik ilmavitilmavit RR 4040 festig keitfirmness ilrnavitilrnavit TGL 9409TGL 9409 Quarzquartz KriKri Härte nachHardness after stallbarn IvIOHSIvIOHS

NmmNmm

-2-2

-2-2

Geroxid 100 Ma.-% Geroxide 100 Ma. -%

R = 0,34/umR = 0.34 / um

Geroxid/Xerogel 69 Ma.-fc/31 Ma.-JGeroxide / Xerogel 69 Ma.-fc / 31 Ma.-J

= 1,37/um= 1.37 / um

12 min12 min

450450 ItfmmItfmm Ceroxid/Xerogel 69 Ma.-^/31 Ma.-'/üCerium oxide / xerogel 69% by mass / 31% by mass Rm = R m = 00 , 15/Um, 15 / Um 1212 rainrain 243243 NmmNmm Ceroxid 100 Ma.-%Cerium oxide 100% by mass 22 ,80/um, 80 / um 33 minmin

3 min3 min

Ceroxid 100 Ma.-%Cerium oxide 100% by mass

m8= 1,8 nmm8 = 1.8 nm

Quarzquartz

Ceroxid/Xerogel 65 Ma.-%/35 Ma.-JICerium oxide / xerogel 65% by mass / 35 Ma.-JI

rms= 1,2 nmrms = 1.2 nm

20 min20 min

20 min20 min

Claims (1)

Poliermittelmischung für das Polieren von Glas-, Kristall- und Keramikoberflächen, bestehend aus Ceroxid und SiO2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Si02-Komponenten Siliziumxerogel als ein bereits bekanntes Gemisch von 90 bis 99,9Ma.-% Kieselgel und 0,1 bis 10Ma.-% nicht poröser Kieselsäure mit zwei resultierenden Porensystemen eingesetzt wird, wobei die Porensysteme als Porensystem 1 mit einem mittleren Porenradius rPf1 = 3 bis5nm bei einer Häufigkeit von rp1 als φ = 0,05 bis 0,1 OnrrT1 und als Porensystem 2 mit einem mittleren Porenradius rPr2 = 5 bis 8nm bei einer Häufigkeit von rp2 als φ = 0,30 bis 0,50 nm~1 charakterisiert sind und die Mischung eine spezifische Oberfläche nach BET von 200 bis 600m2/g sowie ein Gesamtporenvolumen von mindestens 0,7cm3/g besitzt.Polishing agent mixture for the polishing of glass, crystal and ceramic surfaces, consisting of cerium oxide and SiO 2 , characterized in that for the Si0 2 components silicon xerogel as an already known mixture of 90 to 99.9Ma .-% silica gel and 0.1 to 10 Ma .-% non-porous silica with two resulting pore systems is used, the pore systems as a pore system 1 with a mean pore radius r Pf1 = 3 to 5nm at a frequency of r p1 as φ = 0.05 to 0.1 OnrrT 1 and as Pore system 2 with an average pore radius r Pr2 = 5 to 8nm at a frequency of r p2 as φ = 0.30 to 0.50 nm ~ 1 are characterized and the mixture has a BET specific surface area of 200 to 600m 2 / g and a Total pore volume of at least 0.7 cm 3 / g has. Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung von Poliermittelmischungen mit Ceroxid und SiO2 zum Polieren von Glas-, Kristall- und Keramikoberflächen. Anwendbar sind die Poliermittelmischungen in suspendierter oder gebundener Form.The invention relates to the composition of polish mixtures with ceria and SiO 2 for polishing glass, crystal and ceramic surfaces. Applicable are the polish mixtures in suspended or bound form. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Ceroxid ist ein bekanntes und effektives aber kostenaufwendiges Poliermittel. Aus einigen Quellen ist ersichtlich, daß die Wirkung von Poliermitteln, wie auch Ceroxid, durch Zusätze verbessert werden kann. Die CH-PS 612990 beschreibt eine Verbesserung der Betriebseigenschaften einer Diamantpaste durch Zusatz von 5Ma.-% Siliziumdioxid. Die DE-AS 1239044 gibt an, daß die Wirksamkeit von Poliermittelmischungen gesteigert wird, wenn dazu bestimmte Dioxide und Monoxide gemischt werden. Nach der GB-PS 1160126 kann der Wirkungsgrad des Ceroxidpoliermittels durch einen Anteil von 0,5 bis 20Ma.-% Siliziumdioxid an der Gesamtmischung erhöht werden. Vorzugsweise wird eine Mischung von 4 bis 5Ma.-% Siliziumdioxid an der Gesamtmischung eingesetzt. Schon Mischungen mit bis zu 8Ma.-% Siliziumdioxid werden als nicht mehr attraktiv bezeichnet, da dem Siliziumdioxid beim Polieren von Glas oder glasähnlichen Werkstoffen nur eine sehr geringere Polierwirkung zugeschrieben wird (DE-AS 1266426).Ceria is a known and effective but costly polish. It can be seen from some sources that the effect of polishing agents, as well as cerium oxide, can be improved by additives. The CH-PS 612990 describes an improvement in the operating properties of a diamond paste by the addition of 5Ma .-% silica. DE-AS 1239044 indicates that the effectiveness of polishing agent blends is increased when certain dioxides and monoxides are mixed. According to GB-PS 1160126, the efficiency of the cerium oxide polishing agent can be increased by a proportion of 0.5 to 20% by mass of silicon dioxide in the total mixture. Preferably, a mixture of 4 to 5% by mass of silica is used in the total mixture. Already mixtures with up to 8Ma .-% silica are referred to as no longer attractive because the silica is attributed to the polishing of glass or glass-like materials only a very lower polishing effect (DE-AS 1266426). Weiterhin ist aus der DD-PS 216477 eine Poliermittelmischung aus Ceroxid und anderen seltenen Erden mit hydratisierter Kieselsäure bekannt, deren Partikeldurchmesser 2-60 μιτι beträgt und im Verhältnis von 5-95%, vorzugsweise 50%, zugemischt wird. Aufgabe dieser Mischung ist es, die Verfügbarkeit des Poliermittels in der Zuführeinheit zu erhöhen, indem ein Absetzen verhindert wird. Von wesentlichem Nachteil ist, daß hydratisierte Kieselsäure als Zusatz zu Ceroxid nicht im gesamten Werkstoffbereich (Glas) für das Präzisionspolieren anwendbar ist, da die erforderliche Oberflächenqualität (Streulichtendwert) nicht erreicht wird. Alle beschriebenen Poliermittelmischungen bedürfen zur Steigerung der Polierleistung zusätzlicher Anteile anderer Substanzen (z. B. Monoxide und Dioxide), sind in der Quantität der Zumischung dieser Anteile begrenzt oder erreichen nicht die geforderte Oberflächenqualität.Furthermore, from DD-PS 216477 a polish mixture of cerium oxide and other rare earths with hydrated silica is known whose particle diameter is 2-60 μιτι and in the ratio of 5-95%, preferably 50%, is added. The purpose of this mixture is to increase the availability of the polishing agent in the feed unit by preventing settling. Of significant disadvantage is that hydrated silica is not applicable as additive to cerium oxide in the entire material range (glass) for precision polishing, since the required surface quality (scattered light) is not reached. All described polish mixtures require additional proportions of other substances (for example monoxides and dioxides) in order to increase the polishing performance, are limited in the quantity of admixture of these components or do not achieve the required surface quality. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, Poliermittelmischungen insbesondere für die Erzeugung optischer Funktionsflächen zu finden, die den entsprechenden jeweiligen Erfordernissen und, abgestimmt auf den zu bearbeitenden Werkstoff, ein Bearbeitungsergebnis hoher Genauigkeit, Sauberkeit und Effektivität erreichen.The aim of the invention is to find polish mixtures, in particular for the production of optical functional surfaces, which achieve the respective respective requirements and, matched to the material to be processed, a processing result of high accuracy, cleanliness and effectiveness. Der Grad der Glättung der Oberfläche soll gleich oder besser sein, als der mit Ceroxid ohne Zusätze mögliche, und die Poliermittelmischung muß reproduzierbar herzustellen sein.The degree of smoothening of the surface should be equal to or better than that possible with cerium oxide without additives, and the polish mixture must be reproducible. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Poliermittelmischungen zu finden, die eine hohe Genauigkeit der Oberfläche bei Wahrung oder Verbesserung der Produktivität erzielen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Mischungen aus Ceroxid mit Siliziumxerogel hergestellt werden, in denen das Siliziumxerogel als ein bereits bekanntes Gemisch von 90 bis 99,9Ma.-% Kieselgel und 0,1 bis 10Ma.-% nicht poröser Kieselsäure mit zwei resultierenden Porensystemen vorliegt, die als Porensystem 1 mit einem mittleren Porenradius rp2 = 3 bis 5nm bei einer Häufigkeit von rp1 als φ = 0,05 bis О.ЮпггГ1 und als Porensystem 2 mit einem mittleren Porenradius rp, 2 = 5bis8nm bei einer Häufigkeit von rPi2als<p = 0,30 bis 0,50 nm~1 charakterisiert sind, wobei die Mischung eine spezifische Oberfläche nach BET von 200 bis 600m2/g und ein Gesamtporenvolumen von mindestens 0,7cm3/g besitzt.The invention has for its object to find polish mixtures that achieve a high accuracy of the surface while maintaining or improving productivity. According to the invention the object is achieved in that mixtures of cerium oxide are prepared with silicon xerogel, in which the silicon xerogel as an already known mixture of 90 to 99.9Ma .-% silica gel and 0.1 to 10Ma .-% non-porous silica with two resulting Pore systems present as pore system 1 with a mean pore radius r p2 = 3 to 5nm at a frequency of r p1 as φ = 0.05 to О.ЮпггГ 1 and pore system 2 with a mean pore radius r p , 2 = 5 bis8nm at a Frequency of r Pi2 are characterized as <p = 0.30 to 0.50 nm ~ 1 , wherein the mixture has a BET specific surface area of 200 to 600m 2 / g and a total pore volume of at least 0.7cm 3 / g. Das genaue Mischungsverhältnis richtet sich nach den an die Werkstoffoberfläche gestellten Forderungen und der Art des Werkstoffes. Es wird nach den im Fachgebiet bekannten Methoden der statistischen Versuchsplanung festgelegt. Durch die Variation der Bestandteile Ceroxid und Xerogel in der Mischung können hinsichtlich der Abtrennungs- und Glättungsgeschwindigkeit, der Sauberkeit und Genauigkeit für bestimmte Werkstoffe oder Werkstoffgruppen optimal abgestimmte Poliermittelmischungen hergestellt werden. Die Vorteile der Poliermittelmischungen liegen in einer Verkürzung der notwendigen Polierzeiten bei einer zu Ceroxid ohne Zusätze gleichen oder besseren Glättung, Sauberkeit und Genauigkeit der Werkstoffoberfläche. Dabei kann kostenaufwendiges Ceroxid teilweise durch Xerogel ersetzt werden. Bis zu 50% Ceroxideinsparung wird damit ermöglicht.The exact mixing ratio depends on the demands placed on the material surface and the type of material. It is determined according to the methods of statistical experimental design known in the art. By varying the constituents cerium oxide and xerogel in the mixture, optimally matched polish mixtures can be prepared with regard to the speed of separation and smoothing, the cleanliness and accuracy for certain materials or material groups. The advantages of the polish mixtures lie in a shortening of the necessary polishing times with the same or better smoothing, cleanliness and accuracy of the material surface to cerium oxide without additives. Costly ceria can be partially replaced by xerogel. Up to 50% cerium oxide savings are thus made possible.
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DE4019588A1 (en) * 1990-06-20 1992-01-09 Bosch Gmbh Robert METHOD, WINDOW WIPER AND CLEANING AGENT FOR CLEANING GLASS PANES
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