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CeO2@SiO2纳米复合磨料的制备及其对光学石英玻璃的抛光性能/陈杨等
CeO2@SiO2纳米复合黁料的制备及其对光学石英玻璃的抛光性能
陈杨2,隆仁伟2,陈志刚1
(1江苏大学材料科学与工程学院,镇江212013;2常州大学材料科学与工程学院,常州213164)
摘要以无水乙醇为溶剂、氪水为催化剂,利用正硅酸乙酯水解所得的SiO微球为内核,以硝酸亚钟为铈源
六亚甲基四胺为沉淀荆,采用化学沉淀法制备了具有草莓状包覆结构的CeO2@SiO2复合颗粒。利用X射线衍射
仪、透射电子显微镜、场发射扫描电镜、能语仪、X射线光电子能语仪、纳米激光粒度分布仪等对所制备样品的结构进
行了表征。将所制备的包覆结构CeO2@SiO2复合磨料用于光学石英玻璃的化学机械抛光,采用原子力显微镜观察
了抛光表面的微观形貌,并测量了表面粗糙度。结果表明,所制备的CeO2@SiO2复合颗粒呈规则球形,粒度分布均
匀,粒径为150~200m,且具有明显的草莓状包覆结枘,大量纳米CeO2颗粒紧密包覆在SiO2表面。AFM测量结果
表明,抱光后玻璃表面划痕得到明显改善,在10pm×10m范围内表面粗糙度RMS值由1.65nm降至0.484nm
关键词CeO2@SiO2复合磨料包覆石英玻璃抛光
中图分类号:TB383
文献标识码:A
Preparation and Polishing Performance of Ce0@Si0 Composite Abrasives
CHEN Yang,, LONG Renwei, CHEN Zhigang
(1 School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013
2 Department of Materials Science and Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164)
bstract
In absolute ethanol solvent, with ammonia as catalyst, Sio ultrafine particles are prepared by hy
drolyz n ere h lo silicate. e i core-shell composite particles are synthesized by chemical precipitation
technique with cerium nitrate as cerium resource, hexamethylenetetramine as precipitating agent. As-prepared samples
are analyzed using X-ray diffraction, transmission lectron microscope, field emission scanning electron microscope,
energy dispersive analysis of,x-ray ho electron spectrometer, dynamic light scattering analyzer. Silica glass
is polished by Ce @Si composite abrasives, and the polishing performance of novel composite abrasives is charac
terized using atomic force mcrose The results indicate that the C@io comosite particles(150200m
diameter) have an excellent spherical morphology and uniform particle size. Ceo nanoparticles can be uniformly co-
ted on the surface of SIO core to form a shell. Surface roughness(RM S) within 10 m area of silica glass re-
duces from 1. 65nm to 0. 484nm polished by Ce @io composite abrasives. AFM D-morphologies show that the
polished silica glass surface becomes smooth and micro-scratch can hardly be observed
Key words Ceo(@SIO composite abrasives, coating, silica glass, polishin
和/或化学性质进行微观设计,制备出不同种类、硬度以及
物理和/或化学性质的复合磨料,希望在满足抛光表面质
石英玻璃具有光谱透过范围宽、耐高温、抗热神击、化学量的基础上进一步提高抛光速率、降低抛光表面缺陷。在
性能稳定以及耐射线辐照等优越性能,在光源、光通讯、激CMP中所使用的复合磨料通常包括掺杂型和包覆型。王
光、航天和核技术等领域中被广泛用于制造紫外光学镜头窗中林等?采用火焰燃烧法制备TiO2掺杂球形CeO2粉体,
口、棱镜和光掩膜基片等-。但石英玻璃也是典型的脆硬并成功应用于硅晶片的化学机械抛光。用这种球形TO2
材料,可加工性能差[,常规的机械加工导致残余应力和表掺杂CeO2磨料可以使抛光速率提高50%、表面缺陷降低
层/亚表层损伤严重。目前,化学机械抛光( Chemical me-80%。此外,具有包覆核壳结构的无机/无机复合磨
chanical polishing,CMP)仍然是获得超光滑表面的重要加工料,、有机/无机复合磨料9-的制备以及在CMP中的
方法之一。
应用已有一些报道
目前,复合磨料的研究逐渐成为CMP相关技术领域
为了研究CeO2包覆SiO2(CeO2cSiO2)纳米复合磨料,
中的一个热点。通过对纳米粒子的结构、形貌以及物理以单分散球形氧化硅微球为内核、六水硝酸亚铈为铈源、六
米江苏省工业支撑计划项目(BE2008037);常州市エ业科技攻关项目(CF2007068;CF2008083)
陈杨:男,1978年生,博士研究生,讲师,主要从事纳米复合材料制备及应用研究