Portal de Periódicos da CAPES

The effect of alcohol treatment on the rheology of Si3N4

1993; Elsevier BV; Volume: 11; Issue: 4 Linguagem: Inglês

10.1016/0955-2219(93)90027-o

1873-619X

M. Schwelm, G. Kaiser, Wolfgang A. Schulz, H. Schubert, Günter Petzow,

Advanced Cellulose Research Studies

Slip casting of Si3N4 requires well-dispersed low viscosity suspensions. Two alternative procedures have been applied: (a) premixing by attritor milling in isopropanol, drying followed by the final slip preparation with deflocculant and water in a ball mill (batch A) and (b) suspending the powder in water using a deflocculant and mixing milling in a continuous attritor-like mill (batch B). Both batches were identical with respect to the starting powder, additives and the solid content. Astonishingly, the rheology was found to be quite different. Batch A had a strong tendency to Bingham behaviour whereas batch B showed a clear Newtonian shear curve. The differences are attributed to a reaction of the alcohol used (isopropanol) in batch A with the powder surfaces forming stable surface groups. The most probable configuration is a silyl ester Si-O-C-R, shielding the active sites against the coupling of the deflocculants. Burn-out experiments revealed that temperatures of 500°C are necessary to remove these surface groups. After this treatment the powders could be suspended giving the same shear curve as batch B. Der Schlickerguß von Si3N4 erfordert die Beherrschung von niedrigviskosen Suspensionen. Zu deren Herstellung wurden alternativ zwei Routen beschritten: (a) Vormahlen der Pulvermischung in Isopropanol, Trocknung und anschließende Suspensionsherstellung mit Wasser und einem Verflüssiger in einer Kugelmühle (Charge A) und (b) Dispergierung des Schlickers mit Verflüssiger in Wasser und Mischmahlung in einem kontinuierlich arbeitenden Attritor (Charge B). Beide Chargen wurden aus den identischen Ausgangspulvern mit gleichem Festoffgehalt und gleichen Additiven hergestellt. Dennoch mußten beträchtliche Unterschiede bezüglich der Rheologie festgestellt werden. Charge A hatte eine ausgeprägte Bingham-Fließgrenze, während Charge B ein Newtonsches Fließverhalten aufwies. Die unterschiedlichen rheologischen Eigenschaften werden auf die Reaktion des Isopropanols mit den Pulveroberflächen in Charge A zurückgeführt. Als wahrscheinlichste Konfiguration wird ein Silylester Si-O-C-R angesehen, der die aktiven Zentren gegen den Verflüssiger abschirmt. Es mußten Temperaturen von 500°C angewendet werden, um die Pulveroberflächen zu reinigen. Danach ergab sich ein Fließverhalten wie bei Charge B. Le coulage en barbotine de Si3N4 nécessite des suspensions bien dispersées et de faible viscosité. Deux processus ont été testés: (a) prémélange par attrition dans l'isopropanol, suivi d'un séchage et d'une préparation finale de la barbotine au broyeur à boulets, dans l'eau et avec un défloculant (batch A); (b) dispersion de la poudre dans l'eau avec un défloculant et mélange-broyage dans un attriteur en continu (batch B). Ces deux batches sont identiques en ce qui concerne la matière première, les additifs et la teneur en matière sèche. Etonnement, la rhéologie est tout-à-fait différente. Le batch A présente une tendance sévère à un comportement de type Bingham, tandis que le batch B montre une courbe de cisaillement type Newton. Les différences sont attribuées à la réaction préalable dans le batch A de l'alcool utilisé (isopropanol) avec la surface des poudres formant des groupements superficiels stables. La configuration la plus probable est un silylester Si-O-C-R, protégeant les sites actifs de l'action des défloculants. Des essais de calcination ont montré que des températures de l'ordre de 500°C sont nécessaires pour éliminer ces groupements superficiels. Après un tel traitement, le poudres en suspension présentent un comportement rhéologique identique au batch B.