CN102796493A

CN102796493A - 一种球形单分散高铈抛光粉及其制备方法

Info

Publication number: CN102796493A
Application number: CN2012103141356A
Authority: CN
Inventors: 王勤; 张军; 贾文静; 刘宝仓; 刘永欣; 刘洋; 荆鹏; 胡文婷; 于胜利
Original assignee: Inner Mongolia University
Current assignee: Inner Mongolia University
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明公开了一种高性能的高铈稀土抛光粉及其制备方法，具体步骤如下：A1、将0.1～0.2mol/L的稀土盐和0～0.375mol/L的PVP配成稀土盐混合溶液；A2、将稀土盐混合溶液在30℃下保温；A3、搅拌下将上述得到的Ce³⁺/PVP溶液加入到乙醇和水体积比为3∶1的醇水混合溶液中；A4、以0.5mL/min的滴加速度加入0.5mol/L KOH调节混合溶液的pH值到7；加入完成后，继续搅拌30min左右。A5、将上述混合溶液转入反应容器中密封，并在160～200℃反应1～48小时；A6、反应结束后，自然冷却，离心分离，干燥后得到所需的稀土抛光粉CeO₂。应用到各种抛光中切削力大，对抛光面划痕少，平整度高，抛光效果好，可以满足各种高精密光学器件的抛光要求。制备工艺简单，操作容易，易于工业化生产。

Description

一种球形单分散高铈抛光粉及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种球形单分散高铈抛光粉及其制备方法，属于稀土粉体材料化学以及制备技术领域。

背景技术

稀土抛光粉由于具有抛光效率高、使用寿命长、适用范围广等优点，被广泛的应用于各种高精密光学器件、工业仪表、LCD、各种玻璃、晶体等制品的高效优质抛光材料，成为当今最受欢迎的高精密抛光材料。

稀土抛光粉的主要抛光成分为CeO₂，抛光机理为化学机械抛光，机械抛光效果主要取决于抛光粉颗粒的形貌、粒径以及颗粒的分散度等。抛光粉颗粒越细，越接近球形，分布越均匀，则抛光效果越好。化学抛光与粉体的成分、表面特性及结构有关。稀土抛光粉按CeO₂在稀土氧化物总量中所占的百分比不同，可以分为高铈(CeO₂/TREO＞70％)、中铈(50％≤C/T≤70％)和低铈抛光粉(C/T＜50％)。其中，低铈和中铈抛光粉，只能满足一些低档次产品的高速抛光过程，而且在抛光过程中容易划伤产品的表面。因此，不适用于精密仪器表面的机械抛光。相比较而言，高铈抛光粉由于相对铈含量高，抛光效果好，可以用于高精密光学器件的抛光。目前，我国虽有几家高铈抛光粉的生产企业，但是仍然远远满足不了国内日益增长的高铈抛光粉市场需求，因此加速高铈抛光粉的生产将是今后几十年科研工作者十分紧迫的任务之一。

目前多采用化学法制备高铈抛光粉材料。美国专利5543216公开了一种合成CeO₂颗粒的制备方法，该方法主要通过调节控制反应体系中的pH值，并在一定的压力下加热至150℃左右来控制反应合成过程。用该法制得的氧化铈粉体的颗粒度在0.03～5μm之间，颗粒分散性差，粒度分布宽，抛光的效果较差。

中国专利CN102079950A公开了一种单分散稀土抛光粉的制备方法，该法主要是通过草酸铵、尿素的混合物作为沉淀剂，在含铈稀土溶液与沉淀剂溶液的反应中，利用高分子表面活性剂的分子模板作用和其与沉淀剂的协同作用，形成具有一定几何形状的前驱体颗粒；在沉淀后的溶液中加入碳酸氢铵和氢氟酸调节pH值，然后又经过升温陈化、过滤、灼烧、球磨过筛等一系列复杂过程得到了稀土抛光粉。该方法操作过程过于复杂，所需设备昂贵，粒度分布宽，颗粒的分散性仍然有必要进一步改进。

中国专利CN1821314公开了一种超细氧化铈的制备方法，首先将含有铈离子的盐溶液与表面活性剂充分混合均匀，加入碱性物质调节溶液的pH值，然后用草酸进一步调节反应终点的pH值，最后经过过滤、洗涤、干燥、高温灼烧等一系列过程得到了超细氧化铈抛光粉。该方法制备过程过于繁琐，制得的样品的粒度分布范围较宽约10～30μm，比表面高达50m²/g，抛光效果差。

目前，对高铈抛光粉平均粒径在0.05～0.5μm之间，0＜比表面积BET＜10m²/g，0＜分散度＜1.5，抛光粉颗粒形貌呈球形单分散，球化完美，颗粒均一性好的制备方法未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种以CeO₂为单一主体的单分散球形高铈抛光粉及其制备方达，利用本发明能够获得颗粒形貌呈球形单分散，球化完美，颗粒均一性好，平均颗粒尺寸在0.05～0.5μm之间，0＜比表面积BET＜10m²/g，0＜分散度＜1.5的高铈抛光粉材料，可以满足各种高精密光学器件的抛光要求。制备工艺简单，操作容易，易于工业化生产。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：这种高性能的高铈稀土抛光粉的制备方法，具体步骤如下：

A1、将0.1～0.2mol/L的稀土盐和0～0.375mol/L的PVP(聚乙烯吡咯烷酮)配成稀土盐混合溶液；

A2、将稀土盐混合溶液在30℃下保温；

A3、搅拌下将上述得到的Ce³⁺/PVP溶液加入到乙醇和水体积比为3∶1的醇水混合溶液中；

A4、以0.5mL/min的滴加速度加入0.5mol/L KOH调节混合溶液的pH值到7；加入完成后，继续搅拌30min左右。

A5、将上述混合溶液转入反应容器中密封，并在160～200℃反应1～48小时；

A6、反应结束后，自然冷却，离心分离，干燥后得到所需的稀土抛光粉CeO₂。

本工艺采用工业上常用的沉淀方法，在沉淀后无需加入离子强度调节剂，也无需经过高温煅烧的复杂过程，经过简单的操作就可以得到单分散，球化完美的高铈稀土抛光粉。

本发明一种高铈抛光粉的制备方法，稀土盐为纯的铈盐，纯度(CeO₂/TREO)为98％～99.99％，也可以是铈和其它稀土混合盐，CeO₂/TREO＝70％～98％。

本发明的制备方法中使用的稀土盐溶液为稀土硝酸盐，浓度为0.1～0.2mol/L，也可以选用稀土氯化物、硫酸盐等。

本发明的制备方法所述步骤(3)中Ce³⁺的浓度范围在0.1～0.2mol/L之间，PVP溶液的浓度范围0～0.375mol/L；醇水比(V乙醇/V水)为3∶1。

本发明的制备方法所述步骤(4)中，以0.5mol/L的KOH溶液作为沉淀剂，调节溶液的pH值到7左右。

本发明的制备方法所述步骤(5)中，抛光粉前驱体溶液在160～200℃反应，反应时间为：1h-48h。

本发明的制备方法所述步骤(6)得到的平均粒度在0.05～0.5μm之间，0＜比表面积BET＜10m²/g，0＜分散度＜1.5的CeO₂高铈抛光粉材料。

本发明的优点在于在制备稀土抛光粉时引入PVP作为表面分散剂，可以有效的避免纳米颗粒之间发生团聚，改善了粉体的分散性能，并增大了粉体的晶化程度和球化度。制备的高铈抛光粉粉体粒度分布窄，球化完美，悬浮性和分散性好，应用到各种抛光中切削力大，对抛光面划痕少，平整度高，抛光效果好。制备工艺简单，工艺操作容易，易于工业化生产。

附图说明

图1：本发明制备方法实例1得到的CeO₂抛光粉的粉末X-射线衍射图谱

图2：本发明制备方法实例1得到的CeO₂抛光粉的(a)扫描电镜和(b)透射电镜照片

图3：本发明制备方法实例2得到的CeO₂抛光粉的(a)扫描电镜和(b)透射电镜照片

图4：本发明制备方法实例2得到的CeO₂抛光粉的粒度分布图

图5：本发明制备方法实例3得到的CeO₂抛光粉的(a)扫描电镜和(b)透射电镜照片

图6：本发明制备方法实例3得到的CeO₂抛光粉的粒度分布图

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

实施例1：将0.15mol/L的Ce(NO₃)₃·6H₂O和0.25mol/L的PVP混合均匀，将其加热至30℃保温。然后将上述混合溶液转入到乙醇和水体积比为3∶1的醇水的混合溶液中，并以0.5mL/min的滴加速度滴加0.5mol/L的KOH溶液，调节溶液的pH值到7左右，搅拌30min。将混合液密封并在160℃下反应1h，使反应充分进行，并得到沉淀；将得到的沉淀离心、洗涤、干燥，即得到白色的CeO₂抛光粉材料。图1是通过实施例1得到的样品的粉末X-射线衍射图。从图中可以看到有8个衍射峰，分别对应于萤石结构CeO₂的111、200、220、311、222、400、331、420特征衍射峰，这和文献中报道的萤石结构的CeO₂相一致(JCPDS Card No.34-0394)。图2是通过实施例1得到的样品的扫描电镜和透射电镜图。从图2a的扫描电镜可以看出，所合成的样品呈球形单分散，颗粒表面较为光滑。图2b的透射电镜照片进一步证明了所合成的样品形貌为类球形，颗粒度大小约为100nm左右，样品分散均匀。

实施例2：将0.15mol/L的Ce(NO₃)₃·6H₂O和0.25mol/L的PVP混合均匀，将其加热至30℃。然后将上述混合溶液转入到体积比为3∶1的乙醇和水混合溶液中，并以0.5mL/min的滴加速度滴加0.5mol/L的KOH溶液，调节溶液的pH值到7左右，搅拌30min。将混合液密封并在160℃下反应6h，使反应充分进行，并得到沉淀；将得到的沉淀离心、洗涤、干燥，即得到白色的CeO₂抛光粉材料。图3是通过实施例2得到的样品的扫描电镜和透射电镜图。从图3a的扫描电镜可以看出，所合成的样品呈球形单分散，颗粒表面相对光滑。图3b的透射电镜照片进一步证明了所合成的样品形貌为类球形，颗粒度大小约为600-700nm左右，样品分散性良好。图4是通过实施例2得到的样品的粒度分布图。从图中可以看出，所合成的样品粒度分布较为均匀，粒度在600-800nm之间的颗粒所占比例约为70％，分散度小于1.5。

实施例3：将0.15mol/L的Ce(NO₃)₃·6H₂O和0.25mol/L的PVP混合均匀，将其加热至30℃。然后将上述混合溶液转入到体积比为3∶1的乙醇和水混合溶液中，并以0.5mL/min的滴加速度滴加0.5mol/L的KOH溶液，调节溶液的pH值到7左右，搅拌30min。将混合液密封并在160℃下反应12h，使反应充分进行，并得到沉淀；将得到的沉淀离心、洗涤、干燥，即得到白色的CeO₂抛光粉材料。图5是通过实施例3得到的样品的扫描电镜和透射电镜图。从图5a的扫描电镜可以看出，所合成的样品呈球形单分散，颗粒表面光滑。图5b的透射电镜照片证明所合成的样品形貌为类球形，颗粒度大小约为400nm左右，样品分散均匀。图6是通过实施例3得到的样品的粒度分布图。从图中可以看出，所合成的样品粒度分布较为均匀，粒度在400nm左右的颗粒所占比例约为80％，分散度小于1.5。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种高性能的高铈稀土抛光粉的制备方法，具体步骤如下：

A1、将0.1～0.2mol/L的稀土盐和0～0.375mol/L的PVP配成稀土盐混合溶液；

A2、将稀土盐混合溶液在30℃下保温；

2.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，稀土盐为纯铈盐，纯度(CeO₂/TREO)为98％-99.99％，或者是铈和其它稀土元素中的一种或两种以上的混合盐，CeO₂/TREO为70％-98％，所述的其它稀土元素为Y和其它镧系元素。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，稀土盐溶液为硝酸盐、氯化物或复合盐。

4.根据权利要求1至3任一所述方法制备的球形单分散高铈抛光粉，其特征在于，抛光粉的平均颗粒度大小在0.05～0.5μm之间，0＜比表面积BET＜10m²/g，0＜分散度＜1.5，抛光粉颗粒形貌呈球形单分散，球化完美，颗粒均一性好。