影响稀土抛光粉抛光性能的因素有哪些?

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2024-06-11

抛光粉的表征可分两部分概括,即化学性质和物理性质。稀土拋光粉的物理性质包括粒度、硬度、比表面、悬浮性、晶体结构以及晶型等,有研究表明抛光粉的活性主要取决于化学组成、晶体结构、结晶形状以及抛光粉颗粒的破碎率。

以往通常认为CeO2纯度越高,抛光能力越强,抛光效果就越好,但事实并非全都如此。当CeO2的纯度达到一定程度时,品位就不再起决定性因素,随着品位的增加对抛光性能的改善几乎没有影响。

CeO2含量的影响

CeO2含量对稀土拋光粉的拋光能力具有重要影响。在实践中发现,当CeO2的含量大于40%后,其抛光效果会明显加强,继续增加CeO2的含量,其效果提升不再明显,当增加至80%~85%左右时,仅比CeO2含量为40%的抛光粉提高15%左右,可见纯度影响不是绝对的因素。对抛光粉而言,单纯追求高纯度是没有意义的。

其它稀土元素的影响

稀土抛光粉的化学成分中主要包括镧、铈、镨、钕、氟、铁、氧等化学元素,其中最主要的成分是氧化铈,其它稀土元素主要以固溶的方式存在于氧化铈的晶格中,起到改变晶体形貌、结构及抛光性能的作用。

稀土抛光粉中,其它稀土元素对抛光粉的抛光能力起到了积极作用,其原因在于其它稀土元素在不改变氧化铈的晶体结构情形下,使晶型在萤石型和六方晶系之间变化。例如面心立方Pr6O11与CeO2结构相同,也适合用于抛光;一些稀土氧化物几乎没有抛光能力,但可以在不改变CeO2晶体结构的基础上,在一定范围内与CeO2形成固溶体,使晶型在萤石型和六方晶系之间变化。

CeO2中掺杂不同稀土元素将使焙烧温度改变,晶粒细化以及产生晶格畸变并形成氧空位,有利于提高抛光能力。

非稀土杂质的影响

稀土抛光粉的化学成分中除稀土杂质外,还存在许多非稀土杂质,如氧、硫、氟、硅、铁、钙等化学元素,其中有些非稀土杂质如氟、硫等元素将能改变抛光粉晶型、颜色和抛光性能,还有些杂质如机械杂质和拋光粉中某些过硬的粒子,它们会在被抛光工件的表面造成机械损伤,产生划痕,即便这些杂质的含量小于0.001%,也会划伤玻璃。

此外,稀土碳酸盐中还含有少量的CaO,它会使抛光粉的抛光能力降低。因此,CaO的含量通常不可超过1%。

氟的影响

氟是铈基稀土拋光粉中常见的组成元素,氟的加入可以改变抛光粉的晶体结构,提高抛光粉的抛光能力;同时,氟组分能与被研磨的玻璃发生反应,从而提高研磨的平滑性和研磨效果;另外,加氟也可起到助溶剂的作用,能使反应温度降低,晶粒尺寸增大,但加氟量必须控制在合适的范围内。

掺氟的另一个重要作用在于在抛光过程中会生成HF,从而侵蚀玻璃表面原有的硅氧膜,生成一层新的硅氧膜,使玻璃得到很高的光洁度与透明度。

由于F元素对环境造成了危害,目前,人们对无氟稀土抛光材料越来越重视,相继开展了深入研究,尤其是在西方欧美国家的某些玻璃冷加工企业,无氟铈基稀土抛光粉已经成为加工过程中的必需品。

抛光粉的硬度

对常规材料而言,硬度大致分为三类,即划痕硬度、压入硬度和回跳硬度。对晶体材料而言,其硬度是其微观特性的宏观反映,它是由晶体的组成、结构和成键性质决定的。

抛光粉在拋光过程中既有化学作用,也有机械作用。玻璃表面吸附有一层硅胶层,在机械作用下,抛光粉会将其刮削掉,硬度越大的拋光粉刮削作用就会大。氧化铈之所以能用于各种玻璃的抛光,适用范围广、效果好,是因为其硬度与玻璃相同或稍高,且能进行微调。

粒度分布

稀土抛光粉的粒度分布是影响抛光性能的重要指标,合适的粒度分布才能获得较好的光洁度和较快的加工速度。对于同一个焙烧产物制备出的不同粒度分布的抛光材料,粒度越大加工越快,但也更容易发生划伤。有研究表明,颗粒中的粗大颗粒是影响抛光质量的因素,粗大颗粒越大,数量越多越容易在抛光件表面形成划伤,在不改变加工工艺的情况下,降低粒度分布中D100是降低粗大颗粒影响的有效手段。

抛光粉的比表面积

比表面积是指抛光粉单位质量的有效表面积,有时简称比表面。铈基稀土抛光粉的比表面积对抛光性能有着重要影响。

抛光粉通常以晶粒的团聚体状存在,而非单晶体状态,其晶粒的团聚并不是很紧密,因而会在内部形成孔穴,故抛光粉就有了内表面。玻璃在抛光过程中,CeO2小颗粒在机械压力下与玻璃表面上的硅胶层紧密的接触,就有可能因CeO2外表面的吸附作用使得硅胶层被CeO2颗粒吸附,CeO2的这个吸附能力被称为CeO2的活性。颗粒越小,总表面积越大,比表面加大,活性增加,表面吸附作用就越强。

此外,比表面积对研磨速率和研磨表面的精度有影响。高精密化学抛光一般要求抛光粉的比表面积在1~10 m2/g,比表面积太高,粉体的一次粒径小,抛光强度偏低,而比表面积太小,粉体的一次粒径大,拋光时极易造成划痕。需要注意的是,不同组分的拋光粉用于不同抛光材料时所要求的抛光粉比表面积不同。

物相结构及微观结构

抛光粉体中的氧化铈晶粒的晶型和微观结构对化学活性和物理磨削作用均有影响,进而决定了粉体的加工速度和表面质量。有研究认为适合抛光的CeO2为面心立方萤石结构的氧化铈晶体,同时微观结构呈葡萄状抛光材料更加适于抛光。

来源:粉体网

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