铈基稀土抛光粉的制备及其性能研究

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铈基稀土抛光粉具有硬度适中、抛光效率高和抛后表面光洁度好等特点,已经广泛应用于玻璃、陶瓷等工件的表面抛光。由于不同的制备方法影响抛光粉的结构、形貌、粒度,导致抛蚀效果不同,获得的产品性能也各不相同。本文以氯化镧铈为原料,采用化学沉淀法和球磨法制备稀土抛光粉,研究前驱体制备条件、球磨参数及掺氟对稀土抛光粉物化性能的影响,并利用第一性原理模拟计算F/La/CeO2的弹性模量,从物理性质方面对抛光粉性能进行研究。得出以下结论:  (1)化学沉淀法制备稀土抛光粉,研究前驱体制备条件对抛光粉性能的影响。得出最佳条件:沉淀温度65℃,NH4HCO3浓度0.5mol/L,搅拌速率400r/min,加料速率15ml/min,陈化时间4 h。前驱体经不同温度焙烧,抛光粉的晶格常数从0.5497nm降低到了0.5426nm,晶格畸变降低,晶粒尺寸增大。随保温时间的增加,粉体的晶粒尺寸增大,粒径呈先减小后增大的趋势,其形貌趋向于球形,当保温时间为6h时,抛光粉D50为0.625μm,其抛蚀量为2.2358mg/min,被抛玻璃表面粗糙度Sa为0.023,再延长保温时间,稀土抛光粉抛蚀量增大趋势较小,玻璃表面粗糙度增大到0.095,总体抛光性能降低。  (2)高能球磨法制备稀土抛光粉。随球磨时间的延长,稀土抛光粉的晶粒尺寸减小,晶格畸变降低,衍射峰出现宽化,当球磨时间在3.5h时,抛光粉粒径为0.669μm,粉体呈类球型,对玻璃抛光后抛蚀量为2.2145mg/min,表面粗糙度Sa为0.024,粉体抛光性能达到最佳;当球料比为10:1时,抛光粉的粒径及粒径分布达到最小,抛光后玻璃表面光洁度较好;随着球磨速率的增大,抛光粉粒度呈降低趋势,当速率达到300r/min时,粉体抛光性能最好。  (3)通过掺氟对稀土抛光粉进行改性研究。掺氟量为2%时,制备的样品为CeO2,未出现杂相,晶格常数为0.5513nm;掺氟量的增加,样品中出现LaOF相;当掺氟量在10~20%时,出现LaOF相和LaF3相,样品的晶格常数在0.5214nm~0.5410nm范围内,与CeO2的晶格常数接近。利用第一性原理对镧掺杂氧化铈进行结构模拟,结果表明,随着La浓度的不断增加,CeO2晶格常数增大,晶胞体积和能量增加,CeO2的弹性模量从207.808MPa降低到117.965MPa,降低了CeO2的硬度。对LaOF进行模拟,其弹性模量为114.851MPa,低于CeO2的弹性模量,减低了样品的总体硬度。
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