Preparation, microstructure and properties of LaCePr polishing slurry for optical glass CMP
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摘要: 以包头混合型稀土矿经浓硫酸强化焙烧、水浸、中和除杂、P507萃取转型分级的产物为原料配制LaCePr氯化液，以碳酸氢铵和氨水的混合液为沉淀剂，氢氟酸为氟化剂，聚丙烯酸钠、六偏磷酸钠、氢氧化钠等为添加助剂，通过并流沉淀、氟化、高温焙烧、引入助剂、调浆湿法球磨等工序成功制备LaCePr稀土CMP抛光液。借助扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-Ray衍射仪（XRD）、平面精密研磨抛光机及光学3D表面轮廓仪对制备的抛光液性能进行表征。结果表明：La、Pr和F元素均以溶质原子固溶的方式进入CeO2晶格中，LaCePr抛光液风干后样品中的立方萤石结构CeO2、四方结构LaOF、面心立方Pr6O11起协同CMP作用。累积抛光H-K9L光学玻璃片120 min后，其最大抛蚀速率可达219.7 nm/min，表面粗糙度Sa由抛光前的1.123 nm降至抛光后的0.668 nm。相同条件下用于对比测试的LaCe抛光液的最大抛蚀速率仅为199.9 nm/min，且抛光后的表面粗糙度Sa降至0.659 nm。因此，制备的LaCePr CMP抛光液综合性能较优。Abstract: Objectives: In recent years, cerium-based rare earth polishing liquids have been widely used in the field of chemical mechanical polishing (CMP) of glass and other materials due to their excellent selectivity and good polishing efficiency, but their polishing performance needs to be further improved. Using Baotou mixed rare earth ore as the raw material and other additives as auxiliary materials, the LaCePr rare earth CMP polishing solution with good comprehensive performance was prepared through a complex process. The microstructure, the element distribution, and phases were studied, and specific polishing experiments were conducted to evaluate its polishing performance. Methods: The LaCePr chlorination solution was prepared using the product of Baotou mixed rare earth ore, which underwent concentrated sulfuric acid enhanced roasting, water leaching, neutralization and impurity removal, P507 extraction transformation and grading. The mixture of ammonium bicarbonate and ammonia water was used as a precipitant, hydrofluoric acid was used as a fluorinating agent, and sodium polyacrylate, sodium hexametaphosphate, sodium hydroxide and other additives were added. The LaCePr rare earth CMP polishing solution samples were prepared through processes such as co-flow precipitation, fluorination, high-temperature roasting, introduction of additives, slurry mixing, and wet ball milling. Subsequently, the macroscopic structure of the prepared polishing solution was observed, and the elemental distribution in the sample was measured using scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). The solid polishing powder sample of the LaCePr rare earth polishing solution after air drying was analyzed using X-ray diffraction (XRD). The CMP polishing performances of the prepared LaCePr rare earth polishing solution were tested, and the polishing effect of the workpiece was evaluated using the planar precision polishing machine and the optical 3D surface profilometer. Results: (1) The morphology of the solid polishing powder after air-drying of the polishing liquid consists of irregular polygonal spherical grains tightly aggregated, which mainly shows that the fine particles are agglomerated together. In addition, there are no coarse particles in the whole cluster, indicating that the introduction of F and doping of Pr have a positive effect on the lattice distortion of CeO2. (2) The microstructure and the element distribution diagram of the solid polishing powder show that the solid solution second-phase particles appear around the grain boundaries of individual particles, indicating that the doped La and Pr elements mainly enter the CeO2 lattice in a solid-solution manner. The La, Ce, Pr and O elements are uniformly distributed, confirming that the introduction of the F element can play a role in grain refinement. (3) In addition to the characteristic peaks of the CeO2 phase, the diffraction peaks of LaOF, Pr6O11, LaF3, PrOF and other phases are also observed in the rare earth polishing solution sample, indicating that the doped La, Pr and F elements enter the CeO2 lattice in the form of a solid solution of solute atoms. The face-centered cubic Pr6O11 structure is the same as that of CeO2, so it can exert a synergistic polishing effect together with CeO2. (4) The initial polishing ability of the LaCe rare earth polishing solution is 182.6 nm/min. After polishing for 40, 60, 80 and 120 minutes, the polishing abilities of the LaCe polishing solution are 199.3, 199.9, 193.8 and 158.2 nm/min, respectively. The initial polishing ability of the newly prepared LaCePr rare earth polishing solution is 203.4 nm/min. After polishing for 40, 60, 80, and 120 minutes, the polishing abilities of the LaCePr polishing solution are 219.7, 214.7, 206.3 and 189.8 nm/min, respectively. (5) The surface roughness Sa of the glass after five CMP cycles with the LaCe polishing solution is 0.659 nm, while the surface roughness Sa of the glass after five CMP cycles with the LaCePr polishing solution is 0.668 nm. Conclusions: By using LaCePr rare earth chloride solution, the LaCePr rare earth polishing solution can be successfully prepared through processes such as precipitation, fluorination, high-temperature calcination, additive blending, and wet ball milling. The entire process of the preparing polishing solution has achieved zero wastewater discharge, which is a green polishing solution preparation process. After air drying, the LaCePr rare earth polishing solution, the medium particles in the sample are well-formed and evenly distributed. The doped La, Pr and F elements all enter the CeO2 lattice through solute atom solid solution. The cubic fluorite structure of CeO2, the tetragonal structure of LaOF, and the face-centered cubic structure of Pr6O11 in the LaCePr rare earth polishing solution exhibit a synergistic polishing effect. After 120 minutes of cumulative polishing of H-K9L optical glass, the maximum polishing rate of the LaCe polishing solution is 199.9 nm/min, while the maximum polishing rate of the LaCePr polishing solution can reach 219.7 nm/min. The polishing quality of H-K9L glass is basically the same after polishing with the two kinds of polishing solutions, and the surface roughness Sa decreases from the initial 1.123 nm to 0.659 nm and 0.668 nm, respectively. Therefore, the comprehensive properties of the prepared LaCePr CMP polishing liquid are better.
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通信与无线充电技术等的全覆盖，使得玻璃逐渐成为一种主流的光学应用材料[1-3]。为获得良好的触摸手感及光学效果，对其进行CMP是常采用的一种处理工艺[4-6]。得益于自身的面心立方晶系，适中的结晶粒径，3个级别的棱角以及抛光时化学分解与机械摩擦的协同作用，铈基稀土抛光液在航空玻璃﹑镜片﹑液晶显示器﹑光学镜头等的抛光方面发挥着不可或缺的作用[7-9]。近年来，铈基稀土抛光液凭借其优异的选择性和良好的抛光效率广泛应用于CMP领域[10]。CMP是一项表面全局平坦化技术，由于其应用时的设备门槛较低、加工效率较高而被广泛应用于表面粗糙度较低的精密光学制造业中[11-13]。
王也等[14]通过湿法球磨工艺制备了一种纳米铈基稀土抛光液，用其对石英玻璃进行CMP，发现当稀土抛光液的pH值为4时，石英玻璃的去除率最高，且玻璃测试片的表面质量较好。任鹏[15]研制了一种3D玻璃CMP用稀土抛光液，其具有研磨寿命长、抛光效果好、切削速率高、工件表面粗糙度低等特点，且应用前景广阔。
目前，稀土抛光液普遍的制备方法是将粒度适中的铈基抛光粉（中心粒径D50=0.5～2.0 μm）与自来水、分散剂、悬浮剂、表面活性剂、pH调节剂等直接配制而成，但此种抛光液综合抛光性能不佳，存在抛蚀量不足及抛光后玻璃光洁度不够等普遍问题[16-17]。抛光液的品质主要取决于其流动性、悬浮性以及使用时的抛光速率，以及工件有无划伤、是否易清洗、是否有残留等，且抛光液的抛光能力主要依赖于抛光液的成分、粒径、组织形貌及其pH值、固含量等关键因素[18-20]。
为制备一款综合性能较优的稀土CMP抛光液，以LaCePr氯化稀土液为原始料液，碳酸氢铵与氨水混合溶液为沉淀剂，氢氟酸为氟化剂，聚丙烯酸钠、氢氧化钠等为助剂，通过并流沉淀、氟化、高温焙烧、调浆湿法球磨等工序制备LaCePr稀土CMP抛光液。后通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等对抛光液的物相、显微组织进行表征。且借助M200型平面精密抛光机对其CMP性能进行测试，并采用SuperView W1 Ultra 3D光学表面轮廓仪对工件抛光质量进行评估。
1. 实验
1.1 实验原料
选用包头混合型稀土矿经浓硫酸强化焙烧、水浸、中和除杂、P507萃取转型分级的氯化产物配制LaCePr氯化液，以其为制备抛光液的初始料液。LaCePr氯化液的化学成分见表1。选用宁夏兴尔泰化工集团生产的工业级碳酸氢铵与宁夏同辉气体有限公司生产的工业级氨水按照体积比为8.5∶1.5的比例配制混合溶液，碳酸氢铵摩尔浓度为3.21 mol/L，作为制备LaCePr抛光液的沉淀剂。选用工业级氢氟酸为镧铈抛光粉的氟化剂，其氟质量分数为40.12%。选用天津市科密欧化学试剂有限公司生产的分析纯（AR）聚丙烯酸钠（分子量为1 500，固含量≥96%）、聚乙二醇（平均分子量为6 000，含量≥80%）、六偏磷酸钠（分子量为612，固含量≥90%）、氯化钠（分子量为58，纯度≥80%）、氢氧化钠（分子量为40，含量≥65%）为制备LaCePr抛光液的分散悬浮剂和pH调节剂。
表 1 LaCePr氯化液化学成分Table 1. Chemical compositions of LaCePr chlorination solution元素 质量分数 ω / % La 33.46 Ce 65.97 Pr 0.50 其他 ＜0.10 1.2 抛光液制备过程
图1为稀土抛光液制备工艺流程。如图1所示：稀土抛光液的关键制备工序主要包括以并流加料方式让LaCePr氯化稀土液和碳酸氢铵-氨水混合溶液发生共沉反应，经陈化、洗涤、一次固液分离工序后可得固体LaCePr碳酸盐；LaCePr碳酸盐经加水打浆、引入氟化剂氟化、二次固液分离工序可制得LaCePr氟化盐；LaCePr氟化盐经低温烘干去水、高温焙烧、焙烧料引入添加剂、湿法调浆后球磨工序可制得LaCePr稀土抛光液产品。制备LaCePr稀土抛光液全过程产生的氟化分离水可循环至下批次打浆环节使用，从而实现废水零排放。因此，稀土抛光液制备是一种绿色的抛光液制备工艺，这与双碳背景下创建绿色工厂理念相吻合。
1.2.1 共沉反应
在一15 m3的玻璃钢反应槽中，以并流加料方式加入选用的LaCePr氯化稀土液和碳酸氢铵-氨水混合沉淀剂的混合溶液，让其在室温环境下发生共沉反应，其反应过程可表示为：
$$ \begin{split} &\mathrm{ReCl}_3 \cdot n\mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{NH}_4 \mathrm{HCO}_3 \rightarrow \operatorname{Re}\left(\mathrm{CO}_3\right)_{1.5} \cdot n\mathrm{H} _2 \mathrm{O}+\\ &\mathrm{NH}_4 \mathrm{Cl}+\mathrm{HCl} \end{split} $$ (1) 其中生成的HCl会与过量的混合沉淀剂反应放出CO2。在共沉反应中，同一时刻料液和沉淀剂的加料比例决定了沉淀体系的pH值，pH值直接影响碳酸盐晶型的转化，此处共沉反应体系的pH值始终控制在5.5左右。为使稀土料液反应彻底，沉淀结束后应继续搅拌40 min以上，然后让其静置陈化，陈化时间为2 h。以DU-25m2/2500型带式过滤机对沉淀产物进行固液分离，可得到LaCePr碳酸盐，其稀土总质量分数为34.23 %，中心粒径为44.060 μm。
1.2.2 氟化
为使抛光液中的碳酸盐获得良好的晶体结构及抛光液具有优良的抛光能力，以氢氟酸为氟源，其可掺入质量分数为5.50%的氟，让其固溶于CeO2的晶格结构中。在一12 m3的玻璃钢反应槽中，按照固液质量比1∶1进行加水打浆，即加入自来水6 m3、一次固液分离得到的LaCePr碳酸盐6 t（6 000 kg），让其发生反应。
李学舜[21]考察了氟离子与碳酸盐反应生成的化合物种类，认为LaCePr碳酸盐与氢氟酸发生氟化反应后，只有部分碳酸铈参与反应，其化学反应方程式为：
$$ \mathrm{Ce}_2\left(\mathrm{CO}_3\right)_3 \cdot 8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+2 \mathrm{HF} \rightarrow 2 \mathrm{CeFCO}_3+9 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{CO}_2 $$ (2) 且氟化产物的物相有4种，其中3种为Ce2(CO3)3·8H2O、La2(CO3)3·8H2O和Pr2(CO3)3·8H2O，新相为CeFCO3。同时，如被抛光物为玻璃，引入的氟离子一方面可直接与玻璃发生化学反应，发挥化学浸蚀作用，从而改善待抛光玻璃表面的平滑性；另一方面，少量的氟离子在抛光过程中会与氢离子结合生成氟化氢，破坏玻璃的最外层硅氧膜，使玻璃表面获得精细的抛光效果。
采用板框压滤的方式对氟化产物进行固液分离，其中要求压滤时长≥30 min/板。氟化分离水中的非稀土杂质（钙、镁、铝、钠等）含量很低，且pH值约为6.5，因此在实际批量产生过程中通常回用至下一批次的打浆环节。
1.2.3 高温焙烧
首先，采用18 m长的旋转回转窑对板框压滤后的LaCePr氟化盐进行低温烘干去水，烘干后得到的半氧化物中稀土总质量分数约为70.00 %。其次，采用50 m长辊道窑对半氧化物进行高温焙烧，高温焙烧温度设定为940 ℃，焙烧时间为7 h。焙烧后稀土氧化物的总质量分数为94.45%，氟质量分数为4.34 %。
1.2.4 湿法球磨及抛光液配制
采用XQM-8型立式行星式球磨机对LaCePr浆料进行湿法球磨破碎，破碎后抛光液的中心粒径要求为D50=（1.500 ± 0.100） μm。使用直径为0.5 mm的二氧化锆球为制备抛光液的球磨介质，湿法球磨时料球质量比为1∶5，球磨时间为300 min，转速为200 r/min。
首先，按固含量（质量分数）为12.50%进行浆料配制，液体使用去离子水，并加入事先测试好的添加剂，其质量分数为：聚丙烯酸钠，3.0‰；聚乙二醇，2.5‰；六偏磷酸钠，2.0‰；氯化钠，1.0‰。其次，待球磨破碎使抛光液粒度在合适的范围内后，进行水分测试。如固含量偏大，需补加去离子水。最后，为增加抛光液悬浮性，需补加质量分数为1.2‰的聚丙烯酸钠，并加入质量分数为2.0‰的氢氧化钠来调节其pH值，使其pH值为7.5～8.5。
2. 结果与讨论
2.1 稀土抛光液的粒径、悬浮密度
采用英国马尔文APA-2000型激光粒度仪对湿法球磨制备的稀土抛光液粒度进行测试。稀土抛光液的中心粒径及粒径分布如图2所示。由图2可知：制备的LaCePr稀土抛光液的中心粒径D50为1.448 μm，大颗粒D90为3.757 μm。
采用精密玻璃浮子式密度计对抛光液产品的悬浮密度进行测试，实验中每隔5 min观察抛光液中悬浮粒子的沉降情况，并记录其悬浮密度。稀土抛光液悬浮密度随静置时间变化的趋势如图3所示。
如图3所示：制备的抛光液的初始悬浮密度可达1.105 g/cm3，且表现出较好的悬浮状态；随着静置时间增加，抛光液的悬浮密度整体呈现出缓慢下降趋势。在静置30 min后，其悬浮密度为1.092 g/cm3；在静置120 min后，其悬浮密度下降至1.066 g/cm3。且发现静置16 h后，抛光液仍保持良好的悬浮性，沉降的部分颗粒没有出现板结情况。
2.2 稀土抛光液风干样品的显微组织观察
取湿法球磨破碎后的LaCePr稀土抛光液30 mL置于空气中，待自然风干后进行样品的组织形貌观察。采用日立SU8010冷场扫描电子显微镜对制备的抛光液风干后的样品宏观组织进行观察，采用美国FEI公司的Tecnai F30场发射高分辨透射电子显微镜测量样品中的元素分布。
图4为稀土抛光液风干后样品的SEM形貌。如图4所示：抛光液风干后的固体抛光粉形貌由不规则的多边形类球状晶粒紧密聚集而成，主要表现为细小的颗粒团聚在一起；另外，整个团簇体中没有出现较粗的颗粒，说明F的引入及Pr元素的掺杂对CeO2晶格畸变发挥着正面影响的作用。
图 4 抛光液风干后样品的SEM形貌Figure 4. SEM morphology of sample after air drying of polishing slurry图5是抛光液风干后固体抛光粉的TEM显微组织图片。如图5所示：在单个颗粒的晶界周围出现了固溶的第二相粒子，说明掺杂的La元素和Pr元素主要以固溶的方式进入CeO2晶格中。固溶强化是材料领域中应用最常见的一种强化机制，对提高材料的强度和硬度具有积极作用[22]。融入CeO2中的La元素和Pr元素造成晶格畸变，晶格畸变增大了抛光颗粒研磨过程中的位错运动阻力，使滑移运动难以进行，故增加了抛光液中研磨颗粒的强度和硬度，从而提高抛光液的综合研磨性能。
图 5 稀土抛光液风干后样品的TEM照片Figure 5. TEM photo of sample of rare earth polishing slurry after air drying图6是抛光液风干后固体抛光粉的TEM组织图及对应的La、Ce、Pr、O和F元素的分布图。由图6可知：各元素的分布相当均匀，这是由于采用的湿法调浆球磨制备抛光液工艺可使各元素达到均一化破碎的效果。此外，La、Ce、Pr和O元素的均匀分布，可再次验证F元素的引入可以起到晶粒细化的作用。
图 6 稀土抛光液风干样品的TEM及元素分布照片Figure 6. TEM and element distribution photos of rare earth polishing slurry sample after air drying2.3 稀土抛光液风干样品的物相分析
采用布鲁克 D8 Advance 型X射线衍射仪对制备的LaCePr稀土抛光液风干后的固体抛光粉样品物相进行分析，其XRD图谱如图7所示。
图 7 稀土抛光液风干样品的XRD图谱Figure 7. XRD pattern of rare earth polishing slurry sample after air drying从图7中可以看出：衍射角2θ为28.179°、32.562°、46.561°、55.141°的峰分别对应CeO2的(111)、(200)、(220)、(311)特征峰晶面，其峰强占比分别为100.0%、26.8%、37.1%、25.1%。从图7中还可以看出：除CeO2的特征峰外，还出现了LaOF、Pr6O11、LaF3、PrOF等的衍射峰，说明掺杂的La、Pr和F元素均以溶质原子固溶的方式进入CeO2晶格中，且抛光液样品的形貌图（图6a）再次证实La、Pr和F元素的引入确实起到了改变晶体形貌及结构的作用。同时，四方结构LaOF的特征峰峰强占比达31.4%。LaOF相是提高抛光粉研磨性能的有利相，因为LaOF相固定的氟离子在研磨过程中会缓慢电离，与氢离子结合生成氢氟酸，氢氟酸直接腐蚀被研磨玻璃表面的硅氧膜，从而提高抛光液的抛光能力。面心立方Pr6O11的结构与CeO2相同，可与CeO2发挥协同抛光作用。因此，Pr元素的掺杂对提升抛光液的研磨性能也具有促进作用。
2.4 稀土抛光液的CMP性能评价
借助M200型平面精密研磨抛光机及SuperView W1 Ultra光学3D表面轮廓仪，对制备的LaCePr稀土抛光液及公司现生产的LaCe抛光液（粒径、固含量、pH值等指标均与LaCePr抛光液相同）进行CMP性能测试及抛光效果评价。采用Mettle Toledo AB204-N电子分析天平称量抛光前后玻璃的质量差（单位g），并统计每次抛光前后抛光粉颗粒的粒径变化。选用光学领域常用的规格型号为70 mm × 70 mm × 10 mm的H-K9L玻璃进行CMP测试，抛光垫为聚氨酯材质，抛光盘转速为100 r/min，抛光压力为5.8 kPa，抛光液流量为10 mL/min，抛磨时间分别为20、40、60、80和120 min，实验平行3次取平均值。其抛蚀速率RMRR计算公式如下：
$$ R_{\mathrm{MRR}}=\Delta m / (\rho_2 S t) $$ (3) 式中：Δm为抛光前后玻璃的质量差，g；$\rho_2 $为玻璃的密度，g/cm3；S为玻璃被抛面的面积，cm2；t为抛光时间，min。
LaCe稀土抛光液的抛蚀速率、中心粒径随研磨时间的变化规律如图8所示。由图8可知：LaCe稀土抛光液首次抛光20 min后的抛蚀速率为182.6 nm/min，且抛光后抛光液的中心粒径D50减小至1.223 μm。在40、60、80和120 min抛光后，抛光液的抛蚀速率分别为199.3、199.9、193.8及158.2 nm/min，而与研磨时间对应的抛光液的中心粒径D50分别减小至0.926、0.865、0.699和0.565 μm。
LaCePr稀土抛光液的抛蚀速率、中心粒径随研磨时间的变化规律如图9所示。由图9可知：制备的稀土抛光液首次抛光20 min后的抛蚀速率为203.4 nm/min，且抛光后抛光液的中心粒度D50减小至1.375 μm。在抛光过程的初始阶段，抛光液中的介质颗粒对玻璃表面的粗糙处或较大凹凸不平处主要发挥机械抛光作用。LaCePr介质颗粒会逐渐去除玻璃表面，让其内层的新鲜表面露出，其新生表面的SiO2发生水解，生成Si(OH)4。与此同时，CeO2也水解成Ce(OH)4，并有少量的三价铈生成，此时的抛光作用便由机械抛光与化学抛光协同完成。在研磨压力的作用下，H2O分子使SiO2晶片表面羟基化，CeO2首先与SiO2生成Ce—O—Si键，由于玻璃表面易水解，继而形成Ce—O—Si(OH)3键。随后，CeO2与抛光垫间的机械摩擦力促使Si—O—Si键断裂，SiO2以Si(OH)3的形式随CeO2去除。
图 9 LaCePr稀土抛光液抛光性能Figure 9. Polishing performance of LaCePr rare earth polishing slurry在40、60、80和120 min抛光后，LaCePr抛光液的抛蚀速率分别为219.7、214.7、206.3及189.8 nm/min，而与研磨时间对应的抛光液的中心粒径D50分别减小至1.018、0.921 0、0.726 和0.542 μm。LaCePr稀土抛光液的抛蚀速率随抛光时间的延长呈先增加后减小的趋势，且其抛蚀速率高于杨小海等[23]研究的以不同沉淀剂制备的CeO2抛光液，CeO2抛光液最大抛蚀速率仅达到110.5 nm/min，且最佳表面粗糙度为1.130 nm。
随抛光时间及抛光次数的增加，抛光液中心粒径逐渐减小至0.542 μm，说明抛光液中的团聚颗粒大多都已破碎，抛光能力逐渐减弱，且化学抛光作用也逐渐消耗殆尽，抛光液的抛光寿命也逐渐缩短。
在进行5次CMP实验后，采用激光强光灯及SuperView W1 Ultra光学3D表面轮廓仪对抛光后的H-K9L玻璃表面分别进行表面划伤情况观察和表面粗糙度测量。激光强光灯下观察到经LaCe、LaCePr稀土抛光液抛光后的玻璃表面均没有出现肉眼可见的划痕。图10为抛光前后的玻璃表面白光干涉3D图像。结合软件分析的轮廓图，H-K9L玻璃片原始表面的粗糙度Sa为1.123 nm，LaCe抛光液5次CMP抛光后玻璃片的表面粗糙度Sa为0.659 nm，而LaCePr抛光液5次CMP抛光后玻璃片的表面粗糙度Sa为0.668 nm。四价铈具有较高的正电荷、亲氧特性及较大的配位区域，致使玻璃新鲜内层的硅氧键松弛，再加上研磨介质的机械抛光作用将水化的SiO2去除，所以玻璃表面逐渐平整化，粗糙度也随之降低。在累积5次抛光后，制备的LaCePr及LaCe抛光液对H-K9L玻璃表面的表面粗糙度均明显改善，且两者的抛光质量基本持平。由此可知，在保证相同抛光质量的前提下，LaCePr抛光液的抛蚀速率更大，即制备的LaCePr具有更优的综合性能。
图 10 抛光前后的玻璃表面白光干涉3D图像Figure 10. White light interference 3D images of glass surface before and after polishing3. 结论
（1）选用LaCePr氯化稀土液，通过沉淀、氟化、高温焙烧、添加剂调配及湿法球磨等工序可成功制备LaCePr稀土抛光液，制备抛光液的工艺全过程实现了零废水外排，是一种绿色化的抛光液制备工艺。
（2） LaCePr稀土抛光液风干后样品中的介质粒子颗粒成形好，分布均匀。掺杂的La、Pr和F元素均以溶质原子固溶的方式进入CeO2晶格中，LaCePr稀土抛光液中的立方萤石结构CeO2、四方结构LaOF、面心立方Pr6O11起协同抛光作用。
（3）累积抛光H-K9L光学玻璃120 min后，LaCe抛光液的最大抛蚀速率为199.9 nm/min，而LaCePr抛光液的最大抛蚀速率可达219.7 nm/min。2种抛光液抛光H-K9L玻璃后的抛光质量基本持平，其表面粗糙度Sa由初始的1.123 nm分别降至0.659 nm和0.668 nm。
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图 4 抛光液风干后样品的SEM形貌
Figure 4. SEM morphology of sample after air drying of polishing slurry
图 5 稀土抛光液风干后样品的TEM照片
Figure 5. TEM photo of sample of rare earth polishing slurry after air drying
图 6 稀土抛光液风干样品的TEM及元素分布照片
Figure 6. TEM and element distribution photos of rare earth polishing slurry sample after air drying
图 7 稀土抛光液风干样品的XRD图谱
Figure 7. XRD pattern of rare earth polishing slurry sample after air drying
图 9 LaCePr稀土抛光液抛光性能
Figure 9. Polishing performance of LaCePr rare earth polishing slurry
图 10 抛光前后的玻璃表面白光干涉3D图像
Figure 10. White light interference 3D images of glass surface before and after polishing
表 1 LaCePr氯化液化学成分
Table 1. Chemical compositions of LaCePr chlorination solution
元素 质量分数 ω / % La 33.46 Ce 65.97 Pr 0.50 其他 ＜0.10 
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