KR100786961B1 - 탄산세륨 분말 및 제조방법, 이로부터 제조된 산화세륨분말 및 제조방법, 이를 포함하는 ｃｍｐ 슬러리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 세륨의 전구체 용액과 탄산의 전구체 용액을 혼합, 침전반응을 일으켜 탄산세륨 분말을 제조하는 방법에 있어서, 상기 세륨 전구체 용액 및 탄산 전구체 용액에 사용되는 용매 중 적어도 1종 이상은 유기용매인 것이 특징인 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 탄산세륨 분말을 제공한다. 또한, 본 발명은 상기의 탄산세륨 분말로부터 제조된 산화세륨 분말, 그 제조방법, 및 상기 산화세륨 분말을 포함하는 CMP 슬러리를 제공한다.
본 발명에 의하면, 탄산세륨의 제조시 유기용매를 사용함으로써, 탄산 세륨 분말의 생성 단계에서부터 분말의 크기 및 형상을 조절할 수 있으며, 상기 탄산 세륨 분말을 원료물질로 하여 제조되는 산화세륨 분말의 크기와 형상을 용이하게 조절할 수 있다.
탄산세륨, 유기용매, 유전상수, 산화세륨, CMP슬러리

Description

탄산세륨 분말 및 제조방법, 이로부터 제조된 산화세륨 분말 및 제조방법, 이를 포함하는 ＣＭＰ 슬러리{CERIUM CARBONATE POWDER, METHOD FOR PREPARING THE SAME, CERIUM OXIDE POWDER MADE THEREFROM, METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND CMP SLURRY COMPRISING THE SAME}
도 1은 실시예 1에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 2에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 3은 실시예 3에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 4는 실시예 4에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 5에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 6은 비교예 1에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 7은 비교예 2에 기재된 탄산세륨 분말의 SEM 사진이다.
도 8은 실시예 1 내지 5에 기재된 탄산세륨 분말의 XRD 분석 결과이다.
도 9는 실시예 6의 실시예 1 내지 5에 기재된 탄산세륨 분말을 이용하여 소성한 산화세륨 분말의 XRD 분석 결과이다.
도 10은 실시예 5에 기재된 탄산세륨 분말을 이용하여 소성한 산화세륨 분말의 SEM사진이다.
본 발명은 물과 유전상수가 다른 유기용매를 이용하여 탄산세륨 분말의 크기 및 형상을 조절할 수 있는 탄산세륨 분말의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 탄산세륨 분말, 상기 탄산세륨으로부터 제조된 산화세륨 분말 및 제조방법, 상기 산화세륨을 연마재로 하는 CMP슬러리에 관한 것이다.
산화세륨은 촉매, 형광체, 화장품, 연마재 등에 널리 사용되고 있는 고기능성 세라믹 물질로서, 최근 반도체 소자의 에스티아이(Shallow Trench Isolation) 공정 및 광학용 유리 연마재로 각광을 받고 있다. 이러한 산화세륨의 제조방법은 통상적으로 3가 혹은 4가의 세륨 출발물질로부터 pH 조정제를 첨가하여 산화세륨 분말을 직접 제조하는 액상법과, 탄산세륨 등의 중간 원료물질을 제조한 후 고온 소성 공정을 거쳐 제조하는 고상법 등이 있다.
하지만, 전자의 경우에는 작은 핵 생성 단계부터 입자 성장이 이루어지기 때문에 미세한 입자의 합성에는 유리하나, 결정성이 높은 입자를 합성하는 것에는 어려움이 있으며, 후자의 경우에는 거대 분말이 생성되어 분쇄공정을 이용하여 일정 크기의 분말로 만들어야 하는 문제점이 있다.
한편, 용액 상에서 탄산세륨 분말의 합성에 관한 종래의 기술을 살펴보면, 0.05 M의 세륨질산염(cerium nitrate anhydrate)과 0.05 내지 1.0 M 의 우레아(Urea)를 160℃의 온도에서 수열반응 시키면서, 우레아의 농도에 따라 분말의 크기를 200 nm 에서 10 μm까지 조절하는 방법(Hsien-Cheng Wang, Chung-Hsin Lu, Synthesis of cerium hydroxycarbonate powders via a hydrothermal technique, Material Research Bulletin 1844, 1-10 (2002))이 있으나, 이러한 방법은 대량생산이 어렵다는 문제점이 있다.
또한 염화세륨염, 황화세륨염, 세륨질산염과 우레아를 수열합성반응 시키면서 염의 종류, 반응 온도 및 시간, 우레아의 농도에 따라 분말의 결정성을 조절하는 방법(M. Hirano, E. Kato, Hydrothermal synthesis of two type of cerium carbonate particles, Journal of Material Science Letter, 18, 403-405 (1999))이 있으나, 이러한 방법은 고온,고압에서 행하여지므로 위험하고 장치 비용도 비싸다는 문제점이 있다.
또한 낮은 농도의 세륨질산염과 우레아를 사용하고, 80 ℃의 온도에서 마이크로웨이브법을 이용하여 분말의 형상을 균일한 구형으로 조절한 방법(Yasuro Ikuma, Hideyuki Oosawa, Eriko Shimada, Michiyo, Kamiya, Effect of microwave radiation on the formation of Ce2O(CO3)2·H2O in aqueous solution, Solid State Ionics 151, 374-352 (2002))도 있으나, 대량생산을 위한 장비 구축 및 벌크(bulk)화 하기에 어려운 문제점이 있다.
본 발명에서는 탄산세륨 분말 제조시, 세륨 전구체 용액과 탄산 전구체 용액 중 적어도 하나의 전구체 용액의 용매로 유기용매를 사용하여 탄산세륨 분말을 제조함으로써, 탄산세륨 분말의 초기 생성 단계에서부터 분말의 크기 및 형상을 조절 할 수 있으며, 이로부터 제조된 산화세륨 분말의 크기 및 형상의 조절도 용이하다는 사실을 밝혀 내었다.
이에 본 발명은 세륨 전구체 용액 및 탄산 전구체 용액에 사용되는 용매 중 적어도 1종 이상은 유기용매를 사용하여 탄산세륨을 제조하는 방법, 상기 방법으로 제조된 탄산세륨 분말, 상기 탄산세륨으로부터 제조된 산화세륨 분말, 그 제조방법, 및 상기 산화세륨 분말을 포함하는 CMP 슬러리를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 세륨 전구체 용액과 상기 탄산 전구체 용액을 혼합, 침전반응을 일으켜 탄산세륨 분말을 제조하는 방법에 있어서, 상기 세륨 전구체 용액 및 탄산 전구체 용액에 사용되는 용매 중 적어도 1종 이상은 유기용매인 것이 특징인 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 탄산기(-CO3)를 제외한 탄소의 잔류량이 0.1 ppm ~ 100 ppm 범위인 것이 특징인 탄산세륨 분말을 제공한다.
그리고, 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조된 탄산세륨 분말을 300℃ 내지 1000℃로 열처리하는 소성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화세륨 분말의 제조방법 및 그 방법으로 제조된 산화세륨 분말을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 산화세륨 분말 100 중량부와 분산제 0.001 내지 10 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMP 슬러리를 제공한다.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 침전법을 이용하여 세륨 전구체로부터 탄산세륨 분말을 제조하며, 아래와 같은 반응을 통해 탄산세륨 분말을 제조할 수 있다.
2[Ce2(H2O)n]3+ + 3CO3 2 - → Ce2O(CO3)2 ·H2O + CO2 + (n-1)H2O
상기 반응을 통해 핵 생성 단계와 핵 성장 단계를 거쳐 탄산세륨 분말이 생성된다.
본 발명은 탄산세륨 분말 제조시, 세륨 전구체 용액 및 탄산 전구체 용액에서 용매로 모두 물을 사용하는 종래 기술과 달리, 세륨 전구체 용액 및 탄산 전구체 용액 중 적어도 하나 이상의 용매로 유기용매를 사용함으로써, 탄산세륨 분말의 크기, 및 형상을 조절하는 것을 특징으로 한다.
용매는 각각 고유한 유전상수 값을 가지며, 용매의 유전상수는 분말 합성시 핵 생성 및 결정성장에 있어 표면에너지나 표면전하 등을 변화시켜, 핵의 응집 및 성장에 영향을 주고, 이는 분말의 크기 및 형상 등에 영향을 주게 된다. 탄산세륨 분말을 액상 침전에 의해 합성하는 경우, 용매로 물을 사용하면 거대 판상형의 분말이 생성되며, 분말의 크기 및 형상을 조절하는데 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서는 용매의 유전상수를 조절함에 따라 분말의 크기 및 형상을 조절할 수 있으며, 특히 유전상수가 다른 각종의 유기용매를 사용함으로써, 그러한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 일구체예로서, 세륨 전구체 용액은 용매로 물, 유기용매, 또는 물 과 유기용매의 혼합액을 사용하고, 탄산 전구체 용액도 용매로 물, 유기용매, 또는 물과 유기용매의 혼합액을 사용할 수 있으며, 다만 세륨 전구체 용액과 탄산 전구체 용액 중 하나 이상에는 반드시 유기용매를 포함한다.
상기 전구체 용액에 사용되는 유기용매의 유전상수는 그 결과물인 탄산세륨 분말의 크기와 비례관계를 가지며, 이는 유전상수가 열역학적으로 반응 시스템과 핵의 거동에 영향을 주기 때문인 것으로 보인다. 본 발명에서는 유기용매의 유전상수가 20 내지 80인 것이 바람직하다. 유전상수가 20보다 작은 용매는 휘발성이 커서 다루기가 곤란하며, 유전상수가 80보다 크면 분말의 입자가 너무 커지게 된다.
한편, 물의 유전상수(20℃에서)는 80.37이다.
본 발명에서 사용되는 유기용매로는
1)알코올계: 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등
2)글리콜계: 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 부틸렌 글리콜 등
3)기타: 아세톤, 글리세롤, 포름산, 에틸아세테이트 등이 바람직하며, 이들 유기용매는 상기 예 중에서 1종 만을 선택할 수도 있고, 2종 이상 선택할 수도 있다. 또한, 세륨 전구체 용액용 유기용매와 탄산 전구체 용액용 유기용매는 동일하거나, 서로 다를 수 있다.
상기 세륨 전구체는 세륨을 포함하는 화합물이라면 특별히 제한되지는 않으나, 염 형태인 것이 바람직하며, 그 비제한적인 예로는 세륨질산염(cerium nitrate) 또는 세륨아세테이트(cerium acetate) 등이 있다.
상기 탄산의 전구체는 탄산이온(CO3 2-)의 공급원이며, 또한, pH 조정제의 역할을 할 수도 있고, 그 비제한적인 예로는 탄산염(carbonate), 탄산수, 또는 수산염(oxalate) 등이 있다. 본 발명에서는 특히 탄산암모늄을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 세륨 전구체 용액과 탄산 전구체 용액을 혼합하고, 침전반응시킴으로써 탄산세륨 분말을 제조할 수 있다.
이 때, 세륨 전구체와 탄산 전구체의 용액 중 몰 농도는 1 : 0.5 내지 1 : 5 범위의 비율인 것이 바람직하다. 탄산 전구체의 농도가 상기 비율보다 낮으면 수율이 떨어지게 되고, 상기 비율보다 높으면, 두 용액의 혼합시 반응이 격렬해져서 끓어오르는 현상이 심해지게 된다.
상기 침전반응 온도는 60℃ 이상, 각 용매의 끓는점 이하인 것이 바람직하다. 침전반응 온도가 60℃ 보다 낮으면 반응이 완전히 이루어지지 않아 수율이 낮아지고, 용매의 끓는점 이상이면 용매가 기화되기 때문이다.
또한 상기 침전반응 시간은 30분 내지 60시간 동안 행하는 것이 바람직하다. 후술할 실시예에서 보듯이 침전 반응 시간이 증가할수록 탄산세륨 분말의 입자크기가 작아지는 경향이 있으며, 이는 용매에 포함되는 유기용매가 환원제로 작용할 수 있기 때문인 것을 생각된다. 또한, 침전 반응 시간이 길수록 반응의 진행 정도가 높아지게 되고, 그에 따라 분말의 결정성에도 영향을 미칠 수 있다.
이와 같이 제조된 탄산세륨 분말은 원심분리 세척을 거쳐 약 90℃에서 24시 간 동안 건조하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제조된 탄산세륨 분말의 크기는 50nm ~ 5㎛ 범위일 수 있다. 탄산세륨 분말의 크기는 이를 원료로 하여 제조되는 산화세륨 분말의 크기에 영향을 미치며, 탄산세륨 분말의 크기가 상기 범위 미만인 경우에는 제조되는 산화세륨 분말의 크기가 너무 작아져서 연마속도가 감소하는 경향이 있으며, 탄산세륨 분말의 크기가 상기 범위를 초과하는 경우에는 제조되는 산화세륨 분말의 크기가 너무 커져서 연마면에 스크래치가 생기는 등의 문제가 있다.
한편, 상기에 기재된 방법에 의해 제조된 탄산세륨 분말은 유기용매를 이용하여 제조된 것이 특징이므로, 원심분리 세척, 및 건조 과정을 거치더라도 유기용매가 탄산세륨 분말의 표면 및 내부에 잔류할 수 있다. 이러한 잔류 유기용매는 TOC(Total Organic Carbon)등을 사용하여, 잔류 탄소량을 측정함으로써 분석될 수 있으며, 분석방법에 따라서는 탄산세륨을 구성하는 탄산기(-CO3)와 함께 검출될 수 있으므로, 상기 탄산기는 제외하고 잔류 탄소량을 분석하는 것이 바람직하다. 예컨대 본 발명의 탄산세륨 분말은 탄산기(-CO3)를 제외한 탄소의 잔류량이 0.1 ppm ~ 100 ppm 범위인 것일 수 있다. 상기 범위 미만의 값은 분석 오차이거나 또는 물 만을 용매로 한 경우에도 검출될 수 있는 값이다.
본 발명에 기재된 산화세륨 분말은 탄산세륨 분말로부터 일반적으로 당업자에게 알려진 고온 소성에 의한 분말 제조 방법에 의하여 제조될 수 있고, 바람직하게는 본 발명의 방법에 의해 제조된 탄산세륨 분말을 300℃ 내지 1000℃에서 열처 리하는 소성단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 산화세륨 분말은 본 발명의 방법에 의해 제조된 탄산세륨 분말을 전구체로 하므로, 상기 탄산세륨 분말의 크기 및 형상은 상기 산화세륨 분말의 크기 및 형상에 영향을 미치게 된다. 즉, 본 발명의 산화세륨 분말은 전구체인 탄산세륨 분말의 크기 및 형상과 비슷해지는 경향을 보인다. 물론 탄산세륨을 열처리하여 산화세륨을 제조할 때, 표면에 crack이 생기며 탄산세륨 분말 입자가 부서질 수 있으므로, 크기와 형상이 산화세륨에 그대로 유지되는 것은 아니지만, 탄산세륨 분말의 크기와 형상을 조절함으로써, 산화세륨 분말의 크기와 형상을 원하는 범위로 조절하기가 훨씬 용이해 질 수 있다.
상기의 산화세륨 분말을 연마재로 하는 CMP 슬러리는 상기 산화세륨 분말을 분산제와 함께 용매에 분산시킴으로써 제조할 수 있다.
상기 분산제는 비이온성 고분자 분산제 또는 음이온성 고분자 분산제를 사용할 수 있다. 상기 비이온성 고분자 분산제는 폴리 비닐 알코올(PAA), 에틸렌 글리콜(EG), 글리세린, 폴리 에틸렌 글리콜(PEG), 폴리 프로필렌 글리콜(PPG) 및 폴리 비닐 피롤리돈(PVP)으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있으며, 상기 음이온성 고분자 분산제는 폴리 아크릴산, 폴리 아크릴산 암모늄염 및 폴리 아크릴 말레익산으로 이루어진 군으로부터 1종 이상 선택될 수 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분산제는 산화세륨 연마재 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 10 중량부로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.02 내지 3.0 중량부가 포함 되도록 한다. 분산제의 함량이 0.001 중량부 미만인 경우에는 분산력이 낮아 침전이 빨리 진행되므로, 연마액의 이송 시 침전이 발생되어 연마재의 공급이 균일하지 못하게 된다. 반대로, 10 중량부를 초과하는 경우에는 연마재 입자 주변에 일종의 쿠션역할을 하는 분산제 폴리머 층이 두텁게 형성되어, 연마재 표면이 실리카 연마면에 접촉되기가 어려워져 연마 속도가 낮아 지게된다.
상기 CMP슬러리는 산화세륨 분말 및 분산제를 물에 혼합한 후 pH 6 내지 8로 적정하는 것이 바람직하다. 적정 시에는 1N KOH 또는 1N HNO3 등이 이용될 수 있다.
pH 적정이 끝나면 분산 및 저장안정성을 향상시키기 위하여 분산안정화 공정을 거치는 것이 바람직하다. 분산 안정화 공정은 당업자에게 알려진 분산장비를 사용할 수 있으며, 예컨대 APEX mill(Kotobuki eng.& mfg. Co. 일본)을 사용하여 수행할 수 있다. 상기 분산안정화 공정에서 AFEX mill 조건은 0.01 내지 1 mm 크기의 지르코니아 비드를 사용하고, 산화세륨 슬러리는 펌프를 사용하여 10 내지 1000 ml/min의 속도로 이송시켜 유입하고, 2000 내지 5000 rpm의 속도로 1 내지 20 pass로 반복 회전시키는 것이 바람직하다.
하기에서는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명할 것이나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
본 발명의 실시예에서는 세륨질산염(cerium nitrate anhydrate; Junsei Co., 순도99.5%)과 탄산암모늄(ammonium carbonate; Duksan Co., 순도 99.5%)을 사용하 였다. 또한 본 실시예에서 사용한 용매의 유전상수는 아래의 표 1에 정리하였다.
Solvent Boiling Point (℃) Dielectric Constant at 20℃
Water 100 80.37
Ethanol 78.3 25.3
1,4 Butanediol 230 31.9
Ethylene glycol 197 41.4
<실시예 1>
세륨질산염 0.1 mol을 증류수 100 ml에 용해시킨 후, 상온에서 30분간 섞어주었다. 또한 다른 용기에 탄산암모늄 0.2 mol을 에탄올 (Ethanol) 100 ml에 50℃의 온도로 용해시킨 후, 두 용액을 혼합하여 75℃에서 6 시간 침전반응 시켜 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과, 입방(cubic)구조를 갖는 100nm의 균일한 분말이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 20,000배의 배율로 도 1에 나타내었다.(여기서 스케일 바(scale bar)의 길이는 2μm를 표시한다.) 또한 분말의 결정도를 XRD를 이용하여 도 8에 나타내었다.
<실시예 2>
에탄올 (Ethanol) 대신에 1,4-부탄다이올(1,4-Butanediol)을 사용하고, 반응온도를 75℃ 대신에 85℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과, 사방정계(Orthorhombic)구조를 갖는 약 2 ~ 3 ㎛ 크기의 탄산세륨(Cerium Oxide Carbonate Hydrate - Ce(CO3)2O·H2O)분말이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 10,000배의 배율로 도 2에 나타내었다.(여기서 스케일 바의 길이는 5μm를 표시한다.) 또한 분말의 결정도를 XRD를 이용하여 도 8에 나타내었다.
<실시예 3>
에탄올 (Ethanol) 대신에 에틸렌글리콜 (Ethyleneglycol)을 사용하고, 반응온도를 75℃ 대신에 85℃로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과 사방정계(Orthorhombic)구조를 갖는 약 500 ~ 600 nm 크기의 탄산세륨(Cerium Oxide Carbonate Hydrate - Ce(CO3)2O·H2O)분말이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 20,000배의 배율로 도 3에 나타내었다.(여기서 스케일 바의 길이는 2μm를 표시한다.) 또한 분말의 결정도를 XRD를 이용하여 도 8에 나타내었다.
상기 실시예 1은 에탄올의 끓는 점 이하에서 반응시키기 위하여 반응온도를 75℃로 낮춰서 실험한 것이며, 상기 실시예 1 내지 3에서와 같이 세륨 전구체 및 탄산 전구체에 사용되는 유기용매의 종류를 변화시켜 줌으로써, 탄산세륨 입자의 크기 및 형상을 변화시킬 수 있었다.
<실시예 4>
침전반응 시간을 6시간 대신에 16시간 한 것을 제외하고는 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과 육방정계(hexagonal)구조를 갖는 약 150 nm 크기의 탄산세륨 (Hydroxyl bastnaesite-(Ce), syn - Ce(CO3)(OH))분말이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 50,000배의 배율로 도 4에 나타내었다.(여기서 스케일 바의 길이는 1μm를 표시한다.) 또한 분말의 결정도를 XRD를 이용하여 도 8에 나타내었다.
상기 실시예 4를 실시예 3과 비교해 보면, 반응 시간이 길어짐에 따라, 탄산세륨 분말의 입자크기가 작아지는 것을 알 수 있는데, 이는 유기용매가 일종의 환원제로 작용하기 때문인 것으로 생각된다.
또한, 반응 시간이 길어짐에 따라 원료 물질간 충분한 반응이 진행이 되어 사방정계 구조에서 육방정계 구조를 갖는 탄산세륨으로 변화되었음을 알 수 있다.
<실시예 5>
세륨질산염의 용매로서 증류수 대신에 에틸렌글리콜을 사용한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과 사방정계(Orthorhombic) 구조를 갖는 약 300 nm 크기의 탄산세륨 분말이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 20,000배의 배율로 도 5에 나타내었다.(여기서 스케일 바의 길이는 2μm를 표시한다.) 또한 분말의 결정도를 XRD를 이용하여 도 8에 나타내었다.
상기 실시예 5로부터 동일한 용매를 사용하더라도 농도에 따라 유전상수가 감소한 경우에는 탄산세륨 분말의 입자크기가 작아짐을 알 수 있다.
<비교예 1>
유기용매를 사용하지 않고, 모두 물을 용매로 사용한 점, 반응온도가 상온인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과 10 내지 100 μm의 판상형 구조의 거대 탄산세륨 분말 (Lanthanite-(Ce), syn-Ce2(CO3)3·H2O)이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 5000배의 배율로 도 6에 나타내었다.(여기서 스케일 바의 길이는 1μm를 표시한다.)
<비교예 2>
반응온도를 85℃로 한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 탄산세륨 분말을 제조하였다.
그 결과 판상형 구조의 거대 탄산세륨 분말 (Lanthanite-(Ce), syn-Ce2(CO3)3·H2O)이 제조되었다. 입자 형상은 SEM을 이용하여 100,000배의 배율로 도 7에 나타내었다.(여기서 스케일 바의 길이는 5μm를 표시한다.)
<실시예 6> (탄산세륨 분말을 이용한 산화세륨 분말의 제조)
실시예 1 내지 5의 방법으로 제조된 탄산세륨 분말을 알루미나 도가니에서 800℃의 온도로 2시간 소성 처리하여 산화세륨 분말을 제조하였다.
상기 소성 처리하여 제조된 산화세륨 분말의 크기와 형상은 탄산세륨 분말의 크기 및 형상과 비슷하게 유지되였으며, XRD 분석결과 산화세륨의 입방 구조를 가짐을 확인하였다. 도 9에 분말의 결정도를 나타내었으며, 도 10에 SEM 사진을 나타내었다.
본 발명에 의하면, 탄산세륨의 제조시 유기용매를 사용함으로써, 탄산 세륨 분말의 생성 단계에서부터 분말의 크기 및 형상을 조절할 수 있으며, 상기 탄산 세륨 분말을 원료물질로 하여 제조되는 산화세륨 분말의 크기와 형상을 용이하게 조절할 수 있다.

Claims (14)

  1. 세륨의 전구체 용액과 탄산의 전구체 용액을 혼합, 침전반응을 일으켜 탄산세륨 분말을 제조하는 방법에 있어서,
    상기 세륨 전구체 용액 및 탄산 전구체 용액에 사용되는 용매 중 적어도 1종 이상은 유기용매인 것이 특징인 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 유기용매의 유전상수는 20 내지 80 범위인 것이 특징인 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 유기용매는 알코올계, 글리콜계, 아세톤, 글리세롤, 포름산, 및 에틸 아세테이트로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것이 특징인 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 세륨의 전구체는 세륨질산염 또는 세륨아세테이트인 것이 특징인 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 탄산의 전구체는 탄산암모늄인 것이 특징인 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 세륨의 전구체와 탄산의 전구체의 용액 중 몰 농도는 1 : 0.5 내지 1 : 5 범위의 비율인 것이 특징인 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 침전반응은 60℃ 이상, 사용된 유기용매의 끓는점 이하의 온도에서 이루어 지는 것이 특징인 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 침전반응 시간은 30분 내지 60시간 동안 이루어지는 것이 특징인 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제조된 탄산세륨 분말은 50nm ~ 5㎛ 범위인 것이 특징인 제조방법.
  10. 탄산기(-CO3)를 제외한 탄소의 잔류량이 0.1 ppm ~ 100 ppm 범위인 것이 특징인 탄산세륨 분말.
  11. 제 10항에 있어서, 제 1항 내지 제 9항의 제조방법에 의해 제조된 것이 특징인 탄산세륨 분말.
  12. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조된 탄산세륨 분말을 300℃ 내지 1000℃로 열처리하는 소성 단계를 포함하는 것이 특징인 산화세륨 분말의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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