Optimization of the Dispersant Amount in Water Based Silicon Nitride Suspension

Öz

In this study, it was aimed to prepare water based silicon nitride suspension for bio-applications by tape casting method and to evaluate its dispersion characteristics. Rheological behaviour of the suspension was optimized by concentration of the dispersant, pH value of dispersing medium and other process parameters. The pH value for homogeneous distribution was determined as 12 based on the zeta potential measurements and sedimentation tests on the Si3N4 powders used. The determined pH value was kept constant and viscosity was measured by adding dispersant at different ratios and the amount of dispersant which gave the lowest viscosity value was determined as 1.0 wt%. As a result of experiments carried out for the optimization of mixing time, the appropriate time was found to be 20 hours. The mixture with the appropriate flow properties was obtained for the tape casting application using these specified conditions.  

Anahtar Kelimeler

• Si3N4,Tape casting,Rheology,Sedimentation,Dispersant

Su Bazlı Si3N4 Süspansiyonlarda Dispersan Miktarının Optimizasyonu

Öz

Bu çalışmada, şerit döküm yöntemi ile şekillendirilmek ve biyomalzeme uygulamalarında kullanılmak üzere, Si3N4 esaslı su bazlı süspansiyon hazırlanması ve dispersiyon özelliklerinin incelenmesi hedeflenmiştir. Süspansiyonun reolojik davranışı, pH değeri, dispersan oranı, dağıtıcı ortam ve diğer reolojik parametreler kullanılarak optimize edilmiştir. Kullanılan Si3N4 tozlarında yapılan zeta potansiyel ölçümleri ve sedimentasyon testleri sonucunda homojen dağılım için gerekli olan pH değeri 12 olarak belirlenmiştir. Belirlenen pH değeri sabit tutulup farklı oranlarda dispersan ilave edilerek viskozite ölçümleri yapılmış ve en düşük viskozite değerini sağlayan dispersan miktarı ağırlıkça %1,0 olarak tespit edilmiştir. Karıştırma süresinin optimizasyonu kapsamında yapılan deneyler sonucunda uygun süre 20 saat olarak bulunmuştur. Belirlenen bu koşullarda su bazlı Si3N4 esaslı süspansiyon hazırlanması durumunda şerit döküm uygulaması için uygun akış özelliklerinde karışım elde edildiği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Si3N4,Şerit döküm,Reoloji,Sedimentasyon,Dispersan

Kaynakça

1. 1. Liu, S., Chen, P., Li, Y., Gao, S., Ye., 2016. Effect of Stacking Pressure on the Properties of Si3N4 Ceramics Fabricated by Aqueous Tape Casting, Ceramics International, vol. 42, pp. 16281-16286.
2. 2. Liu, M., Xu, L., Bi, Y., Zhang, H., Fu, Z., 2007. Silicon Nitride Ceramic Prepared by Colloidal Process, Key Engineering Materials, vol. 336-338, pp. 2388-2390.
3. 3. McEntire, B.J., Lakshminarayanan, R., Thirugnanasambandam, P., Seitz-Sampson, J., Bock, R., O’Brien, D., 2016. Processing and Characterization of Silicon Nitride Bioceramics, Bioceramics Development and Aplications, vol. 6:1, pp. 1-9.
4. 4. Cheng, C., Fan, R., Yan, K., Sun, K., Li, Q., Hou, Q., Liu, G., Xie, P., 2015. Effect of Ammonium Polyacrylate and Pre-oxidation on Rheological Properties of Si3N4 Slurries, Materials Science Forum, vol. 816, pp. 102-106.
5. 5. Xuejian, L., Liping, H., Xin, X., Xiren, F., Hongchen, G., 2000. Optimizing the Rheological Behavior of Silicon Nitride Aqueous Suspansions, Ceramics International, vol. 26, pp. 337-340.
6. 6. Zhang, J., Feng, Y., Jiang, D., Iwasa, M., 2005. Dispersion of Si3N4 Powders in Aqueous Media, Colloids and Surfaces A, vol. 259, pp. 117-123.
7. 7. Suwannasırı, T., 1997. High Solids Loading for Water-Based Tape Casting, the State University of New Jersey, Ceramic Science And Engineering, New Jersey, Ph.D Thesis.
8. 8. Ceylan, A., 2006. Şerit Döküm Yöntemi Kullanarak Fonksiyonel Aşamalı SiAlON Seramiklerinin Üretimi, Anadolu Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Doktora Tezi.