Effect of colloidal interactions in the forming of lead magnesium niobate ceramics

Abstract

Bu tezde kurun magnezyum niobat (PMN) tozlarının su içindeki elektrokinetiközellikleri incelenmitir. Sulu PMN süspansiyonlarının izoelektrik noktası, katıkonsantrasyonuna balı olarak elde edilmitir. PMN'nin yapısındaki Pb+2 ve Mg+2katyonlarının çözünme davranıı, pH'a balı olarak test edilmitir. Çalımadapoliakrilik asit-polietilen oksit (PAA/PEO) komb polimerler, sulu PMNsüspansiyonlarında alternatif dispersant olarak denenmitir. Süspansiyon stabilitesi veakı davranıı esas olarak reolojik ölçümler ve sedimentasyon deneyleri ile pH veelektrolit konsantrasyonuna balı incelenmitir. Çalımada ayrıca komb polimerlerinPMN yüzeyine adsorpsiyonu ve bunun PMN`nin çözünmesi üzerindeki etkisiincelenmitir. Sonuçlar, PAA/PEO komb polimerlerin PMN süspansiyonlarında genibir pH ve ionik iddet aralıında stabilizasyon saladıı ve aynı artlar altında PAA'nınyetersiz kaldıını göstermitir.Çalımada, PMN tozları iki farklı su bazlı döküm yöntemi ile ekillendirilmitir.Öncelikle, genellikle çok katmanlı seramik kapasitörlerin üretiminde kullanılan biryöntem olan erit döküm ile PMN filmler üretilmitir. Sonrasında, robotik dökümyöntemi ile üç boyutlu ekillerin üretimi gerçekletirilmitir. erit döküm deneylerindeamaçlanan, su bazlı erit döküm yönteminin endüstriyel uygulamalarda kullanılmasıiçin alternatif süspansiyon reçeteleri üretmektir ki, mevcut teknolojiler büyük ölçüdeorganik solvent bazlı tekniklere dayalıdır. Sonuçlar, su bazlı erit döküm yöntemikullanılarak 10 mm ile 250 mm arasında erit kalınlıına sahip yüksek kalitede PMNfilmlerin üretilebileceini göstermitir. Robotik döküme ilikin olarak, sonuçlar robotikdöküm yönteminin üç boyutlu PMN seramiklerin üretimi için uygun bir yöntemolduunu götermitir.Elde edilen deneysel verilere göre, çalımanın genel sonuçları ve bilimsel alandakikatkısı öyle özetlenebilir: Çalıma, PMN bazlı seramiklerin su bazlı yöntemlerkullanılarak üretimine yeni bir bakı açısı getirmitir. Bu gelimelerin, kiiselbilgisayarlarda, cep telefonlarında ve dier elektronik cihazlarda kullanılan parçalarındaha üstün niteliklere sahip olarak üretilmesine katkıda bulunacaı düünülmektedir.

Electrokinetic properties of lead magnesium niobate (PMN) powders in liquidmedium are investigated in this thesis. Isoelectric point of aqueous PMN suspensionswas determined as a function of solids concentration. Dissolution character of both Pb+2and Mg+2 cations in PMN structure were examined as a function of pH. Poly(acrylicacid)-poly(ethylene) oxide PAA/PEO comb polymers were tested as the novel dispersantin this system and their effect on the stability and flow behavior of aqueous PMNsuspensions was investigated. Stability and flow behavior were mainly studied byrheological measurements and sedimentation experiments as a function of pH andpolyelectrolyte concentration. Adsorption of comb polymers onto PMN surface andtheir effect on the powder dissolution were also investigated. Results indicated that thePAA/PEO comb polymers impart stability to PMN suspensions over a wide pH rangeand ionic strength where pure PAA fails.In the course of this study PMN powders were consolidated using two differentwet shaping methods. First, PMN films were produced using aqueous tape castingmethod which is widely used in the manufacture of multilayer ceramic capacitors.Secondly, three-dimensional PMN lattices were produced using robocasting method. Inthe former case, the goal was to provide alternative recipes for the aqueous tape castingprocess to be utilized in industrial applications since the current technology is based onthe organic solvent based techniques. Results showed that it was possible to producehigh quality PMN films with thicknesses in the range of 10 to 250 ?m using aqueousbased tape casting process. In the latter case, the results showed that robocasting is asuitable technique for the preparation of three dimensional PMN ceramics.Based on these results overall conclusion and the contribution of this study canbe summarized as follows: The work carried out gives new insights into themanufacturing of PMN based ceramics using aqueous based techniques. Suchimprovements may bring benefits in the manufacturing of smaller electroniccomponents employed in the personal computers and mobile phones and otherconsumer products in the near future.