சீரியம் ஆக்சைடு மற்றும் அலுமினியம் ஆக்சைடு மெருகூட்டும் தூள்: ஒரு விரிவான ஒப்பீட்டுப் பகுப்பாய்வு
கண்ணாடி மற்றும் ஒளியியல் தொழில்களில் செய்யப்படும் துல்லியமான இயந்திர வேலைப்பாடுகளில், இறுதி மேற்பரப்பின் தரம், பிரகாசம் மற்றும் குறைபாட்டு விகிதத்தைத் தீர்மானிக்கும் ஒரு முக்கியப் பொருளாக மெருகூட்டும் தூள் விளங்குகிறது.செரியம் ஆக்சைடு (CeO₂)செரியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) மற்றும் அலுமினியம் ஆக்சைடு (Al₂O₃) ஆகியவை மிகவும் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் இரண்டு மெருகூட்டும் பொருட்கள் ஆகும், ஆனால் அவை பொருள் அமைப்பு, மெருகூட்டும் செயல்முறை, கடினத்தன்மை, செயல்திறன் மற்றும் இறுதி மேற்பரப்பு விளைவு ஆகியவற்றில் கணிசமாக வேறுபடுகின்றன. எனவே, மெருகூட்டும் தூளின் சரியான தேர்வு, செயலாக்க செயல்திறனைப் பாதிப்பது மட்டுமல்லாமல், முடிக்கப்பட்ட பொருளின் விளைச்சல் மற்றும் மொத்த செலவையும் நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. செரியம் ஆக்சைடு, ஒரு அரிய மண் பொருளாக, ஒரு தனித்துவமான Ce³⁺/Ce⁴⁺ மீளக்கூடிய இணைதிறன் நிலையைக் கொண்டுள்ளது, இது கண்ணாடியில் உள்ள சிலிக்கேட்டுகளுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது ஒரு சிறிய வேதியியல் எதிர்வினையை உருவாக்க உதவுகிறது. மெருகூட்டலின் போது கண்ணாடி மேற்பரப்பில் மிகவும் மெல்லிய மென்மையாக்கும் வினை அடுக்கு உருவாகிறது, இது மெருகூட்டும் திண்டு மற்றும் இயந்திர இயக்கத்தின் ஒருங்கிணைந்த செயலால் மெதுவாக அகற்றப்படுகிறது. இந்த "வேதியியல் + இயந்திரம்" கலப்பு அகற்றும் முறை CMP (வேதியியல் இயந்திர மெருகூட்டல்) என்று அழைக்கப்படுகிறது, இதுவே செரியம் ஆக்சைடு மெருகூட்டல் வேகமாகவும், திறமையாகவும், மிகக் குறைந்த மேற்பரப்புக் குறைபாடுகளை உருவாக்குவதற்கும் முக்கிய காரணமாகும். இதற்கு மாறாக, அலுமினா என்பது மோஸ் கடினத்தன்மை 9 கொண்ட ஒரு பாரம்பரிய இயந்திர உராய்வுப் பொருளாகும், இது கோரண்டம் மற்றும் வைரத்திற்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது. மெருகூட்டும் செயல்முறையானது, துகள்களின் கூர்மையான விளிம்புகள், கடினத்தன்மை மற்றும் வெளிப்புற விசையை முழுமையாகச் சார்ந்துள்ளது. இது, இரசாயன மென்மையாக்கும் அடுக்கு இல்லாத ஒரு வழக்கமான தூய இயந்திர அரைத்தலைப் பிரதிபலிக்கிறது. எனவே, அகற்றும் செயல்முறை கரடுமுரடாக இருப்பதால், ஆழமான நுண் கீறல்களை எளிதில் ஏற்படுத்துகிறது; இது குறிப்பாக ஒளிபுகும் கண்ணாடியை மெருகூட்டும்போது தெளிவாகத் தெரிகிறது.
பொருளின் கடினத்தன்மையைப் பொறுத்தவரை, சீரியம் ஆக்சைடின் மோஸ் கடினத்தன்மை சுமார் 6 ஆகும், இது கண்ணாடியின் கடினத்தன்மைக்கு நெருக்கமாக உள்ளது. இதனால், ஒளிபுகும் பொருட்களுடன் தொடர்பு கொள்ளும்போது இது மென்மையாக இருப்பதோடு, ஆழமான கீறல்களையும் கிட்டத்தட்ட நீக்கிவிடுகிறது. 9 என்ற கடினத்தன்மை கொண்ட அலுமினா, உலோகங்கள், பீங்கான்கள் போன்ற அதிக கடினத்தன்மை கொண்ட பொருட்களுக்கும், நீலக்கல்லின் ஆரம்ப மெருகூட்டலுக்கும் ஏற்றது. இருப்பினும், கண்ணாடியில் பயன்படுத்தும்போது, மங்கலான தோற்றம், கீறல்கள் அல்லது ஒளிபுகும் தன்மையைக் குறைக்கும் நுண்ணிய விரிசல்கள் ஏற்படுவதைத் தவிர்க்க, அழுத்தத்தைக் குறைக்க வேண்டும். ஒளியியல் தர மேற்பரப்புகளுக்கு, அலுமினா சீரியம் ஆக்சைடை விட கணிசமாக குறைவான நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது. துகள் அளவைப் பொறுத்தவரை, இரண்டுமே 0.3–3 μm வரம்பை அடைய முடியும், ஆனால் சீரியம் ஆக்சைடு துகள்கள் பொதுவாக அதிக வட்டமாகவும், குறுகிய துகள் அளவு பரவலையும் கொண்டிருப்பதால், அவை நுட்பமான மெருகூட்டலுக்கு மிகவும் பொருத்தமானவை; அலுமினா துகள்கள் கூர்மையான விளிம்புகளைக் கொண்டிருப்பதால், அவை விரைவான வெட்டுதலுக்கு மிகவும் பொருத்தமானவை. தொங்கல் தன்மையைப் பொறுத்தவரை,செரியம் ஆக்சைடுமேற்பரப்பு மாற்றியமைப்பிற்குப் பிறகு, அலுமினா மெருகூட்டும் கூழ்மங்களில் சிறந்த சிதறல் தன்மையைப் பராமரிக்கிறது, திரள்வதற்கோ அல்லது படிவதற்கோ உட்படாது, மேலும் நீண்ட கால தொடர்ச்சியான செயலாக்கத்திற்கு மிகவும் பொருத்தமானது. மறுபுறம், அலுமினா அதிக அடர்த்தியைக் கொண்டிருப்பதாலும், வேகமாகப் படிவதாலும், தொடர்ச்சியான கலக்குதல் தேவைப்படுகிறது, இது தானியங்கி உற்பத்தி வரிசைகளுக்கு அவ்வளவு பொருத்தமானதாக இல்லை.
அவற்றின் மெருகூட்டும் திறனை ஒப்பிடுகையில், செரியம் ஆக்சைடு, ஒரு வேதியியல் வினை அடுக்கு இருப்பதால், சிறந்த மேற்பரப்புத் தரத்தைப் பராமரிக்கும் அதே வேளையில், பெரும்பாலும் அதிகப் பொருள் அகற்றும் வீதத்தை (MRR) அடைகிறது. குறிப்பாகப் பெரிய பரப்பளவுள்ள கண்ணாடி, ஒளியியல் வில்லைகள் மற்றும் கைபேசி உறைத் தகடுகள் ஆகியவற்றின் தொடர்ச்சியான செயலாக்கத்தில் இது நிலைத்தன்மையைக் காட்டுகிறது. அலுமினா அதிகக் கடினத்தன்மையையும், கோட்பாட்டளவில் வேகமான அகற்றும் வேகத்தையும் கொண்டிருந்தாலும், அது வெளிப்புற விசை மற்றும் வெட்டுக் கோணத்தைப் பெரிதும் சார்ந்துள்ளது, குறுகிய செயலாக்க வரம்பைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் சற்றே அதிக அழுத்தம் கொடுத்தால்கூட எளிதில் கீறல்களுக்கு உள்ளாகிறது. எனவே, உண்மையான பெருமளவு உற்பத்தியில், இது பெரும்பாலும் செரியம் ஆக்சைடை விடக் குறைவான நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது, இதன் விளைவாகத் திறனும் குறைவாகவே உள்ளது. மேற்பரப்புத் தரத்தில் உள்ள வேறுபாடு இன்னும் அதிகமாக வெளிப்படுகிறது.செரியம் ஆக்சைடுRa < 1 nm கொண்ட ஒளியியல் தர மேற்பரப்புகள், அதிக ஒளிபுகும் தன்மை, மற்றும் கிட்டத்தட்ட பளபளப்பற்ற பூச்சு இல்லாத தன்மையை அடைய முடியும் என்பதால், இது வில்லைகள், லேசர் ஒளியியல் கூறுகள், நீலக்கல் ஜன்னல்கள் மற்றும் உயர்தரக் கண்ணாடிகளுக்கு விரும்பப்படும் தேர்வாக அமைகிறது. அலுமினா, முற்றிலும் இயந்திர அரைத்தல் காரணமாக, பெரும்பாலும் பல்வேறு அளவிலான கீறல்கள், அழுத்த அடுக்குகள் மற்றும் மேற்பரப்புக்குக் கீழான சேதங்களை உருவாக்குகிறது, இதன் விளைவாக ஒளிபுகும் தன்மையில் குறிப்பிடத்தக்க குறைவு ஏற்படுகிறது. கைபேசிக் கண்ணாடியின் இறுதி மெருகூட்டல், கேமராக்களின் நுண் மெருகூட்டல் மற்றும் குறைக்கடத்தி ஒளியியல் ஜன்னல்களை மெருகூட்டுதல் போன்ற செயல்முறைகளுக்கு, அலுமினா போதுமானதாக இல்லை, மேலும் இது ஆரம்பகட்ட கரடுமுரடான மெருகூட்டலுக்கு மட்டுமே பயன்படுத்தப்பட முடியும்.
செயல்முறை இணக்கத்தன்மை கண்ணோட்டத்தில், சீரியம் ஆக்சைடு அதிக தகவமைப்புத்தன்மை கொண்டது, pH, மெருகூட்டும் திண்டு, அழுத்தம் மற்றும் வேகம் போன்ற அளவுருக்களுக்குக் குறைந்த உணர்திறன் கொண்டது, மேலும் சரிசெய்வதற்கு எளிதானது. மறுபுறம், அலுமினா அழுத்தம் மற்றும் சுழற்சி வேகத்திற்கு அதிக உணர்திறன் கொண்டது; ஒரு சிறிய கட்டுப்பாடின்மை கீறல்கள் அல்லது சீரற்ற மேற்பரப்புகளுக்கு வழிவகுத்து, அதன் செயலாக்க வரம்பைக் குறைக்கிறது. மேலும், அலுமினா விரைவாக அடியில் தங்குவதால், அதிக பராமரிப்புச் செலவுகளுக்கும் செயல்முறை நிர்வாகத்தில் அதிக சிரமத்திற்கும் வழிவகுக்கிறது. செலவைப் பொறுத்தவரை, அலுமினா உண்மையில் ஒரு அலகுக்கு மலிவானது, அதேசமயம் சீரியம் ஆக்சைடு, ஒரு அரிய மண் உலோகம் என்பதால், சற்று விலை உயர்ந்தது. இருப்பினும், கண்ணாடி பதப்படுத்தும் தொழில், மொத்த உரிமையாளர் செலவில் (TCO) அதிக கவனம் செலுத்துகிறது, அதாவது செயல்திறன் + உற்பத்தி + நுகர்பொருட்கள் + உழைப்பு + மறுவேலை இழப்புகள். இறுதி முடிவு பெரும்பாலும் இதுவாகவே இருக்கும்: அலுமினா மலிவானதாக இருந்தாலும், அதன் கீறல் மற்றும் மறுவேலை விகிதங்கள் அதிகமாக உள்ளன; அதேசமயம் சீரியம் ஆக்சைடு ஒரு அலகுக்கு அதிக விலை கொண்டதாக இருந்தாலும், அது அதிக செயல்திறன், குறைந்த குறைபாடுகள் மற்றும் அதிக உற்பத்தியை வழங்குகிறது, இதன் விளைவாக மொத்த செலவு கணிசமாகக் குறைவாக உள்ளது. எனவே, ஒளியியல், நுகர்வோர் மின்னணுவியல் மற்றும் கட்டிடக்கலைக் கண்ணாடித் தொழில்கள் கிட்டத்தட்ட உலகளாவிய அளவில் சீரியம் ஆக்சைடைத் தங்களின் முதன்மை மெருகூட்டும் தூளாகத் தேர்ந்தெடுக்கின்றன.
பயன்பாட்டு நோக்கத்தின் அடிப்படையில்,செரியம் ஆக்சைடுமொபைல் ஃபோன் கவர் கிளாஸ், கேமரா லென்ஸ்கள், ஆட்டோமொபைல் கேமராக்கள், லேசர் ஆப்டிகல் பாகங்கள், மைக்ரோஸ்கோப் ஸ்லைடுகள், குவார்ட்ஸ் கிளாஸ், சபையர் ஜன்னல்கள் மற்றும் கட்டிடக்கலைக் கண்ணாடிகளை நேர்த்தியாக மெருகூட்டுதல் உட்பட, ஒளிபுகும் தன்மை, சீரான தன்மை மற்றும் ஆப்டிகல் தரத்திலான பிரகாசம் தேவைப்படும் ஏறக்குறைய அனைத்துத் துறைகளிலும் சீரியம் ஆக்சைடு ஒரு முழுமையான அனுகூலத்தைக் கொண்டுள்ளது. இதற்கு மாறாக, அதிக வெட்டு விசை தேவைப்படும் ஒளிபுகா உலோகங்கள், பீங்கான்கள், துருப்பிடிக்காத எஃகு, அச்சுகள், உலோகக் கண்ணாடிகள் மற்றும் சபையரை கரடுமுரடாக அரைத்தல் போன்றவற்றுக்கு அலுமினா பொருத்தமானது. சுருக்கமாக: ஒளிபுகும் பொருட்களுக்கு சீரியம் ஆக்சைடையும், கடினமான பொருட்களுக்கு அலுமினாவையும் தேர்ந்தெடுக்கவும்; மேற்பரப்புத் தரத்திற்கு சீரியம் ஆக்சைடையும், வெட்டும் வேகத்திற்கு அலுமினாவையும் தேர்ந்தெடுக்கவும்.
ஒட்டுமொத்தமாக, சீரியம் ஆக்சைடு அதன் தனித்துவமான CMP இயங்குமுறை, நிலையான செயல்முறை வரம்பு, அதிக செயல்திறன் மற்றும் உயர்தர மேற்பரப்பு ஆகியவற்றால், கண்ணாடி மற்றும் ஒளியியல் தொழில்களில் ஒரு தவிர்க்க முடியாத மெருகூட்டும் பொருளாக மாறியுள்ளது. அலுமினா குறைந்த விலை மற்றும் அதிக கடினத்தன்மை கொண்டதாக இருந்தாலும், உலோகங்கள் மற்றும் பீங்கான்கள் போன்ற அதிக கடினத்தன்மை கொண்ட, ஒளிபுகா பொருட்களை மெருகூட்டுவதற்கு இது மிகவும் பொருத்தமானது. அதிக அளவு, நிலையான உற்பத்தித் தொடர்கள் மற்றும் குறைந்த குறைபாட்டு விகிதங்கள் தேவைப்படும் நிறுவனங்களுக்கு, ஒளிபுகும் கண்ணாடியின் இறுதி மெருகூட்டல் தேவைகளுக்கு அலுமினா போதுமானதாக இல்லை, அதேசமயம் உயர்தர தயாரிப்புகளின் மேற்பரப்பை மெருகூட்டுவதற்கு சீரியம் ஆக்சைடு சிறந்த தீர்வாகும்.