氧化铈粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及氧化铈粉末及其制备方法。通过混合如氧化铈、氢氧化铈和碳酸铈的铈源和作为熔剂的碱金属化合物、并进行高温处理制备的本发明专利技术的氧化铈粉末可具有多种粒度同时具有球形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氧化铈粉末及其制备方法，更具体地，涉及通过混合作为熔剂的碱金属化合物与如氧化铈、氢氧化铈或碳酸铈的铈源以及热处理该混合物制备的具有多种尺寸的氧化铈球形氧化铈粉末，及其制备方法。
技术介绍
氧化铈是广泛用于催化剂、磷光体、化妆品、研磨剂等的高功能性陶瓷材料。随着半导体装置领域中STI方法的出现，其作为用于下一代化学机械抛光(下文称为“CMP”)法的浆料的主要材料的无机研磨剂，正引起注意。用于STI CMP法中的CMP浆料所需的性质为二氧化硅膜的去除速率、二氧化硅膜和氮化硅膜之间的选择性、低的抛光表面划痕产生等。为了得到这样的浆料，氧化铈粉末或研磨剂应具有理想的粒度、形状、氧化性、结晶性、强度等。高温固态法是一种用于通过如碳酸盐的挥发性物质的分解或在熔点附近加热以提高原子活度的不同物质的热反应合成新材料的方法。通过高温固态法的粉末合成的局限性在于，根据组成、粒度、聚集状态、杂质组成和含量等，颗粒生长难于控制。例如，包括碳酸盐的材料在700～1000℃的温度范围内分解。在分解和放出二氧化碳的过-->程中，颗粒间距增加，并且颗粒形状没有控制。因此，颗粒生长或形状控制是有限的。在陶瓷材料的高温处理中，为了降低烧结温度并制得精细颗粒，通常使用具有低熔点的材料作为熔剂。熔剂在低于主料的熔点的温度下提供液态，由此改进颗粒间接触，并利于主料烧结的熔融，这使材料转移更加容易。存在通过铈盐(碳酸铈、氯化铈、硫酸铈、氢氧化铈等)的高温处理合成氧化铈粉末的报道。然而，在大多数情况下，用于相变为氧化铈的简单目的进行高温处理。因此，颗粒形状或尺寸的控制是有限的。根据Matijevic等提出的常规氧化铈合成方法，将如Ce(SO4)24H2O、(NH4)4Ce(SO4)42H2O、(NH4)2Ce(NO3)6等的原料密封于派热克斯玻璃管并加热至预定温度，以沉淀氢氧化铈。然后，在约600℃下煅烧以制得六角平板或球体形式的颗粒(Wan Peter Hsu，Lena Roannquist，EgonMatijevic，“Preparation and Properties of Monodispersed ColloidalParticles of Lanthanide Compounds.2.Cerium(IV)，”Langmuir，4，31-37(1988))。采用在该文章中报道的技术，在低浓度下颗粒形状和尺寸的控制是可能的。然而，在高浓度下，由于得到针状氢氧化铈和硫酸铈的混合物晶体，形状控制是困难的。另外，生产率也很低。而且，所得粉末以数纳米尺寸的水合物存在，其使在高温处理中保持形状很困难。Takuya Tsuzuki等通过机械化学和煅烧方法使用氯化铈(CeCl3)和氢氧化钠(NaOH)合成了纳米尺寸的均匀氧化铈颗粒。他们报道，加入氢氧化钠(NaOH)和氯化钠(NaCl)用钢球粉碎氯化铈通过机械化学反应-->可合成氢氧化铈，以及通过在500℃或更高的温度下煅烧氢氧化铈可制得球形、纳米尺寸的氧化铈颗粒(Takuya Tsuzuki，Paul G. McCormick，“Synthesis of Ultrafine Ceria Powders by Mechanochemical Processing，”J.Am.Ceram.Soc.，84(7)，1453-58，(2001))。由于该技术在煅烧工序中必须使用过量的氯化钠(NaCl)作为衬垫材料，因此洗去氯化钠是困难的。另外，在高于氯化钠的升华温度的温度下，凝固控制是不可能的。并且，仅氯化铈(CeCl3)可用作原材料。根据日本的日立化学专利技术的用作CMP浆料的研磨剂材料的氧化铈的合成方法(韩国专利申请号10-2001-7014923)，在600～1000℃下回转炉中烘焙铈盐(碳酸铈、硫酸铈、草酸铈)，以制得氧化铈粉末，使用喷射磨或珠磨粉碎该氧化铈粉末，以制备氧化铈研磨剂。在该技术中，合成很小的具有微弱强度的烧结颗粒(数纳米)，以减少CMP过程中的划痕。因此，颗粒相当不均，并且在热处理过程中粒度也是不可能的。
技术实现思路
本专利技术的一个目的为提供通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物以及在高温下处理该混合物制备的氧化铈粉末。本专利技术的另一目的为提供通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物以及在高温下处理该混合物制备氧化铈粉末的方法。本专利技术的再一目的为提供通过粉碎所述氧化铈粉末并将其与分散和蒸馏水混合制备的氧化铈粉末浆。通过如下文所述的本专利技术可达到这些目的和其它目的。-->为了达到所述目的，本专利技术提供了通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物并在高温下处理该混合物制备的氧化铈粉末。本专利技术也提供了通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物并在高温下处理该混合物制备氧化铈粉末的方法。所述铈源可为选自包括氧化铈、氢氧化铈和碳酸铈的组的至少一种。所述碱金属化合物可为含有Li、Na、K、Rb、Cs或Fr的一种碱金属化合物。其中，含有选自包括如KOH、KNO3、CH3COOK、K2SO4、KCl、KF、NaOH、NaF、Na2O、CH3COONa和Na2SO4的含有Na或K的有机或无机化合物的组的Na或K的至少一种化合物是优选的。所述高温处理可在500～1200℃的温度范围内进行。本专利技术进一步提供通过粉碎所述氧化铈粉末并将其与分散剂和蒸馏水混合制备的氧化铈粉末浆。所述分散剂可为选自包括聚乙烯醇(PVA)、乙二醇(EG)、丙三醇、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酸酯、聚丙烯酸铵和聚丙烯酰马来酸酯的组的至少一种。下文给出本专利技术的详细说明。为了提供具有多种粒度、形状和表面特性的氧化铈颗粒，确定以下为主要组分。1)铈源：氧化铈、氢氧化铈、碳酸铈等。-->2)熔剂：碱金属化合物当氧化铈用作铈源时，其应具有小于待制备的氧化铈的尺寸。因此，没有加工，不能使用通过常规高温固态法制备的氧化铈。其应该精细地粉碎或通过溶液法制备，以使氧化铈可具有小的晶体尺寸。通过热液合成制备的氧化铈颗粒根据各合成条件具有独特的粒度分布和形状，并显示显著不同于其他铈盐(碳酸铈、氢氧化铈、硫酸铈、草酸铈等)的结晶性。不同于氢氧化铈或碳酸铈，氧化铈在高温处理中不挥发，并具有均匀的、圆形的颗粒形状。因此，由于高温处理、粉碎和分散工序中的粒度和形状控制，其为本专利技术的最佳铈源。优选地，所述热液合成的粉末具有在10～500nm范围内的粒度。氢氧化铈较热液合成的氧化铈低廉得多，并且初级颗粒具有小的尺寸，以致它们在较低温度下结晶化。如氢氧化铈，碳酸铈可以小成本制备，并且当在高温处理中放出二氧化碳时，被分解为小颗粒。因此，不考虑铈源的粒度，使用熔剂可将其制备为具有目的尺寸的颗粒。将各源颗粒分散于水溶液中，以制备分散浆。加入熔剂并均匀地混合该浆料。然后，使用喷雾干燥器或干燥炉干燥。喷雾干燥优点在于，由于可以控制次级颗粒的尺寸，后续粉碎工序变得简单。另外，炉干燥的优点在于，可在短时间内干燥大量。优选的干燥温度为70～200℃。将干燥的粉末放于具有充分耐热性和高温稳定性的氧化铝或铂坩埚中，并在500～1200℃的温度范围内高温处理。在高温处理中，加入足够空气保持氧化环境。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化铈粉末，其通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物以及高温处理该混合物制备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2004-7-29 10-2004-00597771、一种氧化铈粉末，其通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物以及高温处理该混合物制备。2、根据权利要求1所述的氧化铈粉末，其中，所述铈源选自包括氧化铈、氢氧化铈和碳酸铈的组的至少一种。3、根据权利要求1所述的氧化铈粉末，其中，所述碱金属化合物为选自包括如KOH、KNO3、CH3COOK、K2SO4、KCl、KF、NaOH、NaF、Na2O、CH3COONa和Na2SO4的组的至少一种。4、根据权利要求1所述的氧化铈粉末，其中，所述高温处理在500～1200℃的温度范围内进行。5、一种制备氧化铈粉末的方法，通过混合铈源和作为熔剂的碱金属化合物、干燥该混合物以及高温处理该...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢埈硕，金长烈，吴明焕，金钟珌，曹昇范，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]