專利名稱：基于鈰的顆粒組合物及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種基于鈰的顆粒組合物。具體地，本發明涉及用于拋光硬記錄媒介和液晶顯示器用玻璃的研磨劑。
背景技術：
基于鈰的研磨劑不僅僅用于光學玻璃的傳統拋光中，而且用于硬記錄媒介和液晶顯示器用玻璃的拋光。要求這種研磨劑具有高的拋光速率并形成高質量的拋光表面。一般地，基于鈰的拋光粉由以下方法制備將稀土金屬(包含鈰和任選的鑭，以及任選還包含稀土)的碳酸鹽漿化、濕法粉碎以及用無機酸如HF處理。將得到的漿料過濾、 干燥和烘烤，然后進行后續的粉碎和分級以獲得需要的顆粒度。該過程的缺點是不能夠調整研磨材料的組成，并因此不能顯著提高拋光速率和拋光表面的質量。W02007/052555A1公開了一種鈰拋光劑，其中相對于總稀土金屬氧化物(TREO)的氧化鈰量不少于90質量％。這種鈰拋光劑的特點在于含有至少一種選自Ti和原子數為80 或更少的5-12族元素的特定元素，其含量為拋光劑總質量的0. 001-2. 0質量％。EP1707534A1記載了主要由可用作研磨劑的鈰氧化物構成的氧化物固溶體粉末。 當通過用氧化物固溶體粉末(其中鈣氧化物作為固溶體溶解于主要由氧化鈰構成的稀土金屬氧化物中)拋光玻璃材料如玻璃襯底時，該氧化物固溶體粉末可提供具有高的拋光表面精度的拋光表面，以及適合用于研磨劑。JP2007-9214A公開了一種不含F的基于鈰的研磨劑，該研磨劑以高研磨速度工作和具有良好的研磨精度。得到的研磨劑的F含量為0. 5wt%或更少，堿金屬或堿土金屬含量或堿金屬或堿土金屬總量按照元素計為0. 3-5wt%。為了滿足要求的高拋光速率和優異的表面質量，一些過渡金屬元素和堿土金屬元素如Ti、^ 和Ca用于研磨劑中。然而，要求鈰含量高于90%以獲得高拋光速率。在一些情形，需要兩種或更多種元素以獲得固溶體以及同時具有高拋光速率和高拋光表面質量。
發明內容
為了滿足高拋光速率和優異的拋光表面的要求，本發明提供一種適合用于拋光硬記錄媒介和液晶顯示器用玻璃的研磨劑。本發明開發了一系列基于鈰的拋光研磨劑，其包含i^、Zr、Mn等。該研磨劑在受控的沉淀條件(如反應時間、PH、溫度等)下生成，然后進行煅燒、濕磨、篩分等傳統精加工步驟。得到的最終研磨劑具有高的拋光速率和優異的拋光表面質量。令人驚奇地發現通過在基于鈰的研磨劑組合物中添加一定量的氧化鑭，甚至當組合物中氧化鈰的含量低時，也極大地改善了所述研磨劑的研磨質量。不受限于任何現有的理論，應理解所述氧化鈰和氧化鑭的組合將有助于提高拋光速率和拋光表面質量。一方面，本發明提供一種基于鈰的顆粒組合物，其包含50-90重量％的氧化鈰和至少10重量％的氧化鑭。優選地，該組合物包含至少15重量％的氧化鑭。通常，但并非用于限制本發明的目的，本發明的組合物包含不超過30重量％的氧化鑭。在本發明一個優選的實施方式中，組合物進一步包含基于一種或多種過渡金屬元素和/或堿土金屬元素的添加劑。這種添加劑用于改變產物的形態和晶體結構。具體地， 該添加劑起到使顆粒大小更均勻并接近有利于拋光的規則球形的作用。優選地，組合物包含60-85重量％的氧化鈰。添加劑的重量是組合物總重量的 0. 2-5 重量 ％。所述添加劑選自基于Fe的添力口劑、基于rLx的添力口劑、基于Mn的添加劑和基于Al 的添加劑。組合物中的添加劑是以固溶體分散或溶解于所述顆粒中的氧化物的形式。一般地，所述顆粒組合物的粒度為0. 5-1. 5 μ m。除非在此或以下本說明書的剩余部分進行限定，術語“基于鈰”、“基于狗”或“基于Al”是指鈰、！^e或Al的元素分別對整體的性質最有貢獻。一般地，鈰、狗或Al的含量分別是主要組分，也就是其濃度可能大于50%。術語“氧化鈰”或“氧化鑭”分別包括具有鈰或鑭的不同價態的元素鈰或鑭的不同氧化物，甚至具有少量其他元素。然而，優選地，它們是指氧化鈰或氧化鑭的純化合物。在第二方面，本發明提供一種制備基于鈰的研磨劑組合物的方法。所述方法包括 將需要量的水溶性狗、& 或Mn鹽(如氯化物或硝酸鹽)與CeLaCl3溶液混合，該溶液用碳酸鹽和/或氫氧化物如碳酸鈉沉淀以獲得狗、& 或Mn摻雜的稀土金屬碳酸鹽；這種碳酸鹽接著利用適當的加熱方式煅燒以獲得Fe、^ 或Mn摻雜的稀土金屬氧化物；在被碾碎、研磨和篩分后，產物具有0. 5-1. 5 μ m的平均粒度和在鋁硼硅酸鹽玻璃上的高拋光速率。在第三方面，本發明提供一種包含所述顆粒組合物的研磨劑和其應用。本發明的所述研磨劑組合物可與水，任選在添加劑存在下混合，以獲得用于拋光硬記錄媒介和液晶顯示器用玻璃的研磨劑，特別是用于在工業上拋光玻璃襯底。
結合附圖從以下說明中更清楚地了解本發明的前述的和其他目的。圖1是由本發明的比較實施方式之一的組合物所得產物顆粒的SEM照片。圖2到圖7是由本發明的優選實施方式的多種組合物所得產物的SEM照片。
具體實施例方式以下實施例用于舉例說明，但并不限定要求保護的范圍。實施例1 (比較)制備具有同樣的鈰和鑭含量但不加鐵的產物。將520ml氯化鈰水溶液和^Oml氯化鑭水溶液混合以獲得約800ml混合液體。該混合液體中各稀土元素的氧化物質量比例是65 35 ( = CeO2 La2O3) 制備800ml (0. 148g/ml)的1. 2倍當量的碳酸鈉水溶液。然后在反應器中添加300ml純水。攪拌的同時將前面得到的混合物和碳酸鈉水溶液分開以 13. 33ml/min加入所述反應器中，同時攪拌速度保持在150rpm，以獲得包含碳酸鹽的共沉淀顆粒。然后，包含該共沉淀顆粒的懸浮液在室溫老化1.5小時。過濾老化后的懸浮液以獲得共沉淀顆粒的濾餅，將其用2L的純水沖洗兩次。接著，所得濾餅在煅燒爐中煅燒，在5小時內從50°C加熱到750°C并在750°C保溫1.5小時。之后得到基于稀土的氧化物。所得研磨劑的平均粒度為4. Ομπι。在粉碎和研磨后，平均粒度降到0. 9-1. 0 μ m。如圖1所示， 所得產物的初級顆粒的大小和形狀并不均勻，這導致在拋光的玻璃表面上具有刮痕。所得產物在Labmaster-15拋光機(制造商是Baikowski，型號是Labmaster-15) 以150g/cm2的工作壓力和90rpm的旋轉速度進行拋光速率測試。所用玻璃是普遍用于LCD 中的鋁硼硅酸鹽。所得產物的去除率為0. 75ym/min。實施例2-包含基于!^e的添加劑的顆粒將520ml氯化鈰水溶液、280ml氯化鑭水溶液混合并進一步添加3. 38g六水合氯化鐵以獲得約800ml混合液體。所述混合液體中所含各稀土元素和鐵的氧化物質量比例為 65 35 1 ( = CeO2 La2O3 F^O3)。制備 800ml (0. 148g/ml)的 1. 2 倍當量的碳酸鈉水溶液。然后，在反應器中添加300ml的純水。攪拌的同時將前面所得混合物和碳酸鈉水溶液分開以13. 33ml/min加入反應器中，同時保持150rpm的攪拌速度，以獲得包含碳酸鹽的共沉淀顆粒。接著將包含共沉淀顆粒的懸浮液在室溫老化1.5小時。過濾老化后的懸浮液以獲得共沉淀顆粒的濾餅，其用2L純水沖洗兩次。接著所得餅在煅燒爐中煅燒，在5小時內從50°C加熱到750°C并在750°C保溫1. 5小時。之后得到包含鐵的基于稀土的氧化物。 所得研磨劑的平均粒度為2. 0 μ m。如圖2所示，所得產物的初級顆粒的粒度和形狀比未包含添加劑的更均勻和更小，這可導致比比較例(實施例1)更好的拋光玻璃表面質量。對于實施例3到7也發生同樣的現象。在粉碎和研磨后，平均粒度降到0. 9-1. 0 μ m。所得產物在Labmaster-15拋光機(制造商是Baikowski，型號是Labmaster-15) 以150g/cm2的工作壓力和90rpm的旋轉速度進行拋光速率測試。所用玻璃是普遍用于LCD 中的鋁硼硅酸鹽。所得產物的去除率為1.09ym/min。實施例3-包含基于rLx的添加劑的顆粒具有同樣的鈰和鑭含量但含鋯的產物，利用除了添加八水合氯氧化鋯13. Ig外與實施例2相同的方法制備。產物在與實施例2所述相同的條件下測試，其去除速率為 1. 09 μ m/min。請參見圖3，實施例3得到的顆粒的SEM照片。 實施例4-包含基于Mn的添加劑的顆粒具有相同的鈰和鑭含量但含錳的產物，利用除了添加四水合氯化錳5. 58g外與實施例2所述相同的過程制備。產物在與實施例2所述相同的條件下測試，其去除速率為 0. 96 μ m/min。請參見圖4，實施例4得到的顆粒的SEM照片。實施例5-包含基于Al的添加劑的顆粒具有相同的鈰和鑭含量但含鋁的產物，利用除了在煅燒前添加鋁2g外與實施例2 所述相同的過程制備。產物在與實施例2所述相同的條件下測試，其去除速率為0. 4μ m/ min。請參見圖5，實施例5得到的顆粒的SEM照片。還可以考慮提供具有不同添加劑含量的數據，如具有相同的鈰和鑭含量但具有不同鐵含量的產物，其利用除了添加六水合氯化鐵0. 676g外與實施例2所述相同的過程制備。該產物的去除率為0.91 μ m/min。實施例6-包含基于!^e的添加劑和低比例La的顆粒720ml氯化鈰水溶液和80ml氯化鑭水溶液混合并進一步添加六水合氯化鐵 3. 38g以獲得約800ml混合液體。混合液體中包含的各稀土元素和鐵的氧化物質量比例是90 10 1 ( = CeO2 La2O3 Fe2O3) 利用與實施例2相同的工藝制備粉末，所得產物在與實施例2所述相同的條件下測試，其去除速率為0. 56ym/min。請參見圖6，由實施例 6所得顆粒的SEM照片。實施例7-包含基于狗的添加劑并具有高比例La的顆粒將400ml氯化鈰水溶液、400ml氯化鑭水溶液混合，進一步添加六水合氯化鐵 3. 38g以獲得約800ml混合物液體。混合液體中包含的各稀土元素和鐵的氧化物質量比例是50 50 1 ( = CeO2 La2O3 Fe2O3) 利用與實施例2相同的工藝制備粉末，所得產物在與實施例2所述相同的條件下測試，其去除率為0. 56 μ m/min。請參見圖7，由實施例 7得到的顆粒的SEM照片。表1檢測產物所用儀器
權利要求
1.一種基于鈰的顆粒組合物，其特征在于，所述組合物包含50-90重量％的氧化鈰和至少10重量％的氧化鑭。
2.如權利要求1所述的顆粒組合物，其特征在于，所述組合物包含至少15重量％的氧化鑭。
3.如權利要求1或2所述的顆粒組合物，其特征在于，所述組合物還包含基于一種或多種過渡金屬元素和/或堿土金屬元素的一種或多種添加劑。
4.如權利要求3所述的顆粒組合物，其特征在于，所述一種或多種添加劑選自基于!^e 的添力口劑、基于ττ的添力口劑、基于Mn的添加劑和基于Al的添加劑。
5.如權利要求3或4所述的顆粒組合物，其特征在于，所述組合物包含0.2-5重量％的所述一種或多種添加劑。
6.如權利要求3-5任一所述的顆粒組合物，其特征在于，所述一種或多種添加劑是以固溶體分散或溶解在所述顆粒中的一種或多種氧化物的形式。
7.如權利要求3-5任一所述的顆粒組合物，其特征在于，所述顆粒組合物的粒度為 0. 5-1. 5 μ m0
8.如權利要求1-7任一所述的顆粒組合物，其特征在于，所述組合物包含60-85重量％ 的氧化鈰。
9.如權利要求1-8任一所述的顆粒組合物的制備方法，其特征在于，該方法包括 -將一種或多種過渡金屬和/或堿性金屬元素的水溶性鹽與CeLaCl3溶液混合；-混合溶液用碳酸鹽和/或氫氧化物沉淀以獲得摻雜有所述一種或多種過渡金屬元素和/或堿性金屬元素的稀土金屬碳酸鹽；-將所述碳酸鹽煅燒以獲得摻雜有所述一種或多種過渡金屬元素和/或堿性金屬元素的稀土金屬氧化物；-將所述稀土金屬氧化物粉碎以獲得顆粒組合物。
10.基于鈰的研磨劑，其特征在于，所述研磨劑包含權利要求1-8任一所述的顆粒組合物。
11.一種拋光玻璃襯底的方法，其特征在于使用權利要求10所述的基于鈰的研磨劑。
全文摘要
一種基于鈰的顆粒組合物，包含50-90重量％的氧化鈰和至少10重量％的氧化鑭。制備所述顆粒組合物的方法包括將一種或多種過渡金屬元素和/或堿性金屬元素的水溶性鹽與CeLaCl3溶液混合；混合溶液用碳酸鹽和/或氫氧化物沉淀以獲得摻雜有所述一種或多種過渡金屬元素和/或堿性金屬元素的稀土金屬碳酸鹽；將所述碳酸鹽煅燒和粉碎以獲得所述顆粒組合物。所述組合物可與水，任選在添加劑存在下，混合以獲得用于拋光硬記錄媒介和液晶顯示器用玻璃的研磨劑，特別是用于拋光玻璃襯底工業。
文檔編號C01F17/00GK102395643SQ200980158757
公開日2012年3月28日 申請日期2009年4月15日 優先權日2009年4月15日
發明者周卓華, 黃愛民 申請人:羅地亞(中國)有限公司