دراسة الإعداد والأداء للحبر الخزفي الأسود

مع تقدم العلوم والتكنولوجيا، اكتسبت تكنولوجيا التحكم الرقمي أهمية متزايدة في الصناعات التحويلية الحديثة. تعتبر تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر الرقمية السيرامية، كشكل من أشكال تكنولوجيا الطباعة الرقمية غير التلامسة، واحدة من التقنيات الرئيسية للتصنيع. وقد نجحت هذه الدراسة في إعداد الحبر السيراميكي الأسود باستخدام طريقة تشتت الطحن واستكشفت تأثير أوقات الطحن المختلفة على الحبر#مسلسل 39 هـ. وتشير النتائج إلى أنه في غضون 1.5 ساعة من الطحن، يمكن إنتاج حبر خزفي أسود يتراوح متوسط حجم الجسيمات فيه بين 200 و 300 نانومتر، بما يلبي متطلبات الطابعات النافثة للحبر.

وعلى النقيض من الطباعة التقليدية النافثة للحبر، يحتاج حبر الطباعة السيراميكي النافث للحبر إلى الاشتعال بدرجة حرارة عالية بعد الطباعة. وتختلف تأثيرات اللون تحت اللمعان المختلف أو درجات حرارة الإشعال. يشير الحبر الخزفي، كعنصر أساسي في تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر، إلى نوع من السائل الموجود في الطابعات النافثة للحبر التي تحتوي على مساحيق خزفية خاصة أو أصباغ خزفية أو ملونات. بشكل عام، يتكون الحبر الخزفي من أصباغ غير معدنية غير عضوية (ملونات، صقيلة)، مذيبات، مشتتات، خافضات التوتر السطحي، والمواد المضافة الأخرى. حاليا، تشمل الطرق الرئيسية لتحضير الحبر السيراميكي أساليب الهلام السولي، وأساليب الطور العكسي للمستحلب الدقيق، وأساليب التشتيت. وقد نضجت طرق Sol-gel ولكن لها مساوئ ضعف الاستقرار مع محتوى صلب عال، مما يؤدي إلى هطول الأمطار مع مرور الوقت. وطرائق الطور العكسي للاستحلاب المجهري مكلفة وغير مناسبة للإنتاج على نطاق واسع. وفي المقابل، يشيع استخدام طرق التشتت، مما يجعل عملية الحبر الخزفي أبسط وأكثر فعالية من حيث التكلفة ومناسبة للإنتاج الصناعي بسبب التحسينات المستمرة في تكنولوجيا الطحن.

يتضمن إعداد الحبر السيراميكي في المقام الأول عاملين رئيسيين: استقرار الحبر السيراميكي، الذي يحدد ما إذا كان من الممكن نشر جزيئات اللون بشكل موحد في الحبر، وأداء الحبر السيراميكي لتلبية متطلبات الأجهزة في الطابعات النافثة للحبر. وهذا يتطلب تحكمًا صارمًا في مؤشرات الأداء مثل لزوجة الحبر الخزفي والكثافة وحجم الجسيمات. تشتت الأصباغ الملونة غير العضوية في الحبر الخزفي ليس عملية مساحيق بسيطة ؛ فإنه يتطلب التوزيع المنتظم والمستقر لجسيمات اللون في الوسط لمنع التجميع أو التخثر أو الترسيب. وفي ظل ظروف عملية مختلفة، تختلف درجة تجزئة الصبغات الملونة غير العضوية. إن التحكم في نطاق توزيع حجم الجسيمات للحبر الخزفي وتقليل وقت الطحن يشكل تحديات في طريقة تشتت الطحن. تحقق هذه الدراسة في الحبر السيراميكي الأسود، وذلك باستخدام نظام أكسيد النحاس الأسود، وتقوم بإعداد الحبر السيراميكي الأسود باستخدام طريقة تشتت الطحن. يتم فحص تأثير أوقات الطحن المختلفة على خصائص الحبر، مثل حجم الجسيمات. ومن خلال تحليل حجم الجسيمات وإمكانات زيتا باستخدام محلل النانو وإمكانات زيتا والمجهر الإلكتروني الناقل، تحدد الدراسة وقت الطحن الأمثل لإنتاج حبر خزفي عالي الأداء، بهدف الحد من استهلاك الطاقة وتعزيز الفوائد الاقتصادية الصناعية.

الأدوات والمواد التجريبية المستخدمة في هذه الدراسة مدرجة في الجدول 1.

1-2 إعداد حبر خزفي أسود باستخدام طريقة تشتيت الطحن. الخطوات التجريبية المحددة هي كما يلي: بنسبة ثابتة، مزج الصباغ غير العضوي أكسيد النحاس الأسود، مذيب، مشتت 2055، مزيل الرغوة، وعامل ترسيب مضاد التيرا -يو. انثر الخليط باستخدام مشتت بسرعة 800 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة. ثم يقسم الحبر إلى خمسة أجزاء ويطحن الخليط مع خرزات أكسيد الزركونيوم لفترات مختلفة باستخدام طاحونة رمل (0.5h و 1h و 1.5h و 2h و 2.5h). وبعد عملية الترشيح، تكون عملية الترشيح الناتجة هي الحبر السيراميكي الأسود، الذي يخضع فيما بعد لاختبار الأداء.

النتائج والمناقشة 2.1 تأثير أوقات الطحن المختلفة على أداء الحبر الخزفي يؤثر وقت الطحن بشكل مباشر على حجم جسيمات الحبر الخزفي. اختيار وقت الطحن الأمثل هو عامل أساسي في تحديد أداء الحبر الخزفي. تم إعداد عينات مختلفة من الحبر الخزفي مع أوقات طحن مختلفة. ويبين الجدول 2 مقارنة لمدى توزيع حجم الجسيمات للحبر الخزفي المعدّ في أوقات طحن مختلفة.

ويبين الجدول 2 أنه في ظل نفس نسبة المذيبات، يكون للحبر الخزفي المعد لوقت طحن قدره 0.5 ساعة نطاق توزيع واسع من الجسيمات، في حين أن الحبر الخزفي المعد لوقت طحن قدره 1.5 ساعة نطاق توزيع أضيق. وفي نطاق معين من وقت الطحن، مع زيادة وقت الطحن، يضيق نطاق توزيع حجم الجسيمات تدريجيًا. عندما يصل حجم جسيمات الحبر الخزفي إلى حجم معين، فإن تمديد وقت الطحن لا يؤثر بشكل كبير على توزيع حجم الجسيمات. وبالتالي، يتم تحديد وقت الطحن الأمثل لتحضير الحبر الخزفي في 1.5 ساعة، مما يؤدي إلى نطاق توزيع حجم الجسيمات الضيقة التي تلبي متطلبات الطابعات النافثة للحبر. ويوضح الشكل 1 أنه مع زيادة وقت الطحن، يقل متوسط حجم الجسيمات تدريجياً. في البداية، يكون تقليل حجم الجسيمات سريعا، ويقل حجم الجسيمات من حوالي 82 نانومتر إلى حوالي 280 نانومتر. مع استمرار الطحن، يقل حجم الجسيمات أكثر، ولكن معدل الخفض يقل، وخاصة بعد 1.5 ساعة من الطحن عندما يظل حجم الجسيمات مستقرا نسبيا. يرجع شكل الجسيمات غير المنتظم لجسيمات التلوين بعد الطحن إلى قوى مختلفة، مثل قوى الضغط والقص، التي تؤثر على الجسيمات الكبيرة في بداية الطحن.

بعد الطحن لمدة 1.5 ساعة، تم كسر معظم جزيئات التلوين إلى جسيمات أصغر. وعلاوة على ذلك، فإن مؤشر التوزيع لحجم الجسيمات ينخفض مع طول أوقات الطحن (الشكل 2)، وفي البداية، لوحظت قمم متعددة، مما يشير إلى التشتت غير المتساوي لجسيمات التلوين. بعد 1.5 ساعة من الطحن، يصبح التوزيع أكثر اتساقًا وأضيق. بعد 1.5 ساعة، يظل مؤشر التوزيع دون تغيير في الغالب.

2-2 رصد تشقق حبر السيراميك بالمجهر الإلكتروني للنقل أُعدت خمس مجموعات من حبر السيراميك الأسود في وقت طحن قدره 1.5 ساعة. وقد صيغت هذه في محاليل تشتت الحبر، ولوحظ حجم وتشتت جسيمات التلوين في محلول التشتت باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، كما هو موضح في الشكل 3. الشكل 3 يكشف بوضوح التوزيع المتساوي لجسيمات التلوين في محلول التشتت، مع الجسيمات المغلفة من قبل الإضافات، وتشكيل جزيئات الحبر الفردية المنتشرة في المذيب. بعد 0.5 ساعة من الطحن، تكون جسيمات التلوين أكبر، بدون تراكم. ويبلغ حجم الجسيمات حوالي 600 نانومتر. بعد 1.5 ساعة من الطحن، تم تقسيم الجسيمات الكبيرة السابقة إلى جسيمات أصغر، محاطة بالجزيئات المضافة. الجسيمات أصغر، مع حجم أقل من 300 نانومتر. معظم الجسيمات في الحبر الخزفي يتراوح حجمها بين 150-300 نانومتر، مع شكل غير منتظم في نطاق 200-300 نانومتر. المشاهدات من TEM تتفق مع النتائج التي تم الحصول عليها من حجم النانو و زيتا المحتملة المحلل.

2-3 وقامت شركة غويشي باو بملء اختبار طباعة لحبر خزفي بزمن طحن قدره 1.5 ساعة في طابعة نفث حبر CoPilot256. وكان الحبر يطبع عمليا على الورق الأبيض، كما هو موضح في الشكل 4. تظهر جودة الصورة نصًا واضحًا ودقيقًا، وأنماطًا مفعمة بالحيوية، وألوان بلا عيوب مثل القطر، وفقاعات الهواء، والشرائط، أو تناثر الحبر. وهذا يؤكد أن الحبر السيراميكي الأسود المعد في وقت طحن 1.5 ساعة يفي بمتطلبات الطابعة النافثة للحبر.

الاستنتاج (1) لقد نجحت هذه الدراسة في إعداد حبر سيراميكي أسود عالي الجودة باستخدام طريقة تشتت الجسيم، حيث يفي حجم الجسيم بمتطلبات الطابعات النافثة للحبر ويظهر ثباتاً جيداً.(2) تشير نتائج التجارب إلى أن وقت الطحن البالغ 1.5 ساعة يمكن أن ينتج حبر سيراميكي أسود يتراوح متوسط حجم الجسيم بين 200 و 300 نانومتر وتوزيعاً مثالياً لحجم الجسيم. ويهدف وقت الطحن الأمثل هذا إلى الحد من استهلاك الطاقة وتعزيز الفوائد الاقتصادية الصناعية.