KR20110091454A

KR20110091454A - 탄산세륨의 제조 방법 및 산화세륨의 제조 방법

Info

Publication number: KR20110091454A
Application number: KR1020110009067A
Authority: KR
Inventors: 조준연; 최상순; 조승범
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2011-08-11
Also published as: US20110244237A1; CN102161497A; US8637153B2; KR101238786B1; CN102161497B

Abstract

본 발명은 탄산세륨의 수득율이나 생산성을 보다 향상시킬 수 있고, 보다 균일한 입경을 갖는 탄산세륨의 제조를 가능케 하는 탄산세륨의 제조 방법, 탄산세륨 및 이를 이용한 산화세륨의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 탄산세륨의 제조 방법은 세륨 전구체와, 우레아를 혼합하는 단계; 및 별도의 반응 매질이 없는 상태에서, 상기 혼합물을 50℃ 이상으로 승온시키고, 고분자 분산제의 존재 하에 상기 세륨 전구체와 우레아를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

탄산세륨의 제조 방법 및 산화세륨의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING CERIUM CARBONATE AND CERIUM OXIDE}

본 발명은 탄산세륨의 제조 방법 및 산화세륨의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 탄산세륨의 수득율이나 생산성을 보다 향상시킬 수 있고, 보다 균일한 입경을 갖는 탄산세륨의 제조를 가능케 하는 탄산세륨의 제조 방법, 탄산세륨 및 산화세륨의 제조 방법에 관한 것이다.

산화세륨은 촉매, 형광체, 화장품, 연마재 등에 널리 사용되고 있는 고기능성 세라믹 물질로서, 특히, 최근 반도체 소자 분야에서 화학적, 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 공정의 연마재 등으로 각광받고 있다.

이러한 산화세륨은 일반적으로 액상법, 기상법 또는 고상법에 의해 제조될 수 있다.

액상법은 3가 혹은 4가의 세륨염 출발물질에 암모니아 등의 pH 조정제를 첨가하여, 금속염으로부터 산화세륨, 예를 들어, 산화세륨을 직접 제조하는 방법이다. 상기 방법은 원료 단가와 장치비가 비교적 적게 들어 경제적이라는 장점이 있으나, 출발물질 간의 반응이 핵 생성단계부터 쉽게 일어나 입자 성장을 조절하는 데 어려움이 있다. 또한, 액상법을 통해 제조된 미세 산화세륨은 연마재로 사용될 경우, 연마속도가 낮아 연속공정에 매우 불리하며, 생산성이 떨어진다.

기상법은 세륨 금속염 전구체를 기화시킨 후 산소 등과 결합시켜 직접 산화세륨을 제조하는 방법으로서, 화염연소 분해법, 기체응축 분해법, 플라즈마 기화법, 레이저 기화법 등이 있다. 그러나, 상기 방법은 세륨 금속염 전구체의 단가 및 장치비가 고가이어서 대량화에 어렵다는 문제점이 있으며, 아직 연구단계에 미치고 있는 실정이다.

한편, 고상법은 전구 물질을 고온에서 소성시켜 산화세륨을 제조하는 방법이다. 특히, 전구 물질로는 탄산세륨이 널리 이용되고 있는데, 이 경우 탄산세륨의 종류, 형상 또는 크기 등에 따라 산화세륨의 물성, 형상 또는 크기가 달라질 수 있다. 따라서, 산화세륨의 물성(예를 들어, 산화세륨의 연마 특성 등), 형상 또는 크기 등을 원하는 범위로 조절하기 위해, 탄산세륨의 종류, 형상 또는 크기 등을 용이하게 조절할 수 있는 탄산세륨의 제조 방법이 요구되고 있다. 또한, 산화세륨의 입경을 보다 균일하게 조절해 보다 우수한 물성, 예를 들어, 뛰어난 연마 특성을 나타내는 산화세륨을 얻기 위해, 보다 균일한 입경의 탄산세륨 제조를 가능케 하는 제조 방법이 요구되고 있다.

그러나, 아직까지 탄산세륨의 종류, 형상 또는 크기 등을 간단히 조절해 제조하는 방법이 충분히 개발되지 못하고 있으며, 이전에 알려진 제조 방법으로부터 얻어진 탄산세륨의 입경의 균일성 또한 충분치 않다.

더구나, 이전에 알려진 탄산세륨의 제조 방법은 그 수득율이나 생산성 또한 부족한 단점이 있었으며, 탄산세륨을 육방정계와 같은 특정 결정구조나 형상으로 얻고자 하는 경우, 고압 반응이 필요해 위험성이 뒤따르는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 탄산세륨의 수득율이나 생산성을 보다 향상시킬 수 있고, 보다 균일한 입경을 갖는 탄산세륨의 제조를 가능케 하는 탄산세륨의 제조 방법 및 탄산세륨을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 상기 탄산세륨의 제조 방법을 이용한 산화세륨의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 세륨 전구체와, 우레아를 혼합하는 단계; 및 별도의 반응 매질이 없는 상태에서, 상기 혼합물을 50℃ 이상으로 승온시키고, 고분자 분산제의 존재 하에 상기 세륨 전구체와 우레아를 반응시키는 단계를 포함하는 탄산세륨의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 사방정계 또는 육방정계 탄산세륨을 50 부피% 이상으로 포함하고, 부피 평균 입경이 60 ~ 120nm, 바람직하게는 60~80nm 또는 80 ~90nm이고, 입경의 표준 편차가 4 ~ 10nm, 바람직하게는 3~7nm인 탄산세륨을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 탄산세륨을 형성하는 단계; 및 상기 탄산세륨을 소성하는 단계를 포함하는 산화세륨의 제조 방법을 제공한다.

이하, 발명의 구체적인 구현예에 따른 탄산세륨의 제조 방법, 탄산세륨 및 산화세륨의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.

발명의 일 구현예에 따라, 세륨 전구체와, 우레아를 혼합하는 단계; 및 별도의 반응 매질이 없는 상태에서, 상기 혼합물을 50℃ 이상으로 승온시키고, 고분자 분산제의 존재 하에 상기 세륨 전구체와 우레아를 반응시키는 단계를 포함하는 탄산세륨의 제조 방법이 제공된다.

이러한 탄산세륨의 제조 방법에서, "반응 매질"이라 함은 상기 세륨 전구체와 우레아가 반응하는 승온 조건, 예를 들어, 50℃ 이상의 온도 조건 하에서, 상기 세륨 전구체, 우레아 및 고분자 분산제를 포함한 반응물을 용해시키는데 사용되는 용매, 수용매 또는 기타 액상의 매질을 의미한다. 이러한 반응 매질로는 상기 승온 조건 하에서 세륨 전구체 및 우레아를 용해시킬 수 있는 물이나, 에탄올 또는 에틸렌글리콜과 같은 알코올계 용매를 들 수 있다.

또한, 발명의 일 구현예의 제조 방법에서, "(별도의) 반응 매질이 없는 상태"에서 반응시킨다고 함은, 상기 세륨 전구체, 우레아 및 고분자 분산제를 포함한 반응물을 혼합 및 반응시키는 과정에서, 이들 반응물과는 별도의 "반응 매질", 즉, 이들 반응물을 용해시키기 위한 용매, 수용매 또는 기타 액상의 반응 매질이 추가되지 않음을 지칭한다. 다만, 이러한 "(별도의) 반응 매질이 없는 상태"에 있어서도, 공기에서 유래하거나 수화물 형태의 세륨 전구체에서 유래한 소량의 물 또는 기타 액상 매질 등이 상기 반응물에 포함될 수 있으며, 이들 반응물과 함께 질산 등의 첨가제가 부가되어 반응이 진행되는 경우, 이러한 첨가제의 용해를 위한 소량의 수용매 또는 기타 액상 매질이 포함될 수는 있다.

이에 따라, 상기 "(별도의) 반응 매질이 없는 상태"라 함은, 상기 반응물을 혼합 및 반응시키는 과정에서, 상기 세륨 전구체, 우레아 및 고분자 분산제와, 선택적으로 질산 등의 첨가제를 포함한 반응물에, 알코올계 용매 등의 유기 용매, 물 등의 수용매 또는 기타 액상의 매질이 포함되지 않는 경우뿐 아니라, 상기 반응물의 전체 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하, 가장 바람직하게는 5중량% 이하의 소량으로 포함되는 경우까지를 포괄하여 지칭할 수 있다.

상기 발명의 일 구현예에 따른 탄산세륨의 제조 방법에서는, 반응물인 세륨 전구체와 우레아가 혼합된 후, 이러한 혼합물이 별도의 반응 매질이 없는 상태에서 50℃ 이상으로 승온되고, 이러한 승온 상태에서 상기 고분자 분산제의 존재 하에 세륨 전구체와 우레아 간의 반응이 진행된다. 이때, 상기 반응 매질이 없는 상태의 반응을 위해, 상기 세륨 전구체와 우레아는 고체 상태로 혼합될 수 있다. 상기 승온에 의해, 상기 우레아 또는 세륨 전구체의 적어도 일부가 용융되면서 그 용융물이 일종의 매질과 같이 작용하여 반응이 진행될 수 있으며, 이때 추가적인 용매, 수용매 또는 기타 액상의 반응 매질은 실질적으로 사용되지 않는다.

상기 세륨 전구체와 우레아 간의 반응을 별도의 반응 매질이 없는 상태에서 상기 반응물의 용융에 의해 진행하면, 이들 간의 반응에 의해 보다 높은 수득율로 탄산세륨이 제조될 수 있다. 이는 별도의 용매 또는 수용매 등의 반응 매질이 실질적으로 사용되지 않음에 따라, 동일 부피 내에서 반응물 간의 접촉이 보다 빈번해지고 이에 따라 반응이 보다 활발하게 일어나기 때문으로 예상된다. 또한, 상기 반응물의 용융물이 일종의 매질과 같이 작용할 수 있으므로, 별도의 용매 또는 수용매 등의 반응 매질이 사용될 때 나타나는 폐수 처리 등의 단점도 거의 나타나지 않는다.

또한, 이러한 제조 방법에 따르면, 동일 부피의 반응기 내에서 줄어드는 반응 매질의 양만큼 보다 많은 양의 반응물, 즉, 세륨 전구체와 우레아를 반응시킬 수 있으므로, 상기 탄산세륨을 보다 생산성 높게 제조할 수 있다.

그리고, 상기 제조 방법에서는, 상기 세륨 전구체와 우레아를 고분자 분산제의 존재 하에 반응시키는데, 이에 따라, 보다 균일한 입경을 갖는 탄산세륨을 얻을 수 있음이 확인되었다. 이는 일종의 매질로 되는 반응물의 용융물 내에 고분자 분산제 입자들이 균일하게 분산된 상태에서 반응이 진행되기 때문에, 상기 세륨 전구체 및 우레아의 반응이 마이크로 에멀젼 상태에서 전체적으로 균일하게 일어날 수 있고, 균일하게 분산된 고분자 분산제 입자들이 탄산세륨 입자의 불균일한 생성 또는 응집을 막을 수 있기 때문으로 보인다. 이와 같이, 탄산세륨이 보다 균일한 입경을 갖도록 제조됨에 따라, 이로부터 얻어지는 산화세륨 역시 보다 균일한 미세 입경을 가질 수 있으며, 보다 우수한 물성, 예를 들어, CMP 연마재로서의 우수한 연마 물성을 나타낼 수 있다.

부가하여, 상기 발명의 일 구현예에 따른 탄산세륨의 제조 방법에 의하면, 탄산세륨의 결정구조, 형상, 종류 또는 크기 등을 보다 용이하게 조절하면서 이러한 탄산세륨을 제조할 수 있다. 이의 비한정적인 원인은 다음과 같다.

이전에는 주로 세륨 전구체 및 우레아를 물과 같은 수용매에 용해시킨 수용액 상태에서, 이러한 수용액 상의 반응 혼합물을 일정 온도로 승온해 탄산세륨을 제조하였다. 그런데, 특정 결정구조의 탄산세륨, 예를 들어, 육방정계 결정구조의 탄산세륨 등을 얻기 위해서는, 100℃를 넘는 온도, 예를 들어, 180℃ 정도의 고온 반응이 필요하다. 그런데, 반응 매질로 통상 사용되는 수용매의 비점이 100℃ 이므로, 이러한 반응 매질의 기화를 억제하면서 고온에서 반응을 진행해 특정 결정구조의 탄산세륨, 예를 들어, 육방정계 결정구조의 탄산세륨 등을 얻기 위해서는, 예를 들어, 40bar 이상 최대 100bar에 이르는 높은 압력에서 반응을 진행할 필요가 있었다. 특히, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응은 승온 하에 우레아가 분해되면서 반응이 일어나기 시작하므로, 상기 우레아의 분해에 의한 가스압으로 인해 반응 압력이 더욱 높아지는 경우가 많았다.

이러한 고압 하에서의 반응은 위험성이 뒤따르는 경우가 많고, 고가의 고압 장비 사용 등이 필요하여 경제성이 떨어지는 문제가 있다. 이 때문에, 이전에는 특정 결정구조의 탄산세륨, 예를 들어, 육방정계 결정구조의 탄산세륨 등을 선택적으로 제조하기가 매우 어려웠으며 그 경제성 또한 크게 떨어졌다.

이에 비해, 발명의 일 구현예에 따르면, 별도의 수용매 등의 반응 매질을 실질적으로 사용하지 않고, 세륨 전구체 및 우레아의 고체 혼합물을 승온시켜 용융시키면서 반응을 진행하므로, 고압 하에서 반응을 진행할 필요가 없게 된다. 즉, 상기 우레아 등의 반응물은 비점이 매우 높으므로, 이들 반응물의 탄화 온도 이하에서는 반응 온도 상승을 위해 압력을 상승시킬 필요가 실질적으로 없다. 따라서, 상압 하에서도 상기 반응 혼합물의 온도를 100℃ 이상으로 승온시켜 반응을 진행할 수 있으므로, 특정 결정구조의 탄산세륨, 예를 들어, 육방정계 결정구조의 탄산세륨 등을 용이하게 선택적으로 제조할 수 있다.

그러므로, 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법에 의하면, 예를 들어, 1~2 atm의 낮은 압력 하에서도 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응 조건(예를 들어, 반응 온도, 반응물의 당량비 또는 반응 시간 등)을 용이하게 조절해, 원하는 결정구조, 종류 또는 형상 등을 갖는 탄산세륨을 선택적, 효율적으로 얻을 수 있다. 또한, 이러한 과정에서 고압 반응기 등을 사용할 필요도 없어 경제성도 향상시킬 수 있으며, 고압 반응 등에 따른 위험성 또한 실질적으로 없다.

또, 상기 제조 방법에 의하면, 고분자 분산제의 분자량 등을 조절하여, 탄산세륨의 크기(입경)를 조절할 수 있으며, 이에 따라, 원하는 균일한 크기를 갖는 탄산세륨을 용이하게 얻을 있다. 예를 들어, 고분자 분산제의 분자량을 상대적으로 크게 조절함에 따라, 보다 미세한 입경을 갖는 탄산세륨을 균일하게 얻을 수 있으며, 반대로 고분자 분산제의 분자량을 작게 조절함에 따라, 상대적으로 큰 입경을 갖는 탄산세륨을 균일하게 얻을 수 있다.

이하, 발명의 일 구현예에 따른 탄산세륨의 제조 방법을 각 단계별로 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 발명의 일 구현예에 따른 탄산세륨의 제조 방법에서, 반응물로 사용되는 세륨 전구체는 상기 세륨의 질산염, 황산염, 염화물, 초산염 또는 암모늄염 등으로 될 수 있으며, 이외에도 세륨을 포함하면서 상온(예컨대 -20~40℃)에서 고체상을 유지하는 다양한 화합물들이 별다른 제한없이 세륨 전구체로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 세륨 전구체로는 3가 또는 4가의 세륨을 포함하는 세륨염을 사용할 수 있다. 이러한 세륨 전구체의 보다 구체적인 예로는 질산세륨 (Ce(NO₃)₃·xH₂O), 황산세륨(Ce(SO₄)₃·xH₂O) 또는 Ce(SO₄)₂·xH₂O), 염화세륨 (CeCl₃·xH₂O), 초산세륨(cerium acetate) 또는 질산암모늄세륨(Diammonium cerium nitrate; Ce(NH₄)₂(NO₃)₆ 또는 Ce(NH₄)₂(NO₃)₅·xH₂O) (상기 식에서, x는 0 ~ 10까지의 상수) 등을 들 수 있다.

그리고, 상기 세륨 전구체와 반응하는 우레아(CO(NH₂)₂)는 탄산이온(CO₃ ^2-)을 공급하는 탄소원으로 작용하며, pH 조정제의 역할을 할 수도 있다.

이러한 세륨 전구체 및 우레아의 반응물은 세륨 전구체 : 우레아가 약 1 : 0.5 ~ 1 : 10의 당량비, 바람직하게는 약 1 : 1 ~ 1 : 10, 더욱 바람직하게는 약 1 : 2 ~ 1 : 5, 가장 바람직하게는 약 1 : 3의 당량비로 되게 혼합될 수 있다. 우레아가 세륨 전구체에 대해 지나치게 작은 당량비로 사용되는 경우 세륨 전구체의 적어도 일부가 미반응되어 탄산세륨의 수득율이 떨어질 수 있고, 상기 우레아가 세륨 전구체에 대해 지나치게 큰 당량비로 사용되면, 잉여 반응물이 다량 발생하여 탄산세륨의 순도 등이 저하될 수 있다.

또한, 이들 세륨 전구체와 우레아의 반응물을 혼합한 후에는, 이러한 혼합물을 약 50℃ 이상, 바람직하게는 약 50 ~ 250℃, 보다 바람직하게는 약 80 ~ 250℃, 가장 바람직하게는 약 120 ~ 150℃로 승온시킨다. 상기 세륨 전구체와 우레아는, 예를 들어, 약 80℃ 이상, 바람직하게는 약 120℃ 이상의 온도에서 적절히 용융되어 그 용융물이 일종의 매질로서 작용할 수 있으므로, 상술한 온도 범위 하에서 세륨 전구체와 우레아의 반응이 효율적으로 일어날 수 있다. 또, 질산 등의 첨가제가 사용되는 경우에는, 이러한 세륨 전구체와 우레아가 용융되는 온도가 낮아질 수 있으므로, 약 50℃ 이상의 온도에서도 상기 반응물들의 용융물이 매질로서 작용하여 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응이 적절히 일어날 수 있다.

그리고, 상기 혼합물을 승온시키고 고분자 분산제의 존재 하에 반응시키는 단계는, 상기 혼합물을 승온시키는 단계와, 상기 승온된 혼합물에 고분자 분산제를 가하여 세륨 전구체와 우레아를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 이러한 반응 단계에서는, 상기 혼합물을 승온시킨 후에, 상기 고분자 분산제를 가해 반응을 진행할 수 있다. 이와 같이 승온 후에 고분자 분산제를 가함에 따라, 세륨 전구체 및 우레아의 용융물 내에 고분자 분산제를 균일하게 분산시킬 수 있어, 보다 균일한 입경의 탄산세륨을 얻을 수 있다.

이때, 상기 승온된 반응물의 혼합물에 첨가되는 고분자 분산제로는, 상기 세륨 전구체와 우레아의 용융물 내에 균일하게 분산될 수 있는 임의의 고분자를 사용할 수 있다. 이러한 고분자 분산제의 예로는 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올 또는 폴리비닐피롤리돈이나 이들 중에 선택된 2종 이상의 혼합물을 들 수 있으며, 이외에도 상기 반응물의 용융물 내에서 균일하게 분산 가능한 임의의 고분자를 사용할 수 있다.

또, 이러한 고분자 분산제는 약 200 내지 100000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있고, 바람직하게는 약 300 내지 50000, 보다 바람직하게는 약 300 내지 10000의 중량 평균 분자량을 가질 수 있다. 이러한 분자량 범위를 갖는 고분자 분산제의 사용에 따라, 적절하고도 균일한 입경을 갖는 탄산세륨을 보다 용이하게 얻을 수 있으며, 이로부터 우수한 물성(예를 들어, CMP용 슬러리의 연마재로서의 우수한 연마 성능)을 나타내는 산화세륨을 얻을 수 있게 된다.

그리고, 상술한 분자량 범위 내에서, 고분자 분산제의 분자량을 조절함에 따라, 생성되는 탄산세륨의 입경을 조절하여 원하는 입경을 갖는 탄산세륨을 쉽게 얻을 수 있다. 예를 들어, 고분자 분산제의 중량 평균 분자량을 약 200 이상의 범위에서, 약 200~600으로 상대적으로 작게 조절하여 부피 평균 입경이 약 80~120nm로 비교적 큰 입경의 탄산세륨을 얻을 수 있고, 중량 평균 분자량을 약 1000 이상, 적절하게는 약 1000~100000, 바람직하게는 약 1000~10000으로 크게 조절하여 부피 평균 입경이 약 60~80nm로 비교적 작은 탄산세륨을 얻을 수 있다.

또한, 상기 고분자 분산제는 상기 세륨 전구체의 중량에 대해 약 10 내지 30 중량%, 바람직하게는 약 15 내지 25 중량%의 함량으로 사용될 수 있다. 이러한 함량의 고분자 분산제를 사용하여, 균일한 입경을 갖는 탄산세륨을 효율적으로 제조할 수 있고, 상기 고분자 분산제에 의해 세륨 전구체와 우레아의 반응이 저해될 우려도 거의 없어진다. 부가하여, 상기 고분자 분산제의 사용량을 조절함으로서 탄산세륨의 입경을 조절할 수도 있는데, 예를 들어, 고분자 분산제의 함량을 약 20 중량% 미만, 구체적으로 약 10 중량% 이상 20 중량% 미만으로 상대적으로 작게 조절하여 부피 평균 입경이 약 80~120nm로 비교적 큰 입경의 탄산세륨을 얻을 수 있고, 고분자 분산제의 함량을 약 20 중량% 이상, 구체적으로 약 20 내지 30 중량%로 크게 조절하여 부피 평균 입경이 약 60~80nm로 비교적 작은 탄산세륨을 얻을 수 있다.

한편, 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법에서, 상기 고분자 분산제의 존재 하에 진행되는 세륨 전구체와 우레아의 반응은 약 1~3 atm의 압력, 바람직하게는 약 1~2 atm의 압력, 가장 바람직하게는 대략 상압 하에서 진행될 수 있다. 상기 제조 방법에서는, 수용매 등의 별도의 반응 매질을 사용하지 않으므로, 고온에서 육방정계 탄산세륨을 제조하고자 하는 경우 등에도 반응 매질의 기화를 억제하기 위한 고압 반응이 필요치 않다. 따라서, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응은 상대적으로 낮은 압력 하에서 진행될 수 있고, 상기 반응 매질의 기화 등에 의해 반응계의 압력이 추가적으로 상승할 우려도 적다. 따라서, 이러한 저압 하에서의 반응 조건을 보다 용이하게 조절하여, 원하는 결정 구조, 종류 또는 형상을 갖는 탄산세륨을 쉽게 제조할 수 있다.

또, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응 시간은 약 0.5~60 시간, 바람직하게는 약 6~12 시간으로 조절될 수 있다. 이러한 시간 동안 반응을 진행함에 따라, 세륨 전구체와 우레아의 반응 정도를 적절히 조절하여 탄산세륨을 높은 수득율로 경제성 높게 제조할 수 있다. 다만, 이러한 반응 시간은 얻고자 하는 탄산세륨의 결정구조, 종류 또는 형상 등을 고려해, 세륨 전구체와 우레아의 혼합 당량비 또는 반응 온도 등에 맞도록 조절될 수 있다.

그리고, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응 단계 중에는, 수화물 형태의 세륨 전구체에서 유래한 물을 제거할 수 있다. 상기 제조 방법에서, 반응물로 사용되는 세륨염 등의 세륨 전구체는 경우에 따라 수화물의 형태를 띨 수 있다. 그런데, 이러한 수화물 형태의 반응물이 사용되는 경우, 반응 중에 이러한 반응물로부터 물이 발생할 수 있고, 이러한 물로 인해 반응물의 내부 온도가 잘 상승하지 않게 될 수 있다. 이러한 경우, 세륨 전구체와 우레아의 반응 효율이 떨어질 수 있으므로, 상기 반응 단계 중에 물을 연속적으로 제거하여 반응 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 탄산세륨의 제조 방법에서는, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응이 질산의 존재 하에 진행될 수도 있다. 상기 질산이 부가됨에 따라 세륨 전구체와 우레아가 용융되는 온도가 낮아질 수 있고, 우레아의 분해 개시 온도가 낮아질 수 있어서, 세륨 전구체와 우레아의 반응 온도를 보다 낮출 수 있다. 즉, 상기 질산이 추가됨에 따라, 보다 낮은 온도, 예를 들어, 약 50℃ 이상의 온도, 바람직하게는 약 50 ~ 250℃, 더욱 바람직하게는 약 50℃ 이상 150℃ 이하의 온도에서도 세륨 전구체와 우레아가 적절히 용융되어 일종의 매질로 작용할 수 있고, 해당 온도에서 우레아가 분해되어 세륨 전구체와 반응할 수 있으므로, 상기 반응 온도를 낮출 수 있다. 다만, 가장 바람직한 반응 온도는 약 120 ~ 150℃로 될 수 있다.

이때, 질산은 세륨 전구체 및 우레아를 포함하는 고체상 반응 혼합물에 대한 용이하고도 균일한 첨가를 위해, 소량의 수용매에 용해된 수용액 상태로 첨가될 수 있다. 다만, 이때 사용되는 수용매는 단지 질산의 용해를 위한 소량의 매질에 불과한 것으로, 이러한 매질이 세륨 전구체와 우레아의 반응 매질로 작용 가능할 정도의 양으로 사용되는 것은 아니고, 상기 세륨 전구체, 우레아, 고분자 분산제 및 질산을 포함한 반응물의 전체 중량을 기준으로 20 중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하, 가장 바람직하게는 5중량% 이하의 소량으로 포함될 수 있을 뿐이다.

이러한 질산은 우레아 : 질산이 약 1 : 4 이하, 바람직하게는 약 1 : 1 내지 1: 3의 당량비로 되게 첨가될 수 있다. 질산이 이러한 범위를 초과하여 사용될 경우 생성되는 탄산세륨이 질산에 재용해되면서 결정이 유지되지 못하여 탄산세륨의 수득율이 낮아질 수 있으며, 원하는 결정구도 또는 형상 등을 갖는 탄산세륨의 제조가 어렵게 될 수 있다.

한편, 상술한 탄산세륨의 제조 방법에서는, 반응 온도, 세륨 전구체와 우레아의 혼합 당량비 또는 반응 시간 등의 반응 조건을 조절하여, 원하는 결정구조, 종류 또는 형상의 탄산세륨을 용이하게 선택적으로 제조할 수 있다. 또, 상기 고분자 분산제의 분자량이나 사용량 등을 조절하여, 원하는 크기(입경)를 갖는 탄산세륨을 선택적으로 제조할 수 있다.

보다 구체적으로, 상술한 제조 방법으로 얻어지는 탄산세륨은 세륨 옥시카보네이트 하이드레이트(Ce₂O(CO₃)₂·H₂O)의 화학식으로 정의되는 사방정계(Orthorhombic) 탄산세륨 또는 세륨 하이드록시 카보네이트(Ce(OH)·(CO₃))의 화학식으로 정의되는 육방정계(Hexagonal) 탄산세륨의 결정 구조를 갖는 것으로 구분될 수 있는데, 상기 반응 조건의 조절을 통해 이들 각 결정 구조의 생성 정도나 탄산세륨의 형상 등을 조절할 수 있다.

예를 들어, 세륨 전구체와 우레아의 혼합 당량비를 낮은 수준으로 유지하거나(즉, 우레아를 상대적으로 작은 당량비로 사용하거나), 반응 온도를 약 140℃ 미만의 낮은 수준으로 유지하면, 육방정계 탄산세륨 보다는 사방정계 탄산세륨을 보다 우세하게 제조할 수 있다. 이와 반대로, 세륨 전구체와 우레아의 혼합 당량비를 높은 수준으로 유지하거나(즉, 우레아를 상대적으로 큰 당량비로 사용하거나), 반응 온도를 약 140℃ 이상의 높은 수준으로 유지하면, 육방정계 탄산세륨을 보다 우세하게 제조할 수 있다. 또, 상기 질산을 사용하는 경우에는, 상기 육방정계 탄산세륨이 우세하게 제조되는 온도가 보다 낮아져서, 예를 들어, 약 100 ℃ 미만의 반응 온도에서 사방정계 탄산세륨이 보다 우세하게 제조될 수 있고, 약 100℃ 이상의 온도에서 육방정계 탄산세륨이 보다 우세하게 제조될 수 있다.

또한, 세륨 전구체와 우레아의 반응 시간을 조절하는 방법으로도, 상기 탄산세륨의 결정 구조나 형상 등을 조절할 수 있다. 예를 들어, 탄산세륨의 제조를 위한 세륨 전구체와 우레아의 반응 시간을, 예를 들어, 약 3 시간 미만으로 상대적으로 짧게 조절하면, 사방정계 탄산세륨을 보다 우세하게 제조할 수 있고, 반대로 약 3 시간 이상으로 길제 조절하면 육방정계 탄산세륨을 우세하게 제조할 수 있다.

그리고, 이미 상술한 바와 같이, 고분자 분산제의 분자량이나 사용량을 조절하여, 탄산세륨의 입경을 조절할 수 있는데, 예를 들어, 고분자 분산제의 중량 평균 분자량을 약 200~600으로 조절하거나 그 함량을 세륨 전구체의 중량에 대해 약 20중량% 미만으로 조절하여 부피 평균 입경이 약 80~120nm인 탄산세륨을 얻을 수 있고, 중량 평균 분자량을 약 1000 이상, 적절하게는 약 1000~100000으로 조절하거나 그 함량을 약 20중량% 이상으로 조절하여 부피 평균 입경이 약 60~80nm인 탄산세륨을 얻을 수 있다.

한편, 상술한 방법에 의해 제조된 탄산세륨은 분리 단계; 세정 단계; 및 건조 단계를 추가로 거치는 것이 바람직하다. 상기 분리는 당업계에 통상적인 분리 방법, 예컨대 냉각 분리, 여과 분리 또는 원심 분리 방법에 의할 수 있으며, 이에 의해 미반응 우레아와 고분자 분산제 등을 분리할 수 있다. 또한, 상기 세정은 DI water를 이용하여, 이온 수치가 3 mS 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 상기 분리된 미반응 우레아나 분산제 등을 제거할 수 있으며, 탄산세륨을 소성해 산화세륨을 얻고자 하는 경우, 소성 후 분말의 결정크기를 적절히 조절할 수 있고 분쇄에서 발생되는 문제를 방지할 수 있다. 한편, 상기 건조는 약 60 ℃ 이상, 바람직하게는 약 70~90℃에서 약 12~36시간, 바람직하게는 약 18~30시간, 가장 바람직하게는 약 24시간 동안 수행되는 것이 바람직하나 수분함량에 따라서 건조온도 달리함에 따라서 시간이 달라질 수도 있다.

이러한 건조 과정까지를 거쳐 흰색 분말 형태의 탄산세륨을 얻을 수 있다.

상술한 탄산세륨의 제조 방법에 따르면, 탄산세륨을 수득율 및 생산성 높게 얻을 수 있게 된다. 또한, 이의 제조를 위한 반응 조건을 조절하여 얻고자 하는 결정구조, 종류, 형상 또는 크기(입경)를 갖는 탄산세륨, 예를 들어, 원하는 균일한 입경을 갖는 사방정계 또는 육방정계 결정구조의 탄산세륨을 용이하게 선택적으로 얻을 수 있게 된다.

이에 발명의 다른 구현예에 따라, 상술한 제조 방법으로 얻어지는 탄산세륨이 제공된다. 이러한 탄산세륨은 사방정계 또는 육방정계 결정구조의 탄산세륨을 적절힌 비율로 포함하여, 이들 중 어느 하나를 50 부피% 이상으로 포함하고, 부피 평균 입경이 약 60~120nm, 바람직하게는 약 60~80nm 또는 약 80~90nm이고, 입경의 표준 편차가 약 4~10nm, 바람직하게는 약 3~7nm인 것으로 될 수 있다.

즉, 이러한 탄산세륨은 그 제조 과정에서 결정구조 및 입경 등이 용이하게 조절되어, 얻고자 하는 결정구조, 종류, 형상 및 크기를 나타낼 수 있으므로, 이러한 탄산세륨으로부터 달성하고자 하는 물성, 형상 및 크기를 충족시키는 산화세륨을 쉽게 얻을 수 있다. 예컨대, 상기 제조 방법으로 얻어진 탄산세륨으로부터, 달성하고자 하는 CMP 연마재로서의 물성 및 형상을 충족시키는 산화세륨을 쉽게 얻을 수 있다.

또한, 상기 탄산세륨은 제조 과정 중에 사용된 고분자 분산제의 작용으로, 이전에 알려진 것에 비해 균일한 입경을 가질 수 있으며, 이로 인해, 입경의 표준 편차가 약 4~10nm, 바람직하게는 약 3~7nm로 작아질 수 있다. 따라서, 이러한 탄산세륨으로부터 보다 균일한 입경의 산화세륨을 얻을 수 있으며, 이러한 산화세륨이 우수한 물성, 예를 들어, CMP 연마재로서의 우수한 연마 특성 등을 나타낼 수 있다. 부가하여, 상기 탄산세륨 및 이로부터 얻어진 산화세륨이 보다 균일한 입경을 가짐에 따라, 산화세륨을 원하는 입경으로 분쇄하는 공정 역시 크게 단순화될 수 있다.

한편, 발명의 또 다른 구현예에 따라, 상술한 방법으로 탄산세륨을 형성하는 단계; 및 상기 탄산세륨을 소성하는 단계를 포함하는 산화세륨의 제조 방법이 제공된다.

이 때, 상기 탄산세륨의 소성 온도 및 소성 방법은 당업계에 알려진 통상적인 산화세륨 제조시의 온도 및 방법에 따를 수 있다. 예를 들어, 상기 소성 온도는 약 400℃ 내지 1000℃, 바람직하게는 약 500℃ 내지 900℃ 내에서 조절될 수 있으며, 이러한 소성은 약 30분~4시간 동안, 바람직하게는 약 1 내지 3시간 동안 진행될 수 있다. 이러한 소성 온도가 지나치게 낮아지거나 소성 시간이 짧아지면, 상기 산화세륨의 결정성이 낮아질 수 있어서, 이러한 산화세륨이 CMP 연마재 등으로 사용되기에 적합한 연마 속도를 나타내지 못할 수 있다. 또한, 상기 소성 온도가 지나치게 높아지거나 소성 시간이 길어지면, 상기 산화세륨의 결정성이 지나쳐 이를 CMP 연마재 등으로 사용하면 피연마면에 스크래치 등을 유발할 수 있다.

상술한 방법으로 얻어진 산화세륨은 전구 물질인 탄산세륨의 결정구조, 형상, 종류 또는 크기나 그 부피비의 조절 등을 통해, 원하는 물성, 예를 들어, CMP 연마재로 사용되어 원하는 연마 성능을 발휘하도록 조절된 것일 수 있다. 예를 들어, 육방정계 탄산세륨을 주된 전구 물질로 하여 제조된 산화세륨은 산화규소막에 대한 연마 속도가 높고, 질화규소막에 대한 연마 속도는 낮아, 산화규소막과 질화규소막 간의 연마 선택비가 우수할 뿐 아니라, 광역평탄화도 또한 우수하게 될 수 있다. 이와 달리, 사방정계 탄산세륨을 주된 전구 물질로 하여 제조된 산화세륨은 강도가 높은 질화규소막의 연마에 유리한 특성을 나타낼 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 탄산세륨을 수득율 및 생산성 높게 제조할 수 있는 탄산세륨의 제조 방법이 제공된다. 또한, 이러한 탄산세륨의 제조 방법에 따르면, 원하는 결정 구조, 종류, 형상 및 크기를 갖는 탄산세륨을 용이하게 선택적 제조할 수 있다. 그리고, 상기 제조 방법에 따라 보다 균일한 입경을 갖는 탄산세륨의 제조가 가능하다.

따라서, 이러한 탄산세륨을 이용해 CMP용 연마재 등으로서 보다 바람직한 물성을 나타내는 산화세륨을 용이하게 제조할 수 있다. 특히, 상기 탄산세륨으로부터 제조된 산화세륨은 향후 좁은 선폭의 반도체 제조 공정에서 CMP용 연마재로 바람직하게 사용될 수 있다.

도 1은 실시예 1에서 얻어진 탄산세륨의 SEM 확대 사진이다.
도 2는 실시예 2에서 얻어진 탄산세륨의 SEM 확대 사진이다.
도 3은 실시예 3에서 얻어진 탄산세륨의 SEM 확대 사진이다.
도 4는 실시예 4에서 얻어진 탄산세륨의 SEM 확대 사진이다.
도 5는 실시예 5에서 얻어진 탄산세륨의 SEM 확대 사진이다.
도 6은 실시예 1에서 얻어진 탄산세륨의 입도 분석 결과 그래프이다.
도 7은 실시예 1에서 얻어진 탄산세륨의 XRD 분석 결과이다.
도 8은 실시예 6에서 얻어진 분쇄된 산화세륨의 입도 분석 결과 그래프이다.

이하, 발명의 구체적인 실시예를 통해, 발명의 작용 및 효과를 보다 상술하기로 한다. 다만, 이러한 실시예는 발명의 예시로 제시된 것에 불과하며, 이에 의해 발명의 권리범위가 정해지는 것은 아니다.

실시예 1

상압(1atm) 하에서, 질산세륨(Ce(NO₃)₃·xH₂O) 600g, 우레아 250g (3당량)을 1L의 부피를 갖는 유리 반응기에 투입하여 혼합하고, 이를 80~100℃까지 승온하였다. 이러한 승온 결과 고체가 용융되고, 교반을 시작하였다. 교반을 시작하면서 300의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 상기 질산세륨의 중량에 대해 20중량%의 함량으로 첨가하였다. 이후 물을 증류하여 제거하고, 140℃까지 승온하여 5 시간 동안 반응을 진행하고, 천천히 냉각하였다. 이후 물을 투입해 희석하여 반응을 종결시켰다. 그 결과 얻어진 탄산세륨의 수득량 및 수득율은 284g 및 95% 이었다.

전자 현미경 사진과 X-선 회절 분석을 통하여 탄산세륨의 형상 및 결정 구조를 확인하였으며, 상기 전자 현미경 사진과 X-선 회절 스펙트럼을 각각 도 1 및 7에 도시하였다.

도 1 및 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 1의 탄산세륨은 균일한 입경을 가지며 육방정계 결정구조의 탄산세륨(100부피%)만을 포함함이 확인되었다.

실시예 2

상압(1atm) 하에서, 질산세륨(Ce(NO₃)₃·xH₂O) 600g, 우레아 250g (3당량)을 1L의 부피를 갖는 유리 반응기에 투입하여 혼합하고, 이를 80~100℃까지 승온하였다. 이러한 승온 결과 고체가 용융되고, 교반을 시작하였다. 교반을 시작하면서 600의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 상기 질산세륨의 중량에 대해 20중량%의 함량으로 첨가하였다. 이후 물을 증류하여 제거하고, 140℃까지 승온하여 5 시간 동안 반응을 진행하고, 천천히 냉각하였다. 이후 물을 투입해 희석하여 반응을 종결시켰다. 그 결과 얻어진 탄산세륨의 수득량 및 수득율은 290g 및 96% 이었다.

전자 현미경 사진과 X-선 회절 분석을 통하여 탄산세륨의 형상 및 결정 구조를 확인하였으며, 상기 전자 현미경 사진을 도 2에 도시하였다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 2의 탄산세륨은 균일한 입경을 가짐이 확인되었고, 상기 X-선 회절 스펙트럼을 통해 육방정계 결정구조의 탄산세륨(100부피%)만을 포함함이 확인되었다.

실시예 3

상압(1atm) 하에서, 질산세륨(Ce(NO₃)₃·xH₂O) 600g, 우레아 250g (3당량)을 1L의 부피를 갖는 유리 반응기에 투입하여 혼합하고, 이를 80~100℃까지 승온하였다. 이러한 승온 결과 고체가 용융되고, 교반을 시작하였다. 교반을 시작하면서 10000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 상기 질산세륨의 중량에 대해 20중량%의 함량으로 첨가하였다. 이후 물을 증류하여 제거하고, 140℃까지 승온하여 5 시간 동안 반응을 진행하고, 천천히 냉각하였다. 이후 물을 투입해 희석하여 반응을 종결시켰다. 그 결과 얻어진 탄산세륨의 수득량 및 수득율은 286g 및 95% 이었다.

전자 현미경 사진과 X-선 회절 분석을 통하여 탄산세륨의 형상 및 결정 구조를 확인하였으며, 상기 전자 현미경 사진을 도 3에 도시하였다.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 3의 탄산세륨은 균일한 입경을 가짐이 확인되었고, 상기 X-선 회절 스펙트럼을 통해 육방정계 결정구조의 탄산세륨(100부피%)만을 포함함이 확인되었다.

실시예 4

상압(1atm) 하에서, 질산세륨(Ce(NO₃)₃·xH₂O) 600g, 우레아 250g (3당량)을 1L의 부피를 갖는 유리 반응기에 투입하여 혼합하고, 이를 80~100℃까지 승온하였다. 이러한 승온 결과 고체가 용융되고, 교반을 시작하였다. 교반을 시작하면서 10000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리비닐피롤리돈을 상기 질산세륨의 중량에 대해 20중량%의 함량으로 첨가하였다. 이후 물을 증류하여 제거하고, 140℃까지 승온하여 5 시간 동안 반응을 진행하고, 천천히 냉각하였다. 이후 물을 투입해 희석하여 반응을 종결시켰다. 그 결과 얻어진 탄산세륨의 수득량 및 수득율은 288g 및 95% 이었다.

전자 현미경 사진과 X-선 회절 분석을 통하여 탄산세륨의 형상 및 결정 구조를 확인하였으며, 상기 전자 현미경 사진을 도 4에 도시하였다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 4의 탄산세륨은 균일한 입경을 가짐이 확인되었고, 상기 X-선 회절 스펙트럼을 통해 육방정계 결정구조의 탄산세륨(100부피%)만을 포함함이 확인되었다.

실시예 5

상압(1atm) 하에서, 질산세륨(Ce(NO₃)₃·xH₂O) 600g, 우레아 250g (3당량)을 1L의 부피를 갖는 유리 반응기에 투입하여 혼합하고, 이를 80~100℃까지 승온하였다. 이러한 승온 결과 고체가 용융되고, 교반을 시작하였다. 교반을 시작하면서 7000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리아크릴산을 상기 질산세륨의 중량에 대해 20중량%의 함량으로 첨가하였다. 이후 물을 증류하여 제거하고, 140℃까지 승온하여 5 시간 동안 반응을 진행하고, 천천히 냉각하였다. 이후 물을 투입해 희석하여 반응을 종결시켰다. 그 결과 얻어진 탄산세륨의 수득량 및 수득율은 277g 및 94% 이었다.

전자 현미경 사진과 X-선 회절 분석을 통하여 탄산세륨의 형상 및 결정 구조를 확인하였으며, 상기 전자 현미경 사진을 도 5에 도시하였다.

도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 5의 탄산세륨은 균일한 입경을 가짐이 확인되었고, 상기 X-선 회절 스펙트럼을 통해 육방정계 결정구조의 탄산세륨(100부피%)만을 포함함이 확인되었다.

비교예 1

질산세륨(Ce(NO₃)₃·xH₂O) 370g, 우레아 154g (3당량)을 이온수 170ml에 용해시키고, 1L의 부피를 갖는 유리 반응기에 투입하여 혼합하고, 교반하면서 10000의 중량 평균 분자량을 갖는 폴리에틸렌글리콜(PEG)을 상기 질산세륨의 중량에 대해 20 중량%의 함량으로 첨가하였다. 이후 100℃까지 승온하여 4 시간 동안 반응을 진행하고, 천천히 냉각하였다. 이후 물을 투입해 희석하여 반응을 종결시켰다. 그 결과 얻어진 탄산세륨의 수득량 및 수득율은 160g 및 93% 이었다.

상기 실시예 1 내지 5를 참조하면, 별도의 반응 매질이 없는 상태 하에 세륨 전구체 및 우레아를 반응시킴에 따라, 높은 수득율 및 수득량(생산성)으로 균일한 입경을 갖는 탄산세륨을 얻을 수 있음이 확인되었다.

또한, 실시예 1 내지 5에서 보듯이, 고압 반응을 진행할 필요 없이도, 용이하게 고온 반응을 진행해 육방정계 탄산세륨을 선택적으로 제조할 수 있음이 확인되었다.

이에 비해, 비교예 1의 경우, 동일 부피의 반응기에서 탄산세륨의 수득량이 크지 않아 생산성이 높지 않음이 확인되었다.

시험예: 탄산세륨의 입도 분포의 측정

Horiba사의 입도 분석기(LA910)를 사용하여, 실시예 1 내지 5에서 얻어진 탄산세륨의 입도 분석을 행하였다. 이러한 입도 분석 결과를 통해, 탄산세륨의 부피 평균 입경 및 입경의 표준 편차를 구하였으며, 각 탄산세륨의 부피 평균 입경 및 입경의 표준 편차는 하기 표 1에 정리된 바와 같다. 또, 실시예 1의 입도 분석 결과 그래프는 도 6에 도시된 바와 같다.

	평균 입경(nm)	입경의 표준 편차(nm)
실시예 1	90	6
실시예 2	85	5
실시예 3	70	7
실시예 4	87	7
실시예 5	75	7
비교예 1	300	30

상기 표 1 및 도 6을 참조하면, 실시예 1 내지 5에 의해 얻어진 탄산세륨은 70~90nm의 미세한 평균 입경을 가지며, 특히, 입도 분포가 매우 좁고, 입경의 표준 편차가 5~7nm로 매우 작은 균일한 입경을 가질 수 있음이 확인되었다.

이로부터, 상기 실시예 1 내지 5에 의해 원하는 입경의 탄산세륨을 매우 균일하게 얻을 수 있음이 확인되며, 이러한 탄산세륨을 이용해 우수한 물성을 갖는 산화세륨을 얻을 수 있을 것으로 예측된다.

실시예 6

상기 실시예 1에서 제조된 탄산세륨을 연속식 가열로를 사용하여 900℃로 소성함으로서 산화세륨을 제조하였다.

이러한 산화세륨 50g을 물 330g 및 분산제(폴리아크릴산; 물에 대해 3 중량% 농도로 첨가)와 혼합한 후, 볼밀을 사용하여 500rpm의 조건 하에 3 시간 동안 분쇄하였다.

이렇게 분쇄된 산화세륨에 대해 Horiba사의 입도 분석기(LA910)를 사용하여, 입도 분석을 행하였다. 이러한 입도 분석 결과 도출된 그래프는 도 8에 도시된 바와 같다.

상기 도 8을 참조하면, 실시예 6의 산화세륨은 볼밀로 단시간 동안 분쇄한 후에도, 약 60nm의 미세한 평균 입경을 가지며, 특히, 입도 분포가 매우 좁고, 입경의 표준 편차가 약 6nm로 매우 작은 균일한 입경을 가짐이 확인되었다.

이는 산화세륨의 전구체인 탄산세륨의 균일한 입경에 기인한 것으로서, 상기 산화세륨은 이러한 균일하고도 미세한 입경으로 인해 CMP 연마재 등으로 우수한 연마 특성 등을 나타낼 수 있을 것으로 예측된다.

Claims

세륨 전구체와, 우레아를 혼합하는 단계; 및
별도의 반응 매질이 없는 상태에서, 상기 혼합물을 50℃ 이상으로 승온시키고, 고분자 분산제의 존재 하에 상기 세륨 전구체와 우레아를 반응시키는 단계를 포함하는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 세륨 전구체와, 우레아는 고체 상태로 혼합되는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 세륨 전구체는 세륨의 질산염, 황산염, 염화물, 초산염 또는 암모늄염을 포함하는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 분산제는 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐알코올 및 폴리비닐피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 고분자를 포함하는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 분산제는 200 내지 100000의 중량 평균 분자량을 갖는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 혼합물을 승온시키는 단계와, 상기 승온된 혼합물에 고분자 분산제를 가하여 세륨 전구체와 우레아를 반응시키는 단계를 포함하는 탄산세륨의 제조 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 반응 단계 중에, 수화물 형태의 세륨 전구체에서 유래한 물을 제거하는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응은 80~250℃로 승온된 상태에서 진행되는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응은 1~3 atm의 압력 하에서 진행되는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 세륨 전구체와 우레아는 1 : 0.5 ~ 1 : 10의 당량비로 혼합되는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 고분자 분산제는 상기 세륨 전구체의 중량에 대해 10 내지 30 중량%의 함량으로 사용되는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 세륨 전구체와 우레아를 0.5~60 시간 동안 반응시키는 탄산세륨의 제조 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응은 질산의 존재 하에 진행되는 탄산세륨의 제조 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 세륨 전구체와 우레아의 반응은 50~250℃로 승온된 상태에서 진행되는 탄산세륨의 제조 방법.
사방정계 또는 육방정계 탄산세륨을 50 부피% 이상으로 포함하고,
부피 평균 입경이 60~120nm이고, 입경의 표준 편차가 4~10nm인 탄산세륨.
제 1 항의 방법으로 탄산세륨을 형성하는 단계; 및
상기 탄산세륨을 소성하는 단계를 포함하는 산화세륨의 제조 방법.
제 16 항에 있어서, 상기 소성은 400℃ 내지 1000℃의 온도 하에 진행되는 산화세륨의 제조 방법.