Rheological behavior of nanocrystalline/submicron ceramic powder dispersions

Abstract

Nano ve mikronaltı seramik toz dağıtımlarına çeşitli reometrik teknikler sistematik olarak uygulanmıştır. Dağıtımların reolojik davranışı, kararlı kayma ve dinamik kayma reolojisi ile belirlenmiştir. Dinamik kayma reolojik teknikler seramik toz dağıtımlarının karakterizasyonunda polimerlerin aksine kullanılmıştır.Mikronaltı ve nano dağıtımların akma davranışları katı içeriğine ve früktoz konsantrasyonuna bağlı olduğu görülmüştür. Früktoz solüsyonunda mikronaltı ve nano alüminyum oksit ve nano titan dağıtımların kayma incelen davranışı göstermiş ve Herschel-Bulkley modeline uymuştur.Dinamik kayma reolojisi ölçümleri hem mikronaltı hem de nano toz dağıtımlarında katı kısmının sıvı kısmına göre daha baskın olduğunu göstermiştir. Gerilim ve frekans tarama testlerinde, elastik modül, akma modülünden daha yüksektir. Hacimsel katı içeriği %'si 40'dan az olan dağıtımların elastik modülleri açısal frekansa bağlıdır, bu da jel gibi bir davranışa işaret etmektedir. Ancak, hacimsel katı içeriği %40 olan dağıtımların elastik modülü açısal frekanstan bağımsız olup katı gibi bir davranışa işaret etmektedir. Früktoz konsantrasyonun fazla artışı hem yatışkan hem de dinamik kayma reolojisinin parçacık boyutuna bağlı olmaksızın önemli ölçüde etkilemiştir. Mikronaltı ve nano seramik toz dağıtımlarının hazırlanmasında, seramik toz dağıtımlarının reolojik davranışının ayarlanması için früktoz kullanılabilir. Tozlarin yüzey karakterizasyonu früktozun etkili adsorpsiyonunda esastır.

Several rheometric techniques were applied to submicron and nano ceramic powder dispersions systematically in this study. The rheological behavior of the dispersions was determined by steady shear and dynamic shear rheology. Dynamic shear rheological techniques are scarcely used for the characterization of ceramic powder dispersions contrary to polymers.The flow behaviors of the submicron and nano dispersions were found to be dependent on the solids content and fructose concentration. The submicron alumina, nano alumina, and nano titania dispersions in fructose solution showed shear thinning behavior and were fitted to the Herschel-Bulkley model.The dynamic shear rheology measurements showed that the solid part of the dispersions was dominant over the liquid part for both submicron and nano powder dispersions. The elastic modulus was higher than the viscous modulus in stress and frequency sweep measurements. The elastic moduli of the dispersions with solids content lower than 40 vol% were dependent on the angular frequency which indicated a gel-like behavior. However, the elastic moduli of the dispersions with 40 vol% solids were independent of angular frequency which indicated a solid like behavior. Further increase in fructose content had significant effects on both steady shear and dynamic shear rheological behavior of the dispersions regardless of particle size. The submicron and nano ceramic powder dispersions can be prepared by using fructose for the regulation of the rheological behavior of ceramic powder dispersions. The characterization of powder surfaces is essential for the effective adsorption of fructose.