随着稀土工业的发展,于二十世纪 30 年代,首先在欧洲出现了用稀土氧化物作抛光粉来抛光玻璃。在第二次世界大战中,稀土抛光粉很快在抛光精密光学仪器方面获得成功。由于稀土抛光粉具有抛光效率高、质量好、污染小等优点,激发了西方国家的研究热情。这样,稀土抛光粉就以取代传统抛光粉的趋势迅速发展起来。 国外于 60 年前开始生产稀土抛光粉,二十世纪 90 年代已形成各种标准化、系列化的产品达30多种。 目前,国外的稀土抛光粉生产厂家主要有法国罗地亚,比利时Solvay,美国Universal Photonics,日本Showa Chemical和旭硝子,印度RCMPA。1968 年,我国在上海跃龙化工厂首次研制成功稀土抛光粉,现在中国是世界上抛光粉的主要生产国,其年产量占全球80%以上。
稀土抛光粉(rare earth polishing powder)也称氧化铈抛光粉,是指主要由氧化铈组份所组成的抛光粉,氧化铈抛光粉主要成份为二氧化铈(CeO2),其次分别为氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3),此外还含有微量的氧化硅、氧化铝和氧化钙, 另外有些型号的抛光粉为了提供抛光性能加入3-7%氟。通常以镧铈氯化稀土或富铈碳酸稀土等化合物为原料,经化学法处理、灼烧、粉碎、筛分等过程制成。
氧化铈抛光粉的使用
1、除了氧化铈抛光粉,其他抛光粉的材料:抛光粉通常由氧化铈、氧化铝、氧化硅、氧化铁、氧化锆、氧化铬等组份组成,不同的材料的硬度不同,在水中的化学性质也不同,因此使用场合各不相同。氧化铝和氧化铬的莫氏硬度为9,氧化铈和氧化锆为7,氧化铁更低。氧化铈与硅酸盐玻璃的化学活性较高,硬度也相当,因此广泛用于玻璃的抛光。
2、氧化铈的颗粒度:粒度越大的氧化铈,磨削力越大,越适合于较硬的材料,ZF玻璃应该用偏细的抛光粉。要注意的是,所有的氧化铈的颗粒度都有一个分布问题,平均粒径或中位径D50的大小只决定了抛光速度的快慢,而最大粒径Dmax决定了抛光精度的高低。因此,要得到高精度要求,必须控制抛光粉的最大颗粒。
3、抛光粉的硬度:抛光粉的真实硬度与材料有关,如氧化铈的硬度就是莫氏硬度7左右,各种氧化铈都差不多。但不同的氧化铈体给人感觉硬度不同,是因为氧化铈抛光粉通常为团聚体,附图为一个抛光粉团聚体的电镜照片。由于烧成温度不同,团聚体的强度也不一样,因此使用时会有硬度不一样的感觉。当然,有的抛光粉中加入氧化铝等较硬的材料,表现出来的磨削率和耐磨性都会提高。
4、抛光浆料的浓度:抛光过程中浆料的浓度决定了抛光速度,浓度越大抛光速度越高。使用小颗粒抛光粉时,浆料浓度因适当调低。
5、氧化铈抛光粉的抛光模的选择:抛光模应该用软一点的。应该指出的是,很多聚氨酯抛光片中添加了氧化铈抛光粉。这些抛光粉的最大颗粒度同样决定了最终的抛光精度。依我之间,最好使用不加抛光粉的抛光模。
影响氧化铈抛光粉性能的指标
1、粉体的粒度大小:决定了抛光精度和速度,常用多少目和粉体的平均粒度大小来。过筛的筛网目数能掌握粉体相对的粒度的值,平均粒度决定了抛光粉颗粒大小的整体水平。
2、粉体莫氏硬度:硬度相对大的粉体具有较快的切削效果,同时添加一些助磨剂等等也同样能提高切削效果;不同的应用领域会有很大出入,包括自身加工工艺。
3、粉体悬浮性:好的粉要求抛光粉要有较好的悬浮性,粉体的形状和粒度大小对悬浮性能具有一定的影响,片形及粒度细些的抛光粉的悬浮性相对的要好一些,但不是决对的。抛光粉悬浮性能的提高也可通过加悬浮液(剂)来改善。
4、粉体的晶型:粉体的晶型是团聚在一起的单晶颗粒,决定了粉体的切削性、耐磨性及流动性。粉体团聚在一起的单晶颗粒在抛光过程中分离(破碎),使其切削性、耐磨性逐渐下降,不规则的六边形晶型颗粒具有良好的切削性、耐磨性和流动性。
5、外观颜色:原料中Pr的含量及灼烧温度等因素有关,镨含量越高,其粉体显棕红色。低铈抛光粉中含有大量的镨(铈镨料),使其显棕红色。高铈抛光粉,灼烧温度越高,其显偏白粉色,温度低(900度左右),其显淡黄色。
综上所述,为了增加氧化铈抛光粉的抛光速度,通常在氧化铈抛光粉加入氟以增加磨削率。铈含量较低的混合稀土抛光粉通常掺有3-8的氟;纯氧化铈抛光粉通常不掺氟。对ZF或F系列的玻璃来说,因为本身硬度较小,而且材料本身的氟含量较高,因此因选用不含氟的抛光粉为好。
1. 生产原料
目前,我国生产铈系稀土抛光粉的原料有下列几种:(1) 氧化铈 (CeO2) ,由混合稀土盐类经分离后所得 (w(CeO2)=99%);(2) 混合稀土氢氧化物 (RE(OH)3) (w(REO)=65% ,w(CeO2)≥65%);(3) 氯化稀土(RECl3) ,从混合氯化稀土中萃取分离得到的镧铈氯化稀土(主要含La ,Ce 和Pr(w(REO)≥45% ,w(CeO2)≥50%);(4) 镧铈碳酸稀土(w(REO)≥45% ,w(CeO2)≥60%)
2. 生产工艺
抛光粉的生产工艺流程:原料制备 →混料 →高温煅烧 →磨细 →分级 →添加悬浮剂 →包装
其中分级分为水力分级和气流研磨分级
由于铈系稀土抛光粉具有较优的化学与物理性能,所以在工业制品抛光中获得了广泛的应用。
主要用于平板玻璃、表蒙玻璃、工艺玻璃等抛光。普通光学玻璃、眼镜、玻璃模具抛光。精密光学玻璃、TN、STN,液晶玻璃基板、精密光学镜头等抛光。棱镜、透镜、投影机镜头抛光。LCD液晶玻璃、TFT、ITO导电玻璃、IC光掩膜等高精度抛光,也适用于金属抛光、工艺饰品、灯具等行业零件的粗抛光。
其中高铈系稀土抛光粉,主要适用于精密光学镜头的高速抛光。该抛光粉的性能优良,抛光效果较好,价格较高。中铈系稀土抛光粉,主要适用于光学仪器的中等精度中小球面镜头的高速抛光,该抛光粉与高铈粉比较,可使抛光粉的液体浓度降低11% ,抛光速率提高35% ,制品的光洁度可提高一级,抛光粉的使用寿命可提高30% 。低铈系稀土抛光粉,适用于电视机显像管、眼镜片和平板玻璃等的抛光。