氟化方式对含氟铈基稀土抛光粉性能的影响

王静溪

【摘 要】在制备含氟铈基稀土抛光粉时，首先将氢氟酸与铈基稀土混合进行氟化处理，经氟化反应后得到抛光粉前驱体，然后再经高温焙烧、研磨粉碎等工序，便可以得到稀土元素氧化物抛光粉成品。

【Abstract】In the preparation of rare earth polishing powder containing fluorine cerium radical， its fluorination treatment is mixing the hydrofluoric acid and rare earth containing cerium， then we can obtain the polishing power precursor， by calcination， grinding and other processes， we can get a rare earth oxide polishing powder products.

【关键词】氟化方式；含氟量；抛光粉性能

【Keywords】fluorination； fluoride content； polishing powder performance

【中图分类号】O614.332 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）03-0192-02

1 引言

稀土抛光粉属于稀土氧化物的一种，不仅可以提高抛光加工效率，还可以有效提升抛光产品质量，是当前抛光加工行业中使用较为广泛的抛光材料。影响稀土抛光粉性能的因素较多，包括焙烧温度、焙烧时间、抛光粉粒度等，并且制备稀土抛光粉的方法也有多种，但是现阶段有关氟化方式对含氟铈基稀土抛光粉性能影响的研究较少，缺乏理论指导和经验参考。

2 含氟铈基稀土抛光粉的制备试验

2.1 试验材料及仪器

使用氟化法制备含氟铈基稀土抛光粉时，所用试验材料主要有稀土元素氧化物含量为47.37%的工业级碳酸镧铈、去离子水以及氢氟酸三种，所用试验仪器主要包括鑫邦SY搅拌磨、LS-POP（8A）激光粒度仪、X'Pert PRO型X射线衍射仪、JSM 6510扫描式电子显微镜、ZH6431型粉体综合测试仪几种。

2.2 含氟铈基稀土抛光粉的制备过程

在实际操作过程，首先将适量去离子水加入到工业级碳酸镧铈中，待搅拌均匀之后对混合溶液进行水浴处理，水浴温度控制在52℃不变，然后在混合溶液中缓慢添加氢氟酸。氟化反应结束后，将溶液过滤掉，再对过滤所得的沉淀物进行干燥、焙烧处理，其中干燥温度计焙烧温度分别为82℃和960℃，干燥时间和高温焙烧时间分别为24h和5h。最后对高温焙烧后的沉淀物进行研磨，以30.8μm为标准对研磨粉进行筛选，将小于该标准的研磨粉进行干燥之后，便可以得到含氟铈基稀土抛光粉。

2.3 抛光粉性能的初步评估

从试验得到的含氟铈基稀土抛光粉中提取100g样品，与2330mL离子水进行混合搅拌，使其形成抛光粉浆，对普通玻璃进行抛光加工处理，比较质量变化。为避免出现试验误差，确保所得质量差数据的准确性，需要进行多次试验，计算几次试验质量差的平均值，便可以得到抛蚀量的大小。同时，还需要使用激光共聚焦显微镜，对抛光后玻璃表面的光洁度进行观察。

3 氟化方式对含氟铈基稀土抛光粉性能的影响

3.1 试验样品中的氟化反应过程

采用氟化方式制备含氟铈基稀土抛光粉时，加入试验样品中的氟质量会通过化学反应不断发生变化，并且加入氟的质量不同时，样品中的实际含氟量也是不一样的。经测定可知，当氟的质量分数分别为2%、4%、6%、8%和10%时，样品中的含氟量分别为0.36%、3.48%、4.26%、6.52%和7.40%，根据测定数据可知样品中的含氟量与加入氟的质量分数呈正比关系，但是当氟质量分数增大时，含氟量的增长速率会逐渐较小。当含氟量较少、反应不充分时，生成物只有REFCO3，经高温焙烧之后仅得到LaOF、CeO2、HF和CO2，不会产生CeOF。此时，因为样品中含氟量与加入氟的质量减少量相比变化较小，HF气体可能会进入到CeO2晶格中，与镧发生反应生成LaOF，干扰了CeO2的正常团聚，此时CeO2就会变得比较小。

3.2 加入氟的质量对抛光粉结构构造的影响

为了解加入氟的质量对抛光粉结构构造的影响，首先要知道加入不同量氟的抛光粉的XRD谱，如图1所示。

对抛光粉的XRD谱进行观察，可以发现在试验过程中始终没有生成La2O3，表示镧原子能够固溶于CeO2的晶格之中，并且经研究可知，当镧原子固溶度为55%左右时，CeO2的晶体结构仍然为立方萤石结构，此时镧原子的固溶度达到最高。当样品中含氟质量较小时，镧原子与CeO2发生固溶反应之后，氟原子也比较少，并且会与进入到CeO2晶格中的O空位上与CeO2相结合，所以此时不会有LaOF生成。在持续加入氟之后，随着反应的持续进行，进入到CeO2晶格的氟原子数量持续增多，晶格畸变程度不断变大，便会逐渐出现LaOF。由此可知，随着加入氟质量的不断增多，样品中LaOF含量会随之升高，发生固溶反应的氟原子数量会越来越少，CeO2晶格变化程度就会越弱，晶粒数量也会逐渐减少。但是，当镧原子固溶度突破最大值之后，持续加入氟，CeO2的晶格就会与其镧形成四方结构，导致晶格结构出现大幅变化，晶粒大小也会越来越大。

3.3 加入氟的质量对抛光粉形貌特征的影响

用扫描式电子显微镜对加入氟质量不同时抛光粉的形貌特征进行观察，可以发现抛光粉颗粒大小会随着氟的持续加入而减小，当样品中没有加入氟时，抛光粉颗粒呈球状密集分布，粒径大小大约为40μm，当样品中加入氟的质量分数为10%时，抛光粉颗粒呈絮状且分布比较分散，粒径大小已经减小到2μm左右。抛光粉颗粒发生这种变化的原因可能为，氟元素与镧原子结合之后从CeO2晶胞中析出生成LaOF，此时CeO2团聚难度变大，所以抛光粉的颗粒较小。

3.4 加入氟的质量对抛光粉振实密度和松装密度的影响

对抛光粉振实密度和松装密度进行测定，可以发现加入不同质量氟之后，抛光粉的振实密度和松装密度都是不一样的，其振实密度与松装密度与加入氟的质量都呈正比关系，会随着氟质量分数的升高而变大。在试验进行过程中，由于不断有HF气体生成，抛光粉中的团聚细化晶粒数量越来越少，焙烧温度也会逐渐降低，抛光粉更容易晶化，晶体结构形态将会更加完善，晶体结构之间的缝隙越来越小，变得更加充实，所以此时抛光粉的振实密度和松装密度就会变得较大。

3.5 加入氟的质量对抛光玻璃表面光洁度的影响

通过对抛光玻璃表面光洁度进行观察，发现当样品中氟的质量分数从0逐渐增加到4%时，玻璃表面的划痕较少，但是会呈增多趋势。当氟的质量分數为6%时，为抛光粉的最佳抛光性能，但是此时玻璃表面比较粗糙，划痕数量较多且比较密集，并且还分布有许多凹点。再继续加入氟之后，划痕数量和凹点数量继续增加，且抛光性能出现小幅下降。造成抛光玻璃表面光洁度变差的原因是，氟加入量的增加生成大量LaOF，增大了抛光粉颗粒硬度，在玻璃表面留下划痕和凹点。

4 总结

经试验可得，在使用氟化方式制备抛光粉时不会产生La2O3，CeO2的晶体结构不会因镧固溶而发生变化。当氟化反应不完全时，只有CeO2固溶晶体和LaOF中含有氟元素。试样中氟的质量分数小于6%时，抛光粉晶化程度较小，抛光性能良好，在氟的质量分数为6%时，达到最优值，并且此时抛光玻璃表面比较光滑；当氟的质量分数大于6%时，抛光粉晶化程度较大，会在抛光玻璃表面留下较多划痕和凹点，抛光性能较差。