專利名稱：二氧化鈰及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本披露總體上涉及二氧化鈰材料和用于形成二氧化鈰材料的方法以及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
研磨材料被用于不同的工業(yè)中以去除疏松物質(zhì)或影響產(chǎn)品的表面特征，例如光 澤、質(zhì)地(texture)及均勻性。例如，金屬部件制造商們使用磨料將表面精制(refine)并 拋光成均勻光滑表面。同樣地，光學(xué)器件制造商們使用研磨材料來生產(chǎn)防止所不希望的光 衍射以及散射的無缺陷表面。此外，半導(dǎo)體制造商們可對基片材料進(jìn)行拋光以產(chǎn)生用于形 成電路部件的低缺陷表面。就某些應(yīng)用而言，制造商們典型地希望研磨材料具有高的切削速率。然而，在去除 速率與拋光表面品質(zhì)之間經(jīng)常存在著折衷辦法。更細(xì)顆粒研磨材料典型地產(chǎn)生更光滑的表 面，但可能具有更低的材料去除速率。更低的材料去除速率導(dǎo)致了更低的產(chǎn)量以及增加的 成本。另一方面，更大顆粒研磨材料具有更高材料去除速率，但可能會在拋光表面產(chǎn)生劃 痕、凹陷及其他變形。二氧化鈰(IV)或鈰土是用于對基于SiO2的組合物進(jìn)行拋光的陶瓷微粒。通常， 鈰土在拋光過程中通過機(jī)械方式去除了 Si02。另外，當(dāng)與其他材料比較時，對于SiO2的其 化學(xué)活性改進(jìn)了去除速率。為了將二氧化鈰基顆粒用于電子應(yīng)用(如半導(dǎo)體化學(xué)機(jī)械拋光 (CMP)、光掩膜拋光、或硬盤拋光)中，這些顆粒應(yīng)是充分研磨的以便以高速率拋光而不會 在拋光表面中產(chǎn)生劃痕、凹陷、或其他變形，且此外應(yīng)沒有污雜物。隨著器件制造技術(shù)持續(xù) 地縮小特征尺寸，這些缺陷和污染物明顯增加。這樣，一種改進(jìn)的研磨微粒和其形成的研磨漿料將是令人希望的。發(fā)明披露在一個具體實施方案中，一種微粒材料包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有在約 70nm至約120nm范圍內(nèi)的一次粒徑和在約80nm至約150nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布。在另一實施方案中，一種微粒材料包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有在約70nm至 約120nm范圍內(nèi)的一次粒徑和至少為約6. 6g/cm3密度。在又一實施方案中，一種微粒材料包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有約SOnm至約 199nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布和至少為約6. 6g/cm3密度。在另一實施方案中，一種研磨漿料包括一種微粒材料。該微粒材料包括二氧化鈰 顆粒，這些顆粒具有在約80nm至約199nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布和至少為約6. 6g/cm3密度。在再一實施方案中，一種形成二氧化鈰材料的方法包括將一種堿金屬堿與一種硝 酸鈰(III)水溶液進(jìn)行混合、使該混合物老化以形成二氧化鈰顆粒、將該混合物洗滌至離 子電導(dǎo)率為至少約500μ S/cm、并且在650°C至1000°C范圍內(nèi)的溫度下煅燒這些二氧化鈰顆粒。附圖簡要說明
通過參見附圖可以更好地理解本披露，并且使其許多特征和優(yōu)點對于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員變得清楚。

圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、以及圖9包括使用不同工藝參數(shù)而產(chǎn)生 的顆粒的圖像。優(yōu)選實施方案的說明在一個具體實施方案中，一種形成用于研磨漿料中的二氧化鈰微粒的方法包括將 一種堿金屬堿與一種硝酸鈰水溶液進(jìn)行混合、使該混合物老化以形成二氧化鈰微粒、洗滌 該混合物以提供至少約500μ S/cm的離子電導(dǎo)率，干燥并煅燒這些二氧化鈰顆粒。在一個 實例中，該堿金屬堿可包括氫氧化鉀。在又一實例中，該離子電導(dǎo)率可為至少約IOOOyS/ cm。煅燒可在約650°C至約1000°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行。具體地，就研磨應(yīng)用而言，所生成的二氧化鈰微?？删哂邢Ｍ亩喾N特征。例如， 二氧化鈰微?？删哂性诩s70nm至約120nm范圍內(nèi)的一次粒徑。在另一實例中，二氧化鈰微 ?？删哂屑sSOnm至約199nm范圍內(nèi)的二次粒徑。此外，二氧化鈰微?？删哂兄辽贋榧s6. 6g/ cm3的密度。根據(jù)本披露的一個實施方案，通過一種沉淀工藝來形成二氧化鈰研磨材料。例如， 可將堿添加至一種包括鈰鹽的溶液中或可將鈰鹽添加至一種包括堿的溶液中。具體地，該 溶液可為鈰鹽的一種水溶液。鈰鹽的例子包括硝酸鈰、氯化鈰、氫氧化鈰、碳酸鈰、硫酸鈰、 或其一種組合。在一個具體實施方案中，鈰(III)鹽包括硝酸鈰。盡管可使用不同的堿，但處理典型地涉及將一種金屬氫氧化物堿與鈰(III)鹽水 溶液進(jìn)行混合。金屬氫氧化物堿可為由一種堿金屬形成的堿或由一種堿土金屬所生成的 堿。具體地，金屬氫氧化物堿的例子包括氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、或其一種組合。 在一個實例性實施方案中，將氫氧化鉀與硝酸鈰水溶液進(jìn)行混合。在一個實施方案中，使該混合物老化。例如，可將該混合物攪拌至少8小時時間， 如至少12小時、至少16小時、或甚至至少24小時。老化可在室溫下進(jìn)行?？商娲?，老化 可于至少80°C的溫度下進(jìn)行。此外，將該混合物洗滌以提供希望的離子電導(dǎo)率。典型地通過將離子電導(dǎo)探針放 置于該混合物中來測定離子電導(dǎo)率。當(dāng)使用堿金屬堿來沉淀二氧化鈰時，該離子電導(dǎo)率可 指示剩余堿金屬離子(例如鉀離子)的水平。具體地，進(jìn)行洗滌以保留至少一部分鉀離子。 在一個實施方案中，可將混合物洗滌至離子電導(dǎo)率為至少約500 μ S/cm。例如，洗滌后的離 子電導(dǎo)率可為至少約800μ S/cm，例如至少約1000 μ S/cm、至少約1100 μ S/cm、或甚至至少 約1400 μ S/cm。具體地，電導(dǎo)率可為至少約1500 μ S/cm、或甚至高達(dá)2500 μ S/cm或更高。 總體而言，離子電導(dǎo)率不大于約3500μ S/cm，例如不大于3000 μ S/cm。此外，可將混合物干燥以獲得處于粉末形式的微粒鈰土材料。例如，該混合物可使 用(例如)噴霧干燥法、冷凍干燥法、或盤式干燥法來干燥。總體而言，通過選擇干燥方法 可實現(xiàn)不同的附聚特征。例如，盤式干燥可在低溫(如約室溫)下進(jìn)行?？商娲?，盤式干 燥可于較高溫度(如至少約iocrc)下進(jìn)行?？傮w而言，噴霧干燥在大于iocrc的溫度(如 至少約200°C )下進(jìn)行。冷凍干燥涉及將漿料冷凍成固態(tài)且然后將其于真空下(約350毫 托)加熱至小于100°c，已知該過程用于生產(chǎn)較少附聚的粉末。例如，在足以促進(jìn)晶體生長并增加微粒鈰土材料密度的溫度下使用一種煅燒方法對干燥的二氧化鈰微粒進(jìn)行熱處理。典型地，熱處理在至少約650°C、但不大于約1000°C的 溫度下進(jìn)行。在小于約650°C的溫度下，希望的晶體生長典型地不會在鈰土材料中發(fā)生，而 在大于約1000°C的溫度下，這些鈰土顆?？烧宫F(xiàn)導(dǎo)致拋光缺陷的有角形狀。在一個實施方 案中，煅燒溫度可在約700°C至約850°C的范圍內(nèi)。例如，煅燒溫度可在約750°C至約825°C 的范圍內(nèi)。在一個實施方案中，將煅燒的鈰土材料濕磨以獲得希望的二次二氧化鈰粒徑分 布。例如，可用一種水溶液潤濕煅燒的鈰土材料并將其研磨。濕磨過程可通過將至多30wt % 的鈰土粉末添加至PH預(yù)調(diào)節(jié)的去離子水中來進(jìn)行。在一個實例中，在研磨過程中可使用0. 3至0. 4mm的高純度&02研磨介質(zhì)。通過 所打的粒徑分布來確定漿料研磨時間。此外，使鈰土材料經(jīng)受離子交換過程以去除金屬離子，例如這些堿金屬離子。在一 個實例中，離子交換法可包括流化床離子交換法?？商娲?，可使用一種固定床離子交換 法。鈰土材料亦可進(jìn)行過濾或濃縮。在一個具體實施方案中，可將鈰土材料結(jié)合成一種漿料配制品。在一個實例中，該 漿料配制品是一種水性漿料配制品?？商娲?，該漿料配制品可為一種基于有機(jī)物的漿料 配制品。此外，該漿料配制品可包括分散劑類、殺蟲劑類、及其他添加劑類。例如，漿料配制 品可包括低分子量聚合物添加劑，例如基于聚丙烯酸酯的添加劑類。在另一實例中，漿料配 制品可具有希望的PH，例如pH大于5、或至少約7。例如，可使用不包括堿金屬或堿土金屬 的堿(例如氫氧化銨)來控制PH。具體地，上述過程提供具有希望特征的二氧化鈰顆粒(例如二氧化鈰(IV)顆粒)。 已出乎意料地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有這些特征的研磨漿料用于拋光表面(例如硅石硅表面)時產(chǎn)生 了所希望的表面特征以及去除速率。例如，這些二氧化鈰顆粒具有約70nm至約120nm范圍 內(nèi)的一次粒徑。在一些實施方案中，這些二氧化鈰具有的顆粒的一次粒徑是在約70nm至約 IOOnm范圍肉，例如在約80nm至約IOOnm范圍內(nèi)。如此使用的，一次粒徑用來表示顆粒的平均最長或長度尺寸。例如，當(dāng)這些二氧化 鈰顆粒呈現(xiàn)球形或接近球形的形狀時，可使用粒徑來表示平均顆粒直徑。平均粒徑可通過 選取多個代表性樣品并測量在代表性樣品圖像中所發(fā)現(xiàn)的粒徑來確定。這些樣品圖是可由 不同表征技術(shù)獲得，例如由掃描電子顯微鏡(SEM)獲得。粒徑與單獨可識別的顆粒有關(guān)。此外，這些二氧化鈰顆?？删哂性诩s80nm至約199nm范圍內(nèi)的二次粒徑。在一個 實施方案中，二次粒徑可在約80nm至約175nm范圍內(nèi)，例如約80nm至約149nm。具體地，二 次粒徑可在約140nm至約149nm的范圍內(nèi)。可使用光散射技術(shù)(例如Horiba LA-920激光 粒徑分析儀及MalvernZetasizer)來測量二次粒徑。除粒徑之外，鈰土材料的形貌可進(jìn)一步以比表面積來表征。比表面積可使用 Brunauer Emmett Teller(BET)方法由氣體吸附來獲得。根據(jù)本文實施方案，二鈰土材料 包括具有比表面積在約5m2/g至約15m2/g范圍內(nèi)的二氧化鈰顆粒。在一個實施方案中，這 些二氧化鈰顆?？删哂械谋缺砻娣e在約6m2/g至約13m2/g的范圍內(nèi)，例如，如約6m2/g至約
10m2/go此外，這些二氧化鈰顆粒可具有至少為約6. 6g/cm3的密度。例如，該密度可為至少 約7. Og/cm3。在一個實施方案中，這些二氧化鈰顆?？删哂性诩s6. 6g/cm至約7. 2g/cm3的范圍內(nèi)的密度。在一個具體實施方案中，二次粒徑可通過計算、量測、或其一種組合來確定?？傮w 而言，二次粒徑指示一次顆粒的附聚或融合的程度。例如，可基于BET比表面積來計算二次 粒徑。在另一實例中，可使用激光衍射來量測量二次粒徑，例如使用Horiba LA-920激光粒 徑分析儀。在具體的情況中，工業(yè)上通過激光散射技術(shù)測量的尺寸與由BET比表面積計算 的尺寸的比值來表征二氧化鈰材料。二氧化鈰材料可展現(xiàn)小于3. O的比值，如不大于2. 5 的比值。在一個實例中，該比值是在1. O至3. O范圍內(nèi)，例如1. 2至2. 2。此外，鈰材料可由Kwon等人所概述的方法(美圖專利7，090, 821)來表征。如根據(jù) Kwon等人概述的方法確定的，鈰土材料可具有至少約2.0的α內(nèi)聚度(cohesive scale) 并可具有不大于3. O的β內(nèi)聚度。在一個實例性實施方案中，所生成的二氧化鈰材料可包括多晶二氧化鈰顆?；騿?晶二氧化鈰顆粒與多晶二氧化鈰顆粒的一種混合物。在一個實施方案中，單晶二氧化鈰顆 粒與多晶二氧化鈰顆粒的比值是在1 9至9 1范圍內(nèi)。例如，該比值可從1 3至 3 1?？商娲兀嬐敛牧峡芍饕獮槎嗑?。此外，鈰土材料實質(zhì)上不含晶格取代性雜質(zhì)，如鈦。例如，鈰土材料可為至少 99. Owt%二氧化鈰，如至少約99.氧化鈰，或甚至大于99. 9wt%二氧化鈰。此外，鈰土材料可具有希望的顆粒形態(tài)。例如，鈰土材料的顆?？纱篌w上呈圓形。 “圓形的”表示顆粒具有的縱橫比(例如，第一尺寸除以下一個最長尺寸)為約1，其中，立方 體除外。具體地，二氧化鈰材料可具有不大于1.28 (例如不大于1.24)的平均圓度，平均圓 度定義為一系列顆粒尺寸的平均比值。例如，該平均圓度可不大于1. 2，例如不大于1. 15。上述二氧化鈰材料展現(xiàn)了所希望的特性，特別是在用于研磨漿料的情況下。具體 地，上述方法能夠形成具有受控特性的二氧化鈰材料，當(dāng)用于研磨漿料中時，這些二氧化鈰 材料提供了優(yōu)于先有技術(shù)二氧化鈰材料的出乎意料的技術(shù)優(yōu)點。典型地，文獻(xiàn)關(guān)注了低密度鈰土材料。例如，Yoshida等人(參見例如 U. S. 6，343，976、U. S. 6，863，700、以及 U. S. 7，115,021)披露了由燒結(jié)的碳酸鈰材料形 成二氧化鈰微粒的技術(shù)。這些技術(shù)典型地產(chǎn)生了低密度多孔材料，Yoshida等人倡導(dǎo)使 用這些材料。盡管其他參考文獻(xiàn)披露了鈰土材料的沉淀(參見例如U. S. 5，938，837或 U. S. 6，706，082)，這些參考文獻(xiàn)披露了生產(chǎn)低密度材料或者生產(chǎn)小粒徑材料的技術(shù)。與文獻(xiàn)的傳授內(nèi)容相反，諸位申請人已發(fā)現(xiàn)了具有特定粒徑的更高密度二氧化鈰 材料提供了經(jīng)改進(jìn)的研磨漿料。具體地，當(dāng)使用這些研磨漿料來拋光硅石基片時，這些研磨 漿料提供了高去除速率并且還提供了具有優(yōu)良表面光潔度的拋光表面。此外，諸位申請人 已發(fā)現(xiàn)了使用特定工藝特征(包括在特定離子的存在下燒結(jié)鈰土材料，繼而通過濕磨以及 離子交換)提供了當(dāng)用于研磨漿料中時提供希望的拋光特征的鈰土材料。SM實例1在劇烈攪拌下用5000g 30%氫氧化銨(NH4OH)溶液來滴定一種31. 2%硝酸鈰 (III)水溶液(20003g)。將該混合物在室溫下洗滌并在90°C下老化18小時。最終的離子 電導(dǎo)率是8500yS/cm。在220°C的溫度下經(jīng)高壓滅菌對該混合物進(jìn)行熱處理。將生成的二 氧化鈰顆粒以至多30wt%的固體裝載量(solids loading)在3. 5至6的pH范圍內(nèi)進(jìn)行濕
8磨并過濾以產(chǎn)生鈰土材料。該鈰土材料包括具有90nm的二次粒徑、70m2/g的比表面積、以 及6. 22g/cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在1000 A /min的材料 去除速率(MRR)下產(chǎn)生優(yōu)良的表面光潔度。實例2在劇烈攪拌下用5000g 30%氫氧化銨(NH4OH)溶液來滴定一種31. 2%硝酸鈰 (III)水溶液(20003g)。將混合物于室溫下老化18小時并洗滌至離子電導(dǎo)率為約570 μ S/ cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱爐中在900°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并 使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的pH范 圍內(nèi)進(jìn)行濕磨并過濾以產(chǎn)生一種鈰土材料。該二氧化鈰材料包括具有99nm的二次粒徑、 31. 7m2/g的比表面積、以及6. 82g/cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀是各種各樣的并在 4200 A/min的材料去除速率(MRR)下產(chǎn)生可接受的表面光潔度。實例3在劇烈攪拌下用5，OOOg 30%氫氧化銨(NH4OH)溶液來滴定一種31. 2%硝酸鈰 (III)水溶液(20003g)。將該混合物在室溫下老化18小時并洗滌至離子電導(dǎo)率為6200 μ S/ cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱爐中在900°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并 使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的pH范 圍內(nèi)進(jìn)行濕磨并過濾以產(chǎn)生鈰土材料。該鈰土材料包括具有95nm的二次粒徑、32. 5m2/g的 比表面積、以及6. 84g/cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀是各種各樣的并在4200 A /min 的材料去除速率(MRR)下產(chǎn)生可接受的表面光潔度。實例 4用5000g 30%氫氧化銨(NH4OH)堿溶液來滴定一種31. 2%硝酸鈰(III)水溶液 (20003g)。將該混合物于室溫下老化18小時并洗滌至離子電導(dǎo)率為23，300 μ S/cm。干燥 該混合物并通過在箱式加熱爐中在iioo°c的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷 卻至室溫。將生成的二氧化鈰顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的PH范圍內(nèi)濕 磨并過濾以產(chǎn)生鈰土材料。該鈰土材料包括具有97nm的二次粒徑、35. 7m2/g的比表面積、 以及6. 71g/cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈角形并在4000 A /min的材料去除速率 (MRR)下產(chǎn)生差的表面光潔度。實例 5用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫 下老化18小時時間。將該混合物洗滌至離子電導(dǎo)率為49 μ S/cm。干燥該混合物并通過在 箱式加熱爐中在845°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。該鈰土材 料包括具有99nm的二次粒徑、31. 0m2/g的比表面積、以及6. 78g/cm3密度的二氧化鈰顆粒。 顆粒形狀是各種各樣的并在3700人/min的材料去除速率(MRR)下產(chǎn)生可接受的表面光潔 度。實例6用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫下 老化18小時時間。將該混合物洗滌至離子電導(dǎo)率為1120 μ S/cm。干燥該混合物并通過在箱 式加熱爐中在800°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的二 氧化鈰顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的pH范圍內(nèi)進(jìn)行濕磨并過濾以產(chǎn)生鈰土材料。該二氧化鈰材料包括具有143nm的二次粒徑、10. 36m2/g的比表面積、以及7. 13g/ cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在2500 A /min的材料去除速率 (MRR)下產(chǎn)生了通常的表面光潔度。實例7用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫下 老化18小時時間。將該混合物洗滌至離子電導(dǎo)率為1428yS/cm。干燥該混合物并通過在 箱式加熱爐中在800°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的 二氧化鈰顆粒以至多30wt %的固體裝載量在3. 5至6的pH范圍內(nèi)濕磨。隨后，通過在混合 床樹脂(陽離子與陰離子的比值=1)中通過離子交換對二氧化鈰進(jìn)行處理，其中樹脂與鈰 土的比值=2 1。在離子交換2小時后分離出樹脂并丟棄，并將這些二氧化鈰顆粒進(jìn)行過 濾以生成二氧化鈰材料。該鈰土材料包括具有197nm的二次粒徑、6. 85m2/g的比表面積、以 及6. 76g/cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在4050 A /min的材料 去除速率(MRR)下產(chǎn)生了差的表面光潔度。實例8用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫 下老化18小時時間并洗滌至離子電導(dǎo)率為1428μ S/cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱 爐中在800°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰 顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的pH范圍內(nèi)濕磨。隨后，通過在混合床樹脂 (陽離子與陰離子的比值=1)中通過離子交換對二氧化鈰進(jìn)行處理，其中樹脂與鈰土的比 值=2 1。在離子交換2小時后分離出樹脂并丟棄，并將這些二氧化鈰顆粒過濾以生成二 氧化鈰材料。該鈰土材料包括具有186nm的二次粒徑、7. 18m2/g的比表面積、以及6. Slg/ cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在4300 A /min的材料去除速率 (MRR)下產(chǎn)生了通常的表面光潔度。實例9用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物老化18小 時并洗滌至離子電導(dǎo)率為1428μ S/cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱爐中在800°C的溫 度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰顆粒以至多30wt% 的固體裝載量在3.5至6的pH范圍內(nèi)濕磨。隨后，通過在混合床樹脂(陽離子與陰離子的 比值=1)中通過離子交換對二氧化鈰進(jìn)行處理，其中樹脂與鈰土的比值=2 1。在離子 交換2小時后分離出樹脂并丟棄，并將這些二氧化鈰顆粒過濾以生成二氧化鈰材料。該鈰 土材料包括具有164nm的二次粒徑、6. 48m2/g的比表面積、以及6. 83g/cm3密度的二氧化鈰 顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在4300 A/min的材料去除速率(MRR)下產(chǎn)生良好的 表面光潔度。實例10用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫 下老化18小時時間并洗滌至離子電導(dǎo)率為1428 μ S/cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱 爐中在800°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰 顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的pH范圍內(nèi)濕磨。隨后，通過在混合床樹脂 (陽離子與陰離子的比值=1)中通過離子交換對二氧化鈰進(jìn)行處理，其中樹脂與鈰土的比
10值=2 1。在離子交換2小時后分離出樹脂并丟棄，并將這些二氧化鈰顆粒過濾以生成鈰 土材料。該鈰土材料包括具有148nm的二次粒徑、6. 94m2/g的比表面積、以及7. 04g/cm3密 度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在4800 A/min的材料去除速率(MRR) 下產(chǎn)生優(yōu)良的表面光潔度。實例11用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫下老 化18小時時間并洗滌至離子電導(dǎo)率為887μ S/cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱爐中 在800°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰顆粒 以至多30襯％的固體裝載量在3.5至6的pH范圍內(nèi)濕磨。隨后，通過在混合床樹脂(陽離 子與陰離子的比值=1)中通過離子交換對二氧化鈰進(jìn)行處理，其中樹脂與鈰土的比值= 2 1。在離子交換2小時后分離出樹脂并丟棄，并將這些二氧化鈰顆粒過濾以生成鈰土材 料。該鈰土材料包括具有146nm的二次粒徑、12. llm2/g的比表面積、以及7. 14g/cm3密度 的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在4700 A/min的材料去除速率(MRR)下 產(chǎn)生優(yōu)良的表面光潔度。實例12用22. 5襯％氫氧化鉀(KOH)堿來沉淀硝酸鈰(III)水溶液。將該混合物在室溫 下老化18小時時間并洗滌至離子電導(dǎo)率為1120 μ S/cm。干燥該混合物并通過在箱式加熱 爐中于800°C的溫度下煅燒2小時對其進(jìn)行熱處理并使其冷卻至室溫。將生成的二氧化鈰 顆粒以至多30襯％的固體裝載量在3. 5至6的pH范圍內(nèi)濕磨。隨后，通過在混合床樹脂 (陽離子與陰離子的比值=1)中通過離子交換對二氧化鈰進(jìn)行處理，其中樹脂與鈰土的比 值=2 1。在離子交換2小時后分離出樹脂并丟棄，并將這些二氧化鈰顆粒過濾以生成二 氧化鈰材料。該鈰土材料包括具有143nm的二次粒徑、9. 29m2/g的比表面積、以及7. Ilg/ cm3密度的二氧化鈰顆粒。顆粒形狀呈球形或接近球形并在4700 A /min的材料去除速率 (MRR)下產(chǎn)生優(yōu)良的表面光潔度。下表1給出了處理條件的概括。表2展示由形成方法所生成的二氧化鈰顆粒的多 個特征，例如二次粒徑、比表面積、密度、顆粒形狀、及拋光特征。表1.處理條件
權(quán)利要求
一種微粒材料，包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有在80nm至199nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布以及至少6.6g/cm3的密度。
2.如權(quán)利要求1所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有在70nm至120nm范圍 內(nèi)的一次粒徑。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微粒材料，其中，該二次粒徑分布是在SOnm至149nm的范 圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的微粒材料，其中，該二次粒徑分布是在140nm至149nm的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1-4中的任何一項所述的微粒材料，其中，該密度是至少7.Og/cm3。
6.如權(quán)利要求1-4中的任何一項所述的微粒材料，其中，該密度是在6.6g/cm3至7. 2g/ cm3的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1-6中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有在 5m2/g至15m2/g范圍內(nèi)的比表面積。
8.如權(quán)利要求7所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有6m2/g至13m2/g范圍 內(nèi)的比表面積。
9.如權(quán)利要求1-8中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒的計算的 二次粒徑與這些二氧化鈰顆粒的二次粒徑分布的比值是在1. 0至3. 0的范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求9所述的微粒材料，其中，該比值是在1.2至2. 1的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)利要求1-10中的任何一項所述的微粒材料，其中，該微粒材料具有不大于 1.28的圓度。
12.如權(quán)利要求11所述的微粒材料，其中，該圓度不大于1.24。
13.一種微粒材料，包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有在70nm至120nm范圍內(nèi)的一次粒 徑以及在80nm至149nm范圍內(nèi)的二次粒徑。
14.如權(quán)利要求13所述的微粒材料，其中，該一次粒徑是在70nm至IOOnm的范圍內(nèi)。
15.如權(quán)利要求14所述的微粒材料，其中，該一次粒徑是在SOnm至IOOnm的范圍內(nèi)。
16.如權(quán)利要求13-15中的任何一項所述的微粒材料，其中，該二次粒徑分布是在 140nm至149nm的范圍內(nèi)。
17.如權(quán)利要求13-16中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有至 少6. 6g/cm3的密度。
18.如權(quán)利要求17所述的微粒材料，其中，該密度是至少7.Og/cm3。
19.如權(quán)利要求17所述的微粒材料，其中，該密度是在6.6g/cm3至7. 2g/cm3的范圍內(nèi)。
20.如權(quán)利要求13-19中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有在 5m2/g至15m2/g范圍內(nèi)的比表面積。
21.如權(quán)利要求20所述的微粒材料，其中，該比表面積是在6m2/g至13m2/g的范圍內(nèi)。
22.如權(quán)利要求13-21中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒包括多 晶顆粒。
23.如權(quán)利要求13-22中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒包括單 晶顆粒以及多晶顆粒。
24.如權(quán)利要求13-23中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒的計算的二次粒徑與這些二氧化鈰顆粒的二次粒徑分布的比值是不大于3. 0。
25.如權(quán)利要求24所述的微粒材料，其中，該比值是在1.0至3. 0的范圍內(nèi)。
26.如權(quán)利要求25所述的微粒材料，其中，該比值是在1.2至2. 1的范圍內(nèi)。
27.如權(quán)利要求13-26中的任何一項所述的微粒材料，其中，該微粒材料具有不大于 1.28的圓度。
28.如權(quán)利要求27所述的微粒材料，其中，該圓度是不大于1.24。
29.一種微粒材料，包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有在70nm至140nm范圍內(nèi)的一次粒 徑以及至少6. 6g/cm3的密度。
30.如權(quán)利要求29所述的微粒材料，其中，該一次粒徑是在80nm至IOOnm的范圍內(nèi)。
31.如權(quán)利要求29或30所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有在SOnm至 149nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布。
32.如權(quán)利要求31所述的微粒材料，其中，該二次粒徑分布是在140nm至149nm的范圍內(nèi)。
33.如權(quán)利要求29-32中的任何一項所述的微粒材料，其中，該密度是至少7.Og/cm3。
34.如權(quán)利要求29-32中的任何一項所述的微粒材料，其中，該密度是在6.6g/cm3至 7. 2g/cm3的范圍內(nèi)。
35.如權(quán)利要求29-34中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒具有在 5m2/g至15m2/g范圍內(nèi)的比表面積。
36.如權(quán)利要求29-35中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒包括單 晶顆粒以及多晶顆粒。
37.如權(quán)利要求29-36中的任何一項所述的微粒材料，其中，這些二氧化鈰顆粒的計算 的二次粒徑與這些二氧化鈰顆粒的測量的二次粒徑分布的比值是不大于3. 0。
38.如權(quán)利要求29-37中的任何一項所述的微粒材料，其中，該微粒材料具有不大于 1.28的圓度。
39.如權(quán)利要求38所述的微粒材料，其中，該圓度是不大于1.24。
40.一種磨料漿料配制品，包括微粒材料，該微粒材料包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具 有在80nm至199nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布以及至少6. 6g/cm3的密度。
41.如權(quán)利要求40所述的磨料漿料配制品，其中，這些二氧化鈰顆粒具有在SOnm至 IOOnm范圍內(nèi)的一次粒徑。
42.如權(quán)利要求40或權(quán)利要求41所述的磨料漿料配制品，其中，該二次粒徑分布是在 80nm至149nm的范圍內(nèi)。
43.如權(quán)利要求40-42中的任何一項所述的磨料漿料配制品，其中，該二次粒徑分布是 在140nm至149nm的范圍內(nèi)。
44.如權(quán)利要求40-43中的任何一項所述的磨料漿料配制品，其中，該密度是至少 7. Og/cm3。
45.如權(quán)利要求40-43中的任何一項所述的磨料漿料配制品，其中，該密度是在6.6g/ cm3至7. 2g/cm3的范圍內(nèi)。
46.如權(quán)利要求40-45中的任何一項所述的磨料漿料配制品，其中，這些二氧化鈰顆粒 具有在5m2/g至15m2/g范圍內(nèi)的比表面積。
47.如權(quán)利要求40-46中的任何一項所述的磨料漿料配制品，其中，該微粒材料具有不 大于1.28的圓度。
48.一種形成微粒材料方法，該方法包括將一種堿金屬堿與一種硝酸鈰(III)的水溶液進(jìn)行混合；使該混合物老化以形成二氧化鈰顆粒；將該混合物洗滌至離子電導(dǎo)率為至少500 μ S/cm ；并且在650°C至1000°C范圍內(nèi)的溫度下對這些二氧化鈰顆粒進(jìn)行熱處理。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，進(jìn)一步包括將這些二氧化鈰顆粒濕磨至從SOnm至 149nm的二次粒徑。
50.如權(quán)利要求49所述的方法，進(jìn)一步包括進(jìn)行離子交換過程以去除堿金屬離子。
51.如權(quán)利要求48-50中的任何一項所述的方法，其中該堿金屬的堿包括氫氧化鉀。
52.如權(quán)利要求48-51中的任何一項所述的方法，其中，該溫度是在700°C至850°C的范 圍內(nèi)。
53.如權(quán)利要求52所述的方法，其中，該溫度是在750°C至825°C的范圍內(nèi)。
54.如權(quán)利要求48-53中的任何一項所述的方法，其中該離子電導(dǎo)率是不大于 3000 μ S/cm。
55.如權(quán)利要求48-54中的任何一項所述的方法，其中煅燒包括進(jìn)行煅燒以形成具有 的密度為至少6. 6g/cm3的二氧化鈰顆粒。
56.如權(quán)利要求48-55中的任何一項所述的方法，其中，這些二氧化鈰顆粒具有從約 5m2/g至約15m2/g的比表面積。
57.一種形成微粒材料方法，該方法包括煅燒一種二氧化鈰粉末，該二氧化鈰粉末具有的生長指數(shù)為至少50。
58.如權(quán)利要求57所述的方法，其中該生長指數(shù)是至少80。
59.一種通過煅燒二氧化鈰粉末形成的微粒材料，該二氧化鈰粉末具有的生長指數(shù)為 至少50。
60.如權(quán)利要求59所述的微粒材料，其中該生長指數(shù)是至少80。
61.一種微粒材料，包括二氧化鈰，該二氧化鈰具有不大于1. 28的平均圓度，該微粒材 料是實質(zhì)上不含晶格取代雜質(zhì)的。
62.如權(quán)利要求61所述的微粒材料，其中，該平均圓度是不大于1.24。
63.如權(quán)利要求62所述的微粒材料，其中，該平均圓度是不大于1.20。
64.如權(quán)利要求63所述的微粒材料，其中，該平均圓度是不大于1.15。
全文摘要
一種微粒材料包括二氧化鈰顆粒，這些顆粒具有在80nm至199nm范圍內(nèi)的二次粒徑分布以及至少6.6g/cm3的密度。
文檔編號C01F17/00GK101977873SQ200980109369
公開日2011年2月16日 申請日期2009年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者A·G·哈艾勒, J·王 申請人:圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司