Discussion on the Preparation of Ceramic Inkjet Inks.

تعتبر أحبار نفث الحبر الخزفية حجر الزاوية في تقنية نفث الحبر الخزفية. وقد واجهت الشركات المحلية التي تعتمد على الأحبار المستوردة الباهظة الثمن تحدياً في شكل التكلفة الباهظة لهذه الأحبار. ومن المعروف على نطاق واسع أن سعر هذه الأحبار هو 30 مرة من المواد اللامعة العادية. ولا تكمن القضية في المواد الخام الغالية ولكن في عدم وجود التكنولوجيا المحلية للتنمية والإنتاج داخل البلد.

متطلبات أداء الحبر الخزفي

متطلبات الأداء المحددة 

(1) الاستقرار: ينبغي أن تظهر مواد مسحوق السيراميك ثباتاً كيميائياً جيداً في المذيبات، دون التسبب في أي تفاعلات كيميائية. الترسيب السريع والالتصاق القوي: يجب أن تتراكم جزيئات مسحوق السيراميك بسرعة وفعالية أثناء الطباعة بنفث الحبر، مما يضمن التصاق قوي لتكوين طبقات مطبوعة كثيفة. (3) معالجة الألوان: يجب أن تعرض الألوان المطبوعة أداءً لونيًا ممتازًا بعد إشعال درجة حرارة عالية ويجب أن تكون متوافقة مع طلاء القاعدة.

عيوب حبر السيراميك الحالي 

(1) انحراف الألوان الملحوظ: تعرض الطباعة النافثة للحبر الخزفية اختلافات لونية كبيرة من حيث درجة اللون والسطوع والتشبع مقارنة بالرسم الزيتي التقليدي، مما يؤثر على جودة الصورة مع طبقات الظل غير الواضحة والاختلافات الملحوظ عن العمل الفني الأصلي.(2) عدم كفاية الاستقرار والتدفق في الطباعة: توجد عوامل التلوين في أحبار النافثة الخزفية في شكل جزيئات متناثرة في وسط، مما يجعلها عرضة للتجميع والترسيب. وقد يؤدي عدم الاستقرار هذا إلى انسداد فتحات الطابعة يمكن أن تؤدي الفتحات المسدودة إلى زيادة تكلفة الطباعة السيراميكية النافثة للحبر بشكل كبير، حيث أن الفتحات مكلفة. يتأثر ثبات وتدفق الأحبار الخزفية بعوامل مختلفة، بما في ذلك المواد الخام وتقنيات الإنتاج. الحجم الأكبر للجسيمات الخزفية في الأحبار الخزفية هو عامل حاسم يؤثر على استقرارها وتدفقها. الأحبار الخزفية الحالية تستخدم في المقام الأول جسيمات خزفية نانوية. إن هذه الجسيمات الخزفية صعبة وصعبة الصنع كجسيمات دقيقة، مما يؤدي إلى صعوبات في تحقيق تشتت جيد في الوسط.(3) ضعف الالتصاق بالركازات: أحبار الحبر الخزفية التقليدية تفتقر إلى خصائص اللصق بسبب عدم وجود مواد لاصقة. بعد الطباعة النافثة للحبر على الركائز، يتبخر المذيب في الحبر، تاركًا جزيئات ملونة على سطح الركازة. هذه الطبقات الملونة عرضة للاحتكاك. بالإضافة إلى ذلك، تعتبر الملونات والمذيبات الخزفية الموجودة في الحبر مواد رطبة، ويمكن أن تؤدي الرطوبة البيئية العالية إلى زيادة امتصاص المياه في كل من الركيزة الخزفية والحبر، مما يضر بالمنتجات الخزفية غير المشعلة.(4) نقص اللمعة في حبر نفث الحبر الخزفي: تفتقر طبقات الألوان إلى التلميع، الأمر الذي يتطلب معالجات سطح ما بعد الطباعة باستخدام طبقات التلميع لتعزيز التألق على الملونات الخزفية، إضافة إلى تكلفة منتجات السيراميك النافث للحبر.(5) متطلبات عالية لمعدات الطباعة النافثة للحبر: بسبب محدودية صفاء جزيئات السيراميك في إعداد الحبر الخزفي، يمكن أن يؤدي ضعف تشتتها في المتوسط إلى صعوبات في تحقيق الجودة المطلوبة، مما يجعل العديد من أجهزة الطباعة النافثة للحبر غير مناسبة للطباعة النافثة للحبر الخزفية.

حاليا، والأساليب الرئيسية لتحضير الحبر السيراميكي تشمل أساليب التشتتة، وطرق الهلام، وطور عكس المستحلب الميكروي. 

(1) طريقة التشتت: تنطوي هذه الطريقة على إعداد نظام مشتت، بدءًا من القطع المادية الكبيرة واستخدام الطحن الميكانيكي أو التشتت بالموجات فوق الصوتية لتفكيكها إلى نظام مشتت. وتشمل معدات الطحن الميكانيكية الشائعة المطاحن الكروية وطواحين الرمال والطواحين الغروانية، مع خرز الزركونيا كمادة للطحن. ومع ذلك، فإن هذه الطرق تحقق عادة أحجام الجسيمات حوالي 1 ميكرون فقط. (2) طريقة Sol-Gel: تتضمن طريقة sol-gel استخدام المركبات ذات النشاط الكيميائي العالي كسلائف، ومزجها بشكل موحد في مرحلة سائل، وإخضاعها لتفاعلات التحلل والتكثيف لتشكيل نظام سول شفاف ومستقر. ثم يتجمع السول ببطء في هيكل هلامي ثلاثي الأبعاد، مملوء بمذيب غير متدفق بين شبكة الهلام، مكونًا الهلام. يتم تجفيف الهلام، تلبيعه، وتصلبه لتحضير المواد مع الجزيئات وحتى النانوية. على سبيل المثال، يتم ذوبان نسب مولية متساوية من إيزوبروبانول التيتانيوم والباريوم أسيتات في حمض الخليك والماء، مع مزجها بالتساوي في درجة حرارة الغرفة. يستخدم "KOH" (هيدروكسيد البوتاسيوم) لضبط درجة الحموضة إلى 13.5. تضاف كمية صغيرة من البولي فينيل بوتيرال كرابط، وتضاف كمية صغيرة من نترات الأمونيوم لتعزيز الموصلية الكهربائية لسول، ثم يتركز السول للحصول على حبر سيراميكي مع محتويات مختلفة من تيتانيت الباريوم. عندما يتجاوز تركيز الخافض للتوتر السطحي تركيز الميل الحرج (CMC)، يزيد المحلول بشكل كبير من قابليته للذوبان في السوائل القطبية، مثل الماء والمحاليل المائية. ومع ذلك، فإن استخدام المرحلة العكسية طريقة المستحلب الدقيق لتحضير الحبر الخزفي هو نهج جديد، والمفتاح يكمن في الحصول على أنظمة المستحلب الدقيق مع أعلى محتوى مائي ممكن لجعل الحبر الخزفي عملي. على سبيل المثال، يتم تحضير مستحلب ميكروي الطور العكسي FeCl (كلوريد الحديد) ومستحلب الطور العكسي NH3eH O (هيدروكسيد الأمونيوم) في محتوى مائي مثالي. يتم خلط مستحلبات الطور العكسي أثناء التحريك، ويؤدي التفاعل إلى الطور العكسي للمستحلبات الدقيقة Fe:O (أكسيد الحديد). خلال هذه العملية، يتم تحديد إضافة NH3"H:O المرحلة العكسية للمستحلب الدقيق عن طريق التحكم في pH. يتم قياس الخصائص الفيزيائية والكيميائية المختلفة للحبر السيراميكي، مثل اللزوجة، التوتر السطحي، الرقم الهيدروجيني، والموصلية.

يتم تركيب الحبر الخزفي من المواد الخزفية والوسائط غير الخطرة والمواد المضافة. وتشمل الطرق الموصوفة أعلاه المعالجة باستخدام جزيئات المواد الخزفية على مستوى الميكرومتر. الهدف النهائي في إنتاج الحبر السيراميكي هو تحويل هذه الجسيمات إلى مساحيق سيراميكية فائقة النحافة. تحقيق تشتت جيد لهذه المساحيق السيراميكية فائقة الدقة في المتوسط أو المواد المضافة أمر حاسم للحصول على حبر سيراميكي عالي الأداء. تشير المساحيق فائقة النقاء عادة إلى الجسيمات الصلبة الدقيقة التي تتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، بما في ذلك المواد المختلفة مثل المعادن، واللافلزات، والمواد غير العضوية، والمواد البيولوجية. درجة صفاء جزيئات السيراميك وتشتتها الجيد في الوسط هي عوامل حاسمة تؤثر على جودة الحبر السيراميكي.