中國粉體網(wǎng)訊  化學(xué)機械拋光（CMP）技術(shù)是實現(xiàn)材料全局表面平坦化的重要手段，稀土鈰基磨料因其具有顆粒硬度適中、可與被拋光材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)、可回收性和資源豐富等優(yōu)勢是目前應(yīng)用最廣泛的CMP磨料。

在稀土材料用于拋光粉之前，人們通常以氧化鐵為磨料對玻璃原件進(jìn)行拋光。在1933年，歐洲首次報道將CeO₂用于拋光，由于其自身獨特的晶體結(jié)構(gòu)、顆粒形狀等物理化學(xué)性質(zhì)，使得鈰基拋光材料已經(jīng)取代氧化鐵成為拋光領(lǐng)域主要使用的拋光磨料。

稀土拋光粉中的主要有效成分是CeO₂，另外含有少量其他稀土氧化物（如La₂O₃、Pr₆O₁₁、Nd₂O₃等）及添加元素F、S等。通常認(rèn)為拋光材料中CeO₂的含量越高，拋光效率也就越高。其實對于CeO₂拋光材料而言，當(dāng)CeO₂>40%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）后，拋光效率得到明顯提高。在此基礎(chǔ)上再增加CeO₂的含量，增加效果就減緩了。

CeO₂拋光粉還可按照Ce含量的不同來分，不同CeO₂含量的拋光粉性能各異，下表是目前國內(nèi)外生產(chǎn)的部分拋光粉的性質(zhì)及應(yīng)用領(lǐng)域。

后續(xù)再將拋光粉與pH值調(diào)節(jié)劑、分散劑、拋光助劑等混合就能制備出CeO₂拋光液（在拋光中可根據(jù)需要配置成不同濃度的CeO₂拋光液）。由于CeO₂拋光液拋光效率高，一般可達(dá)到0.8～1.5μm/min，而且粒子懸浮性好，拋光后易清理，因此通用性很強，常用于精密光學(xué)元件、晶體和藍(lán)寶石等的精密拋光過程，同時還可用于多重擴散硅片（儲存器硬盤基片）的高精度拋光，還可用于擴散片的拋光過程。

稀土拋光材料的“拋光機理”通常認(rèn)為是物理研磨和化學(xué)研磨的共同作用。物理研磨特指稀土拋光材料對物體表面所進(jìn)行的機械磨削作用，來平整微痕使其表面光滑；化學(xué)研磨是指稀土拋光材料中的氧化鈰與硅基材料表面的硅醇鍵脫水形成氧橋基鍵，抑制硅基材料水解過程中的再沉積現(xiàn)象，從而提高拋光速率。

對于拋光粉而言，單純追求高純度是沒有意義的。研究表明，CeO₂中摻雜不同稀土元素將使焙燒溫度改變，晶粒細(xì)化以及產(chǎn)生晶格畸變并形成氧空位，有利于提高拋光能力。此外，其含量、外形、含氟量、硬度等因素都能影響到稀土鈰基拋光粉的速率。

2024年7月9日，中國粉體網(wǎng)將在鄭州舉辦“2024高端研磨拋光材料技術(shù)大會”，屆時，包頭稀土研究院高級工程師陳傳東將帶來《稀土鈰基磨料的設(shè)計、合成及拋光性能研究》的報告。報告將從提高磨料的拋光效率入手，介紹材料設(shè)計合成方面的研究進(jìn)展及在拋光領(lǐng)域的應(yīng)用。

專家簡介

陳傳東，高級工程師，九三學(xué)社社員，包頭稀土研究院稀土拋光研究室負(fù)責(zé)人，國家新材料測試評價平臺-稀土行業(yè)中心-拋光材料負(fù)責(zé)人，中國稀土學(xué)會稀土拋光材料與界表面調(diào)控加工技術(shù)專業(yè)委員會委員，現(xiàn)主要從事稀土有機-無機雜化拋光磨料的合成方法學(xué)、多孔材料、CMP拋光機理及產(chǎn)業(yè)化等方面的研究。先后承擔(dān)和參與國家863項目、省部級及以上科研項目20余項，在國內(nèi)外SCI/EI期刊公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文30余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利2項，參與起草國家/行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項、主持起草企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項。

來源：

戴蒙姣：氧化鈰磨粒的可控制備及其拋光性能研究

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/空青）

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