Uitdagingen in Reologische karakterisering van sterk geconcentreerde Suspensions - Een Case Study for-Zeefdruk Silver Plakt

Samenvatting

Er wordt een protocol gepresenteerd voor een robuuste en op applicatie gerichte reologische karakterisering van sterk geconcentreerde suspensies. Zilverpasta's die worden gebruikt voor screenprintingtoepassing in de productie van zonnecellen, worden gebruikt als modelsystemen.

Samenvatting

Een uitgebreide reologische karakterisering van sterk geconcentreerde suspensies of pasta's is verplicht voor een doelgerichte productontwikkeling die voldoet aan de vele vereisten tijdens de verwerking en toepassing van dergelijke complexe vloeistoffen. In dit onderzoek zijn meetprotocollen voor een sluitende beoordeling van verschillende procesrelevante reologische parameters geëvalueerd. Dit omvat de bepaling van opbrengstspanning, viscositeit, wandslipsnelheid, structurele herstel na grote vervorming en breuklengte, evenals trekkracht tijdens het strekken van filamenten.

De belangrijkheid van gelijktijdige video-opnamen tijdens parallel-plate rotatie-reometrie voor een significante bepaling van reologische hoeveelheden wordt gedemonstreerd. Het vervormingsprofiel en het stromingsveld aan de rand van het monster kunnen worden bepaald met behulp van geschikte markers. Zo kunnen meetparameterinstellingen en platenruwheden waarden worden geïdentificeerd waarvoor opbrengstspanning en viscositeitsmetingen mogelijk zijn. Slipsnelheid kan direct worden gemeten en meetcondities waarbij plug flow, shear banding of sample spillover optreedt, kunnen duidelijk worden geïdentificeerd.

Video-opnamen bevestigen verder dat de verandering in schuifmoduli die wordt waargenomen tijdens drie-fase oscillerende schuiftests met kleine vervormingsamplitude in fase I en III, maar grote oscillatieamplitude in fase II, direct kan worden toegeschreven aan structurele afbraak en herstel. Voor de hier onderzochte pasta's neemt de mate van irreversibele, door schuif veroorzaakte structurele verandering toe met toenemende vervormingsamplitude in fase II totdat een verzadiging wordt bereikt bij vervormingen die overeenkomen met de kruising van G' en G'', maar de onomkeerbare schade is onafhankelijk van de duur van groot amplitude schuif.

Een capillaire breakup verlengingsreometer en een trektoestel zijn gebruikt om het vervormings- en breukgedrag van sterk gevulde pasta's in uniaxiale verlenging te karakteriseren. Er werden significante verschillen waargenomen in alle hierboven beschreven experimenten voor twee commerciële zilverpasta's voor schermprint die worden gebruikt voor frontzijde metallisering van Si-zonnepanelen.

Inleiding

Voorkant metallisatie van silicium zonnecellen wordt vaak gerealiseerd met behulp van traditionele zeefdruk. Naast stencilafdruk, inkjet printen en flexodruk ^1, heeft zeefdruk gebruikt sinds de jaren 1970 voor tal van printtoepassingen ^2. Het is een veelzijdige techniek en in de productie van zonnecellen, het zorgt voor eenvoudige en snelle metallisatie tegen een lage drukkosten. Echter, de vloei-eigenschappen van zeefdruk pasta's moeten zorgvuldig worden aangepast om ongestoord, foutvrije verwerking te waarborgen. Deze Vooral in zonnecel metallisatie sinds smalle uniforme lijnpatronen te bereiken. Verder pasta recepten moeten zorgvuldig worden aangepast om sedimentatie van de hoge dichtheid zilverdeeltjes, fasescheiding en partikel aggregatie.

De hooggeconcentreerde geleidende scherm drukpasta's voor front-side metallisatie van zonnecellen mainly bestaan uit drie componenten ^{3, 4, 5, 6:} het geleidende materiaal, in het algemeen microscopisch kleine zilverdeeltjes die goede elektrische geleiding ^{7, 8;} de continue fase, het zogenaamde auto, een mengsel van organische bindmiddelen, oplosmiddelen en additieven bevorderen deeltjes bevochtigingsmiddelen, filmvorming en hechting aan het substraat dat ook additieven voor het vloeigedrag aanpassen, met name waarbij de deklagen op smalle scherm mazen passen gemakkelijk; en het anorganische bindmiddel (glaspoeder) fungeert als een adhesiepromotor en activeert het sinterproces bij lagere temperaturen.

Afdrukken van fijne lijnen met een hoge aspectverhouding vereist zilverpasta's die een hoge vloeispanning en een uitgesproken afschuiving verdunnend gedrag ⁹ vertonen. De hoge opbrengst spanning garandeert een goede shape nauwkeurigheid en een hoge aspectverhouding dat sterk pseudoplastische en een overeenkomstig lage viscositeit bij hoge afschuifsnelheden noodzakelijk wanneer de pasta door nauwe mazen, waarbij de pasta wordt blootgesteld aan hoge afschuifsnelheden geschat op meer dan 10 ^3s stroomt ^{-1 10.}

Tijdens het drukproces, zijn pasta's blootgesteld aan zeer uiteenlopende vervorming tarieven en belastingen. Ten eerste, de pasta rust op het scherm; dan fungeert de rakel en de pasta dringt door zeefopeningen op het substraat. Na aanbrengen van de pasta op de siliciumwafel, structuur en viscositeit moeten snel herstellen pasta verspreiding op het substraat te verbieden. Dit zou zonnecel prestaties verminderen door hogere beschaduwingsverliezen ^{10, 11, 12, 13, 14, 15}. Onderbrekingen, de zogenaamde meshmarks, in gedrukte vinger lijnen kunnen op kruispunten van draden mesh afhankelijk pasta reologie. De tijd voor het egaliseren van de meshmarks moet zo lang als nodig is, maar ook kort genoeg zijn om de vinger lijn te houden verspreiden zo laag mogelijk ^16.

De rakel druk vereist voor de pasta stroomt door de mazen op het substraat zorgvuldig de hoge vloeispanning nodig om een goede vormvastheid ^{3, 6, 9, 17, 18} verschaffen aangepast. Deeltjes dicht gepakt, sterke wisselwerking en vormen complexe structuren. Dienovereenkomstig naast vloeispanning, pseudoplastische en thixotropie kunnen verscheidene andere ingewikkelde stromingsfenomenen zoals shear strepen of lawine voorkomen in dergelijke suspensies ^{19 20 <}/ ^{sup>, 21.} Muur slip is ook van cruciaal belang om geconcentreerde suspensies ^{22, 23, 24, 25.} Een dunne laag vloeibaar lagere viscositeit, dat wil zeggen een laag uitgeput of vrij van deeltjes naast de wand ^{25, 26, 27, 28, 29, 30, 31} gevormd en kunnen te regelen door nauwe spleten of kanalen.

Dus een uitgebreide rheologische karakterisering van zeefdruk pasta is van essentieel belang met het oog op de verwerking van eigenschappen en functies van het product te verbeteren. In deze studie worden twee commerciële zilver pasta's gekarakteriseerd. Deze pasta's bezitten wezenlijk verschillende drukken performances. De rheologische characterization van dergelijke materialen zeer veeleisend. Zelfs de eenvoudige bepaling van de stationaire afschuifviscositeit gebruik van een roterende reometer is een grote uitdaging vanwege wand slip, propstroming, afschuif bandvorming en plakken morsen. Dienovereenkomstig eerdere studies gericht op oscillerende shear metingen ^{10, 17, 21} of de karakterisering van lage geconcentreerde zilverpasta's, zogenaamde inkten ^{3, 6, 15,} waarbij de genoemde verschijnselen onwaarschijnlijk.

Protocollen voor een degelijke en zinvolle karakterisering van het stromingsgedrag van geconcentreerde zilveren pasta's kan worden gedefinieerd aan de hand van video-opnames. Een rotationele shear rheometer met een parallelle plaat sample armatuur wordt toegepast bij dit onderzoek duidelijk wezen propstroming, wand slip en afschuiving banding afhankelijk van de ruwe plaatness op een niet-triviale wijze.

In eerder werk tijdsafhankelijke ontwikkeling wand slip in steady torsie van geconcentreerde suspensies werd onderzocht op verschillende platen ruwheid. De stroom van sterk geconcentreerde suspensies van vaste glasbollen in polymeerbindmiddel werd zichtbaar gemaakt en een grotere plaat of binnencilinder ruwheid voorkomen wand slip. Het verhogen plaat ruwheid geleid tot breuk van de monsters ^{22, 25.} Breuk trad op kleinere schijnbare afschuifsnelheden als de muur ruwheid verhoogd. De uiteinden van de oneffenheden van de geruwde oppervlakken kan optreden als spanningsconcentratiepunten aan het plaatoppervlak, initiëren fracturen van afschuifspanningen kleiner zijn dan de vloeispanning τ _y ²⁵ r.

Muur slip wordt belangrijk geacht voor de zeefdruk prestaties van sterk geconcentreerde pasta's te zijn. Het verleden e glijdt door het gaas gemakkelijker bij hogere wand slip en de afzetting op het substraat ³² aanzienlijk vergroot. Met behulp van video-opnames kan wall slip direct waarneembaar voor verschillende experimentele protocollen. De slipsnelheid kan direct worden bepaald uit de hoeksnelheid van de roterende plaat behulp gladde platen met lage ruwheid. Maar vloeigedrag bepaling uit zilverpasta's een inherente beperking. De suspensies zijn ondoorzichtig, kan dus vision voor veldobservaties voldaan worden bij het monster velg. Eerdere studies hebben geprobeerd om de muur slip en vervorming in de monsters tegelijkertijd te bepalen. Zij merkten slip onder de rekgrens en vond een kwadratische afhankelijkheid van de slipsnelheid van de afschuifspanning. Het vloeigedrag van transparante kleisuspensies werd onderzocht door Pignon ²⁷ na de vervorming van een kleurstof pigment leiding geïnjecteerd in het stortgoed. Persello et al.xref "> 26 zijn geconcentreerde waterige kiezelzuursuspensies onderzocht. Zij vonden dat verhoging plaat ruwheid wand slip onderdrukken niet leidt tot een homogeen monster vervorming maar veroorzaakte bulk fractuur. Slip en monster vervorming pasta zacht microgeldeeltjes en geconcentreerde emulsies intensief geweest besproken in een serie artikelen ^{28, 29, 30, 31.} Fluorescente tracer deeltjes werden gebruikt om het stromingsveld binnen deze transparante monsters in een conus-plaat geometrie bepalen. Zij vonden een karakteristieke slip snelheid V * aan de vloeispanning van de respectieve materiaal en een machtswet voor de toename van slip velocity afschuifspanning τ τ hieronder _y. een exponent van één gevonden voor de niet-hechtende delen en twee bij zwakke aantrekking tussen deeltjes en de muur.

In de studie presenteerde haare ontwikkeling van vervorming en stroomt onder gecontroleerde spanning en afschuifsnelheid gecontroleerde omstandigheden wordt bewaakt. In tegenstelling tot de bevindingen in referentievoorbeeld 25, waardoor plaat ruwheid niet tot breuk beide onderzochte pasta. Ook kunnen wall slip en propstroming niet alleen onderdrukt door verhoging plaat ruwheid. Deze verschijnselen lijken geregeld door de verhouding van de deeltjesgrootte en plaat ruwheid. Monster gemorst sets in een karakteristieke rotatiesnelheid waarschijnlijk bepaald door de balans tussen de centrifugale krachten die werken op en wrijving op de reometer plaat. Echter, de afschuifsnelheid waarbij de viscositeit bepaling kan worden bepaald en gelijktijdig wand slip kan worden gekwantificeerd. Verder wordt een capillaire reometer toegepast om de viscositeit bij hogere afschuifsnelheden die voor het drukproces te bepalen.

Ondanks de moeilijkheden bij steady shear rheometrie welomschreven oscillerende afschuifvervorming cEen eenvoudig worden geïmplementeerd. Een drietraps oscillatietest (constante frequentie, verschillende trillingsamplituden) simuleert het zeefdrukproces ¹⁰ en zorgt voor het bestuderen structureel herstel van de pasta:

In de eerste "preprint" stap wordt een kleine vervorming uitgeoefend op de elastische en visceuze eigenschappen te bepalen in rust. De tweede "print" stap simuleert het mes coating en de pasta langs het gaas door een voldoende hoge amplitude vervorming breken van de pastastructuur. In de laatste "post-print" stap wordt een kleine vervorming aangebracht op het structurele herstel van de pasta te detecteren. De initiële modulus waarde moet snel worden bereikt om pasta voorkomen dat de verspreiding, maar niet te snel meshmarks voorkomen. De hier gepresenteerde onderzoek bevestigen dat het structurele herstel onvolledig eerder door Zhou ²¹ gerapporteerd. Zhou konden aantonen dat de structurele verandering wordt veroorzaaktdoor het breken vulstof clusters van vulstof matrix ontkoppeling via zilverdeeltjes gesuspendeerd in ethylcellulose oplossing. Video-opnamen in deze studie tonen dat de waargenomen irreversibele structurele veranderingen geen artefact verband met het optreden van slip wand, afschuif bandvorming, propstroomreactor of monster gemorst. Bovendien is gevonden dat de mate van structurele analyse sterk afhankelijk van de amplitude vervorming toegepast in trap twee, maar nauwelijks afhankelijk van het tijdsinterval van de aangebrachte spanning. Dit aspect werd niet waargenomen in de experimenten van Zhou. De invloed van de pastasamenstelling structurele afbraak en herstel in een volgend document besproken.

Tenslotte wordt een werkwijze voor de pasta gedrag bij screen snap-off simuleren gepresenteerd. Een capillaire rheometer uiteenvallen in lengterichting en commerciële trekbank worden gebruikt om de rekverhouding waarbij de pasta's te doorbreken en de maximale axiale kracht bepaalt gedurende strekken als functierek snelheid.

Video-opnamen bleken onmisbaar voor het vinden van de juiste meetprotocollen nodig is voor een zinvolle reologische karakterisering van zilverpasta's via parallelle plaat roterende rheometrie zijn. Videogegevens kon de bepaling van afschuifsnelheid en schuifspanning regimes waarop lichamelijk welbepaalde vloeispanning en viscositeitswaarden kon worden bepaald. De geschikte keuze van de plaat ruwheid en plaatseparatie parameters werd op basis van deze video-opnamen. Experimentele instellingen welke wand slip, zuivere propstroming, afschuif bandvorming of monster gemorst optreden kan eenduidig ​​worden geïdentificeerd. De pasta hier onderzochte gebruikt voor de voorkant metallisatie van zonnecellen. Echter, een zorgvuldige video ondersteunde reologische karakterisering is ook van belang voor diverse andere soorten geconcentreerde suspensies waaronder hoge dichtheid micron-deeltjes.

Protocol

Let op: Neem contact op met alle relevante veiligheidsinformatiebladen (VIB) voor gebruik. Verscheidene van de elementen voor de zilverpasta formulering acuut toxisch, carcinogeen en watergevaarlijke stoffen. Gebruik alle nodige veiligheidsvoorschriften bij de omgang met zilveren pasta's (persoonlijke beschermingsmiddelen - veiligheidsbril, handschoenen, laboratoriumjas, volledige lengte broek, dichte schoenen). Ook het werken met de rheometer vereist zorgvuldig te werk. Bescherm de handen van wordt gevangen tijdens de geometrische verplaatst naar de meetpositie.

1. Rotatie Shear Metingen - Meetrapport

1. Schijnbare viscositeit bepaald - afschuifsnelheid gecontroleerde metingen
   1. Voer rotationele shear experimenten met reometer met een parallelle-plaatgeometrie (plaat ruwheid _Rq = 2-4 urn, plaat diameter d = 25 mm). De vereiste hoeveelheid pasta 0,49 ml.
      1. Pas de .... aanmeten instellingen viscositeit bepalen. Metingen verrichten stapsgewijs van gecontroleerde afschuiving snelheidsmodus = 0,01 ^S-1 - 1000 ^s-1 in 40 stappen. De meettijd 1200 s.
      2. Plaats de uitrusting voor de opname van de meetopening in de stand: camera statief met de bijgevoegde endoscopische camera, LED-spot, en de externe computer om de opnamen op te slaan. Pas de endoscopische camera-instellingen, zoals het contrast en de helderheid van het veld blootstelling.
      3. Net voordat het opvullen van de spleet reometer, meng het monster in het reservoir zodat de pasta homogeen gemengd.
      4. Vul de rheometer kloof met de gemengde zilveren plak monster.
         OPMERKING: Bij een meetopening hoogte h _end = 1 mm, eerst naar een spleet stand _h1 = 1,05 mm ter verwijdering van de overmaat monster van de rand van de reometer geometrie. na clearing de overmaat monster, veranderen de spleethoogte actuele positie van uur ₁ tot uur _einde.
      5. Om de pasta stroming in de meetopening visualiseren, markeer de pasta met roetdeeltjes in een verticale lijn.
      6. Voor de meting, wacht ongeveer 5 minuten tot normaalkrachten in de spleet vergaan.
      7. Start de meting. Start het meetapparaat en video-opname op hetzelfde moment om de pasta in de kloof te volgen en meten van de instellingen, rheometrie resultaten, en video-opnamen correct te correleren.
      8. Herhaal de meting stappen 1.1.1.3 - 1.1.1.7 ten minste drie keer.
      9. Zet de schijnbare viscositeit η _app versus schijnbare schuifsnelheid _app logaritmisch. Evalueer de video-opnamen naar het gedeelte van domineert muur slip, het gedeelte van de pasta vervorming, en het deel van het monster lekkage te controleren. De parameterinstellingen voor, waarbij een uniforme shoor profiel gevormd kan gemakkelijk worden gedetecteerd op basis van de video-opnames (figuur 1).
         OPMERKING: De afschuifspanning bij de rand van de plaat wordt berekend uit de geregistreerde torsie van de reometer en de schijnbare afschuifsnelheid bij de rand van de plaat bij steady state toegepast. De schijnbare afschuifsnelheid wordt verwezen naar de hoeksnelheid van de plaat en de spleethoogte h bij de maximale radius plaat.
2. Opbrengst spanningsbepaling - vergelijkt afschuifspanning gecontroleerde metingen met verschillende ruwheid plaat en vin geometrie
   1. Vloeispanningsmeting met een plaat van ruwheid _Rq = 1,15 urn.
      1. Voor metingen met _Rq = 1,15 urn, gebruik rheometer B met een plaat diameter d = 20 mm. De vereiste hoeveelheid pasta 0,31 ml.
      2. Pas de instellingen voor het meten vloeispanningsmeting. Metingen verrichten stapsgewijs gecontroleerde afschuifspanning mode. Variëren de afschuifspanning van 1 Pa tot 3.000 Pa in 35 stappen met een totale meettijd van 1050 s.
      3. Monteer een camera statief met de bijgevoegde endoscopische camera, een LED-spot, en de externe computer met software om de video-opnamen op te slaan. Pas de endoscopische camera-instellingen, bijvoorbeeld het contrast en de helderheid van het veld blootstelling.
      4. Voor het vullen van de meetopening met zilverpasta, meng het monster in het reservoir te verzekeren dat het homogeen wordt gemengd. Gebruik een snelmenger (30 seconden bij 1.000 rpm). Na mengen, vullen het gat met deeg.
      5. Neem een ​​kleine hoeveelheid van het gemengde pasta, toepassen op de bodemplaat van de parallelle plaat rheometer en breng de bovenplaat naar een meetpositie.
         OPMERKING: Voor een meting met een spleethoogte h _end = 1 mm, eerst naar stand spleet _h1 = 1,05 mm en het overtollige monster van de rand van de reometer geometrie. Na het verwijderen van de overtollige sample, veranderen de spleethoogte actuele positie van uur ₁ tot uur _einde.
      6. Markeer het deeg in de meetspleet met roetdeeltjes in een verticale lijn. Dit maakt visualisatie van de pasta vervorming en stroming in de spleet en de wand slip.
      7. Voor de meting, wacht ongeveer 5 minuten tot de normaalkracht op de bovenplaat is verdwenen.
      8. Start nu de meting. Start het meetapparaat en video-opname op hetzelfde moment om de pasta in de kloof te volgen en om de juiste meting instellingen toeschrijven aan video-opnames.
      9. Ga door met de meting tot de pasta wordt gemorst uit de kloof.
      10. Herhaal de meting in totaal voor drie keer. Voor elke meting reinigen van de meetopening met ethanol en herhaal stappen 1.2.1.4 - 1.2.1.9.
      11. Wanneer de meting voltooid is, plot de vervorming γ versus afschuifspanning τ logaritmisch en bepalen de vloeispanning van het medium met gebruikmaking van de tangent snijpunt methode ^33.
   2. Vloeispanningsmeting op een plaat van ruwheid _Rq = 2-4 urn.
      1. Voor metingen met _Rq = 2-4 urn, gebruik rheometer Een plaat met een diameter van d = 25 mm. De vereiste hoeveelheid pasta 0,49 ml.
      2. Herhaal de stappen 1.2.1.2 - 1.2.1.11 for yield spanningsmetingen met een plaat ruwheid _Rq = 2-4 urn.
   3. Vloeispanningsmeting op een plaat van ruwheid _Rq = 9 urn.
      1. Voor metingen met _Rq = 9 urn, gebruik rheometer B met een plaat diameter d = 20 mm en de vereiste hoeveelheid pasta 0,31 ml. Met dubbele geconfronteerd plakband stukken schuurpapier hechten aan de platen overeenkomt met hun diameter.
      2. Herhaal de stappen 1.2.1.2 - 1.2.1.11 voor vloeispanningsmeting met een plaat ruwheid _Rq = 9 urn.
   4. opbrengst stress meting met de schoep geometrie.
      1. Voor vloeispanning afmetingen met de schoep geometrie gebruikt rheometer C.
      2. Pas de instellingen voor het meten vloeispanningsmeting. Voer de metingen stapsgewijze gecontroleerde afschuifspanning als functie parallelle plaat metingen 1.2.1, 1.2.2 en 1.2.3. De parameterwaarden τ = 1 - 3000 Pa in 35 stappen en een totale meettijd van 1050 s.
      3. Voor het vullen van de cilindrische maatbeker met het monster, meng het monster in het reservoir zodat het monster homogeen gemengd. Na mengen vullen de cilindrische maatbeker met 10 ml zilverpasta.
      4. Verplaats de schoep geometrie naar de meetpositie en wacht 5 minuten.
      5. Start nu de meting.
      6. Voor betrouwbare resultaten, ten minste drie keer herhaal de meting.
      7. Wanneer de meting voltooid is, plot de vervorming γ versus afschuifspanning τ logaritmisch en bepaal de vloeispanning behulpde tangens snijpunt werkwijze zoals hierboven beschreven.
3. Muur slip observatie
   1. Uitvoeren wand slip waarnemingen met een plaat ruwheid _Rq = 1,15 um gebruikt rheometer B met een plaat diameter d = 20 mm.
      1. Pas de instellingen voor het meten de wand slip bepalen. Metingen verrichten in gecontroleerde afschuifspanning modus geselecteerd schuifspanningen tussen 400 Pa en 1300 Pa en een meettijd 300 s totaal.
      2. Plaats de uitrusting voor opnames van de meetopening in de stand: camera statief met de bijgevoegde endoscopische camera, LED-spot en de externe computer om de opnamen op te slaan. Pas de endoscopische camera-instellingen, zoals het contrast en de helderheid van het veld blootstelling.
      3. Voor het vullen van de meetopening met zilverpasta, meng het monster in het reservoir te verzekeren dat het homogeen wordt gemengd.
      4. Vul de rheometer kloof met de gemengde zilveren pastamonster.
      5. Markeer het deeg in de meetspleet met roetdeeltjes in een verticale lijn voor vloeigedrag observatie.
      6. Voor de meting wacht ongeveer 5 minuten tot de normaalkrachten in de spleet vergaan.
      7. Start de meting. Start het meetapparaat en video-opname op hetzelfde moment om de pasta in de kloof te volgen en meten van de instellingen, rheometrie resultaten en video-opnamen correct te correleren.
      8. Herhaal de stappen 1.3.1.3 - 1.3.1.7 drie keer voor elke geselecteerde shear stress.
      9. Zet de wand slip snelheid v _slip versus afschuifspanning τ de wand slipgedrag (figuur 9) vertonen.
4. Monster gemorst onderzoek in rotatie shear meting
   1. Voer monster gemorst onderzoek met een reometer (plaat diameter d = 25 mm en de vereiste hoeveelheid pasta 0,49 ml).
      1. Om de afhankelijkheid van de onset monster vlek op spleethoogte h bepalenrun stappen 1.1.1.1 - 1.1.1.8 op verschillende hoogtes gap.
         OPMERKING: Voor een meting met
         h _end = 0,2 mm eerst naar stand spleet _h1 = 0,21 mm en verwijder de overmaat monster
         van de rand van de reometer geometrie
         h _end = 0,5 mm → h ₁ = 0,51 mm
         h _end = 1,0 mm → h ₁ = 1,05 mm
         h _end = 1,5 mm → _h1 = 1,55 mm
         h _end = 2,0 mm → h ₁ = 2,05 mm
      2. Onderhavige resultaten een grafiek van de schijnbare viscositeit η _app versus schijnbare schuifsnelheid _app voor verschillende hoogtes spleet (figuur 10). Bepaal de knik in de curve en de bijbehorende kritische toerental nT _crit en plotten deze versus de spleethoogte h (figuur 11).
5. Reologische karakterisering van eent hoge afschuifsnelheden uitgevoerd met capillaire rheometer
   1. Voeren capillaire reometer gemeten onder toepassing van een mondstuk met cirkelvormige dwarsdoorsnede. Met een mondstuk met een diameter d = 0,5 mm en de lengte L = 40 mm here. De diameter van de toevoer reservoir d _toevoer = 20 mm.
      1. Pas de meetinrichting instellingen (zuigersnelheid 0,001 mm ^s-1 en 20 mm ^s-1). Metingen verrichten stapsgewijs bestuurde afschuifsnelheid, 5 s per meetpunt.
      2. Meng het monster te verzekeren de pasta wordt homogeen gemengd en vullen de laadhouder met 78,5 ml zilverpasta.
      3. Breng de zuiger in de meetpositie en start de meting.
      4. Bereken de schuifspanning van het drukverschil tussen de monsterkamer en capillaire afvoer. Bepaal de drukval onder toepassing van een 500 bar drukomzetter. Neem tenminste 5 drukwaarden voor elke geselecteerde zuigersnelheid.
      5. Ga door met de meting tot het voer reservoir leeg.
      6. Herhaal de meting (stappen 1.5.1.2 - 1.5.1.5) drie keer.
      7. Bereken de schijnbare afschuifsnelheid van de volumestroom via zuigersnelheid en de diameter van het toevoerreservoir en voer de Weissenberg-Rabinowitsch correctie. Bereken de afschuifspanning τ _w uit het gemeten drukverschil ^34. De schijnbare viscositeit wordt dan gegeven als η _app = τ _w / _app. Tenslotte plot de schijnbare viscositeit versus schijnbare schuifsnelheid om de reologische karakterisering vullen bij hoge afschuifsnelheden (figuur 12).

2. oscillerende shear Metingen

1. amplitude sweep
   1. Voeren amplitude sweep-metingen met behulp van een reometer Een plaat diameter d = 25 mm en een ruwheid _Rq = 2-4 urn. de required pasta volume 0,49 ml.
      1. Pas de meting van instellingen voor amplitude sweep meting. Verrichten metingen op gecontroleerde deformatie amplitude = 0,01-100% en een constante frequentie f = 1 Hz in 35 stappen.
      2. Herhaal stap 1.2.1.3 - 1.2.1.8 het voltooien van de amplitude vegen drie keer. Reinig de meetopening met ethanol voor elke meting.
      3. Zet de moduli G' en G "versus deformatie amplitude logaritmisch (Figuur 13). De vervorming amplitudebereik waarin G'> G '' en beide moduli evenwijdig onafhankelijk van de vervorming amplitude , Is het lineaire viscoelastische regime (LVA). Bij proeven structureel herstel pick vervorming amplitude van dit gebied voor stap I en stap III . Voor trap II van de latere drietraps structurele hersteltest selecteert de vervorming amplitude 10% hoger dan _kruisen waarbij G'= G '' een structurele afbraak tussen de proeven structureel herstel te garanderen.
2. Drie fase structureel herstel-test
   1. Tests uitvoeren structureel herstel met reometer uitgerust A met behulp van een plaat met diameter d = 25 mm en ruwheid _Rq = 2-4 urn. Met de hoeveelheid die de amplitude sweep experimenten (2,1) getoond. De vereiste hoeveelheid pasta 0,49 ml.
      1. Voer de test drietraps oscillatie met verschillende oscillatieamplitudes bij constante frequentie (f = 1 Hz).
         NOTITIE:
         Stadium I: Kleine trillingsamplitude in de LVA wordt gedurende 300 s de afschuiving moduli van de begintoestand verkrijgen. Voor pasta Bfiles / ftp_upload / 55377 / 55377eq2.jpg"/> _I = 0,025%.
         Stadium II: De grote spanningsamplitude ( _II = 80%) bepaald in stap 2.1 wordt toegepast in de oscillerende afschuiving modus _II t = 50 s, 150 s en 600 s voor tijdsafhankelijkheid onderzoeken. Vervorming afhankelijkheid onderzoeken de spanning tussen amplitudes _II = 0,025% en _II = 100% zijn elk voor constante tijd (t = 150 s _II) toegepast.
         Stadium III: Dezelfde kleine trillingsamplitude dergelijke in fase I wordt aangevraagd 1200 en het herstel gedurende een langere tijd te volgen.
      2. Herhaal stap 1.2.1.3 - 1.2.1.8 te voltooien drie fasen oscillatie test drie keer. Reinig het meten gap met ethanol voor elke meting.
      3. Zet de moduli G' en G '' tegen de tijd in een semi-log grafiek (zie Figuur 14 en Figuur 15 (a)).

3. Stretching Gedrag Vaststelling - een Snap-off Simulation

1. Verstrekgedrag metingen met de capillaire rheometer uiteenvallen uitrekkende
   1. Voer rekken experimenten met de capillaire uiteenvallen uitrekkende rheometer. Met twee cilindervormige zuigers met een diameter d = 6 mm. Rek de pasta bij variërende snelheden van de oorspronkelijke spleethoogte h = 1 mm tot de draadbreuken.
      LET OP: Let op: dit is niet een typisch gloeidraad dunner experiment gecontroleerd door oppervlaktespanning. Deze test kan ook worden uitgevoerd met een zeefgaas bevestigd met de emulsiezijde van de bovenste zuiger en een wafer substraat op de bodem. dit way drukproces gedurende metallisatie van mono- en multikristallijn industrieel voorbewerkte Si-wafel wordt nagebootst.
      1. Pas de meting van de instellingen voor het oprekken van experimenten. Varieert het rekken snelheden (bijvoorbeeld: 7,5 mm ^s-1, 11 mm ^s-1 en 110 mm ^s-1) tot de verandering filament vervorming en breuk gedrag zien.
      2. Schakel de high speed camera aan de verandering in filament vorm vast te leggen. Stel de framesnelheid tot minimaal 250 fps en zet de achtergrondverlichting om het filament vervorming sporen. aan te passen Ook de high speed camera-instellingen, met name de beeldscherpte, het contrast en de helderheid van het veld blootstelling.
      3. Voor het vullen van de meetopening met zilverpasta, meng het monster in het reservoir te zorgen voor de pasta homogeen gemengd. Na mengen, vullen de meetopening met deeg.
      4. Neem een ​​kleine hoeveelheid (28,3 pi) van de gemengde pasta toe te passen op de onderste zuiger. Breng de upper zuiger naar de meetpositie (meten spleethoogte h = 1 mm) en het schoonmaken van de overmaat monster van de rand van de geometrie.
      5. Start de meetinrichting en de opnamen van het filament vervorming tegelijkertijd.
      6. Herhaal de meting drie keer. Voor elke meting reinigen van de meetopening met ethanol en herhaal stappen 3.1.1.3 - 3.1.1.5.
      7. Kies de eerste afbeelding van draadbreuk de zuigerstand x _onderbreking waarin het filament breekt evalueren. Bereken de kritische strekverhouding _(br x - x ₀₎ / ₀ x = Ax _br / x _0. Bepaal de hoeveelheid verschillende snelheden strekken (figuur 16).
2. Rekkracht meting met de trekbank
   1. Voor trekbank experimenten gebruikt een zuiger met een diameter d = 5 mm. Het hieruit resulterende tiensile kracht tijdens het spannen.
      1. Pas de meting van de instellingen voor het oprekken van experimenten. Varieert het rekken snelheden, bijvoorbeeld v = 10 mm ^s-1, 20 mm ^s-1, 30 mm ^s-1 en 40 mm ^s-1 en meet de verandering van rekkracht met een 50 N belastingscel. Stel de oorspronkelijke spleethoogte h tot h = 1 mm en de eindpositie te h _end = 12 mm.
      2. Voor het vullen van de meetopening met zilverpasta, meng het monster in het reservoir te zorgen voor de pasta homogeen gemengd.
      3. Breng de pasta aan de bodemplaat van de trekbank. Breng de bovenplaat naar de meetpositie en het schoonmaken van de overmaat monster van de rand van de geometrie.
      4. Start de meetinrichting en de opnamen van het filament rek tegelijk.
      5. Herhaal de meting drie keer. Voor elke meting reinigen van de meetopening en herhaal stappen 3.2.1.2 - 3.2.1.4.
      6. Uit de F vs. [6; x data maximale kracht _Fmax gedetecteerd gedurende het doortrekken en de verstrekverhouding bij breuk Ax _br / x ₀ verkregen zoals getoond in figuur 17 (a). Perceel Ax _br / x ₀ vs. verschillende snelheden strekken (figuur 17 (a)). Plot _Fmax versus strekken velocity (Figuur 17 (b)).

Resultaten

De viscositeit is een belangrijke parameter voor fluïdumverwerkende en meerfasenfluïda de afhankelijkheid van de afschuifsnelheid wordt vaak bepaald met parallelle plaat rotatie rheometrie. Voor sterk geconcentreerde suspensies is dit niet een ongecompliceerde en geen triviale taak en de definitie van een geschikte meetprotocol kan lastig zijn. Hier wordt aangetoond hoe sterk geconcentreerde zilveren pasta's rheologisch kan worden gekarakteriseerd combineren rotatie rheometrie en video-opnamen. Een gedegen experimentele protocol voor het bepalen van de stabiele afschuifviscositeit wordt vastgesteld en de toegankelijke afschuifsnelheidstraject wordt bepaald. Figuur 1 een overzicht van de schijnbare viscositeit en schijnbare afschuifspanning versus de schijnbare afschuifsnelheid toegepast voor pasta B. De meting wordt uitgevoerd met een plaat van ruwheid _Rq = 2-4 urn. Uitsnijdingen uit video-opnames mogelijk de verdeling van de verkregen stromingskromme in driesecties. In deel overheerst één wand slip. De bovenplaat glijdt zonder plakken vervorming. In deze sectie de schuifspanning constant. Pasta vervorming zet in ten _{min, app} = 0,07 ^S.1 markeren het begin van sectie twee. Tegelijkertijd begint de shear stress te verhogen. De vervorming van de pasta en de stress toename monotoon totdat het derde lid wordt bereikt. Bij een kritische afschuifsnelheid of hoeksnelheid de pasta kruipt uit het gat en tegelijkertijd schijnbare viscositeit en afschuifspanning daling sterk door het monster gemorst. Dienovereenkomstig verschaft de viscositeit en afschuifspanning krommen vertonen een karakteristieke knik die optreedt bij ongeveer
_{max, app} = 2,5 ^s-1. Deze _{max, app} markeert het begin van demonster gemorst. Hoe hoger de afschuifsnelheid des te sneller de pasta wordt uitgeworpen. De viscositeit van de pasta is alleen beschikbaar in afschuifsnelheidstraject bij _{min, app} < _app < _{max, app.} Aangezien de vervorming in de spleet niet bekend is en a priori mag niet hetzelfde zijn zoals waargenomen bij de rand van de viscositeiten zelfs dat nominaal afschuifsnelheidstraject heeft als de schijnbare waarden te behandelen. De afschuifspanning τ _app aan de rand van de plaat _Rmax wordt berekend uit het uitgeoefende koppel T op de volgende manier
τ _app = T (2π r _max ^{3) -1} [3 + d (ln T) / d (ln _app)]. De schijnbare afschuifsnelheid _app de rand van de plaat wordt berekend uit de hoeksnelheid Ω van de plaat en de spleethoogte h volgens _app = Ω _(Rmax / h) ^34. Aangezien de werkelijke vervorming en spanningen binnen de spleet niet bekend deze berekende spanning en afschuifsnelheid waarden zoals duidelijk of nominale waarden te behandelen.

In zachte materie vaak kritische spanning, de zogenaamde vloeigrens τ _{y, app} wordt gevonden waarbij een overgang van een elastische omkeerbare vervorming onomkeerbaar stroming wordt waargenomen. Dit vloeispanning is een belangrijke factor in pastasamenstelling betrekking klassieke zeefdruk in opkomst additieve fabricagetechnieken. Een hoge vloeispanning wenselijk vormnauwkeurigheid waarborgen na het afdrukken. In het algemeen is de vloeispanningbepaald uit de knik in de vervorming versus afschuifspanning curve met de raaklijn kruising werkwijze als voorbeeld in figuur 2 getoond. Vaak wordt dit gedaan met behulp van een zogenaamde schoep geometrie zorgen voor betrouwbare en significante resultaten zonder het effect van slip ^{35, 36.} Het meten van de vloeigrens van de parallelle-plaatgeometrie is een andere optie die moet zorgvuldig worden gevalideerd. Muur slip of afschuiving banding verschijnselen vaak waargenomen in sterk gevulde suspensies kunnen interfereren met de vloeispanning evaluatie. Daarom werd het effect van de plaat ruwheid op τ _{y, app} bepaling onderzocht. Resultaten van de vloeispanning waarden voor pasta A en B in spanning sweep experimenten met verschillende ruwheid plaat worden getoond in Figuur 3. Verhogen van de plaat ruwheid veroorzaakt een toename in berekende vloeispanning, terwijl de variatie in de spleethoogte h heeft geen invloed determination van deze hoeveelheid. Figuur 4 toont uitsparingen van de video genomen pasta A op een plaat van ruwheid _Rq = 1,15 urn en een spleethoogte h = 1 mm. Roet deeltjes werden op het monster velg als merker en endoscopische videobeeldapparatuur geplaatst werd gebruikt om de vervorming te karakteriseren in het monster velg. De pasta glijdt op de bodemplaat bij spanningen tot r _app = 600 Pa terwijl het vast aan de bovenplaat. Een propstroom wordt gevormd in de meetopening, dat wil zeggen het monster niet wordt vervormd en het bepalen van een vloeispanning of viscositeit zinloos hoewel een knik in de corresponderende schijnbare vervorming versus afschuifspanning kromme lijkt een overgang van elastische deformatie daarop impliceert viskeuze stroming. Een soortgelijk gedrag wordt verkregen voor andere spleet hoogtes pasta A en pasta B dus een plaat van ruwheid _Rq = 1.15 urn niet geschikt voor de bepaling van vloeispanning of viscosity van dergelijke sterk gevulde zilverpasta's. Daarentegen voor een bord ruwheid _Rq = 2-4 urn (volgens opgave van de fabrikant) videobeeldapparatuur bevestigt de vorming van een afschuifvervorming profiel aan de rand (figuur 5) die nodig zijn voor een betrouwbare en goed gedefinieerde rheologische metingen. Propstroom wordt vermeden en plak een gelijkmatige stroming wordt ten τ _app = 1360 Pa. Soortgelijke vloeigedrag werd waargenomen voor B. pasta dus de keuze van de plaat ruwheid maakt een betrouwbare vloeispanningsmeting. Het kiezen van een hogere plaat ruwheid _Rq = resultaten 9 urn hogere vloeispanning waarden dan verkregen plaat ruwheid _Rq = 1,15 pm en _Rq = 2-4 urn. Dit effect is veel groter voor pasta A dan voor pasta B. De video-opnames laten zien dat er geen afschuifkrachten profiel tijdens deze meting (figuur 6) wordt gevormd met deeg A. Bij een spanning τ _app = 1880 Pa de bovenste plate begint te bewegen zonder pasta vervorming. Een spanning van τ _app = 2605 Pa veroorzaakt het glijden van de pasta op de bodemplaat toch zonder plakken vervorming. De kritische spanning die overeenkomt met de knik in de vervorming versus belasting kromme niet markeren de overgang van elastische deformatie viskeuze, Het is niet de vloeigrens. In plaats daarvan markeert het begin van de slip en propstroming en moet worden beschouwd als kritiek slip spanning τ _slip. Daarentegen werd geen propstroom waargenomen voor pasta B met de _Rq = 9 urn plaat (figuur 7). De vervorming van de pasta vanaf τ _app = 1430 Pa en is volledig ontwikkeld τ _app = 1.597 Pa. Bij hogere schuifspanning (τ _app = 1880 Pa) afschuiving banding optreedt, dat wil zeggen slechts een tussenfase smalle laag van het monster wordt afgeschoven. De vloeispanning verkregen uit de vervorming versus stresscijfers met R _{q = 9 urn plaat dicht bij die verkregen met R q = 2-4 urn bij pasta B, maar heeft het geen zin om deze ruwe dienblad τ y, app bepaling van deeg A. Voor gebruik nogmaals controleren parallelle plaat Rq = 2 - 4 pm, de zwichtspanning werd ook gemeten met de schoep geometrie. Deze geometrie is inherent niet beïnvloed door wand slip effecten en het begin van snelle lamel rotatie bij een bepaalde aangelegde spanning eenduidig gerelateerd aan structurele afbraak in de pasta in de cilindrische vlak gedefinieerd door de diameter van de lamel ^{35, 36.} Figuur 8 toont dat de verkregen met de schoep geometrie resultaten komen goed overeen met die verkregen uit parallelle plaat rheometrie met Rq = 2-4 urn. Op basis van de hierboven gepresenteerde resultaten werden alle andere experimenten uitgevoerd onder toepassing van een plaat met ruwheid Rq = 2 - & #160; 4 urn uitzondering van de wand slip snelheidsmetingen. De platen met ruwheid Rq = 1,15 pm en Rq = 9 pm kan niet worden aanbevolen voor vloeispanning en viscositeit bepaling van zilverpasta's of andere sterk gevulde suspensies vergelijkbaar met die hier onderzocht. Tenslotte wordt vermeld dat de vloeispanning van pasta A is hoger dan die van pasta B.}

Muur slip is een andere belangrijke parameter voor een succesvolle afdrukken. Hoe hoger de wand slip, hoe beter de pasta stroomt door de zeef ³² maasopeningen. De wand slipsnelheid, namelijk de relatieve snelheid van de bewegende plaat en de aangrenzende pastalaag kan direct geëvalueerd uit video-opnames onafhankelijk van propstroming of afschuifvervorming heerst in de spleet. Een gladde bovenplaat en een bodemplaat ruwe moeten worden gebruikt bij het uitvoeren van deze experimenten ^{25 , 27, 28, 30. Indien het monster in de opening in rust, wordt de slip velocity rechtstreeks door de snelheid van de bovenplaat. Figuur 9 toont de wand slipsnelheid versus afschuifspanning, zoals bepaald onder deze laatste omstandigheden onder toepassing van een plaat met _Rq = 1,15 urn. Slip duidelijk optreedt bij spanningen ver onder de rekgrens hetzelfde als waargenomen voor geconcentreerde emulsies en pasta zacht microgeldeeltjes 28, 29, 30. Voor pasta A worden hogere wand slip snelheden verkregen dan bij pasta B ongeacht de aangelegde spanning. In beide gevallen slip snelheid lineair toe met de toegepaste spanning. De verkregen helling m _A = 0,33 urn (Pa.s) -1 voor pasta A bijna drie maal hoger is dan de helling _mB = 0,12 μm (Pa s) -1 verkregen pasta B. Evenals eerder opgemerkt 28, 29, 30, een karakteristieke slip snelheid V * ongeveer een spanningsniveau overeenkomt met de vloeispanning gevonden en boven τ _y slip nauwelijks meetbaar. Voor pasta A en B, V _A * = 0,37 mm s-1 en V _B * = 0,11 mm s-1, respectievelijk.}

Het monster spill wordt toegeschreven aan de sterke middelpuntvliedende kracht die op de hoge dichtheid microscopisch kleine deeltjes en derhalve worden geregeld door de hoek- of rotatiesnelheid n _crit waarbij de centrifugaalkracht domineert visceuze wrijving. Om dit te testen, werd de meting spleethoogte h verhoogd van 0,2 mm tot 2 mm. De intensiteit van het monster spill toeneemt met spleethoogte h en afschuifsnelheid. Hoe breder de spleethoogte eerdere monster gemorst setsin, dat wil zeggen _crit lager (Figuur 10). Figuur 11 toont dat monster gemorst sets op een kritiek hoeksnelheid n _crit ongeacht monsterhoogte h tussen 0,5 mm en 2 mm. Voor pasta A, de kritische rotatiesnelheid n _{crit, A} ≈ 0,6 min ^-1 en pasta B is n _{crit, B} ≈ 1,7 min ^-1. De constatering n _{crit, A} crit, B kunnen voortkomen uit verschillende voertuigtypen viscositeit of door variabele zilver deeltjesgrootte. Zowel pasta's vertonen veel hogere waarden voor n _crit een meetopening hoogte h = 0,2 mm. Derhalve verminderen de spleethoogte zorgt voor een breder afschuifsnelheid waarbij de viscositeit bepaling mogelijk. De reden voor de hoge n _crit gevonden waarden voor h = 0,2 mm is nog niet duidelijk. Dit zou te wijten zijn aan een grotere bijdrage van de oppervlakte tiensie op het monster rand of door vorming van aggregaten verstopping van de smalle spleet. Verder onderzoek is noodzakelijk om te verduidelijken dat. Figuur 10 bevestigt verder dat voor _app = 0,07 ^S.1 - 2,5 ^S-1 de schijnbare viscositeit verkregen op verschillende hoogtes spleet niet systematisch variëren namelijk wall slip verwaarloosbaar onder deze experimentele omstandigheden. Het variëren van de afschuifsnelheid van hoog naar laag of van lage naar hoge waarden oplevert dezelfde viscositeit gegevens wanneer n _crit niet wordt overschreden, dus geen lekkage plaatsvindt, dus is er geen bewijs van irreversibele structurele veranderingen in het monster.

Een capillaire rheometer wordt gebruikt om de pasta viscositeit bijzonder te bepalen op procesmatige hoge afschuifsnelheden. De Weissenberg-Rabinowitsch correctie voor niet-parabolische snelheidsprofiel is hier gedaan om de werkelijke afschuifsnelheid in het geval van niet-Newtonse vloeistoffen ³⁴ krijgen. De ingangsdruk verwaarloosbaar is vanwege de hoge L / d-verhouding >> 1, maar het optreden van slip muur is niet onderzocht in casu dus gegevens zoals duidelijk viscositeitswaarden te behandelen. Figuur 12 toont de schijnbare viscositeit voor zowel pasta's A en B bepaald parallelle plaat rotatie rheometrie en capillaire rheometrie. Opmerkelijk, verkregen uit zowel experimentele technieken gegevens lijken zeer goed voor zowel pasta's suggereren dat wand slip akkoord is van ondergeschikt belang in het capillaire rheometrie metingen uitgevoerd hier. Tenslotte pasta A en B vertonen vergelijkbare schijnbare viscositeit bij lage afschuifsnelheden maar viscositeit van pasta A is hoger dan die van pasta B in de hoge afschuiving regime.

Steady shear metingen met parallelle plaat reometers roterende moeten uitsluitend worden uitgevoerdMED nauwkeurig en kan worden verstoord door wand slip, shear strepen of monster gemorst zoals hierboven uitvoerig besproken. Daarom is het gebruik van oscillerende shear experimenten zijn voorgesteld om structurele afbraak en herstel van de zilveren pasta's karakteriseren tijdens het scherm-drukproces. Dit gebeurt in een drietraps oscillerende test zoals voorgesteld door Hoornstra, Zhou en Thibert ^{10, 15, 21.} Eerst wordt een amplitude sweep moet worden uitgevoerd om de lineaire en niet-lineaire respons regime te bepalen op een vooraf geselecteerde frequentie (Figuur 13). De lineaire visco-elastische regiem onderscheidt zich door een constante, -onafhankelijke modulus waarden en G'> G ''. Het verval van de opslagmodulus G' op vrije voeten wordt gekozen als een criterium om het begin van de niet-li identificerenin de buurt van respons regime. De kenmerkende vervorming amplitude _c markeren van de overgang van lineair naar niet-lineaire respons wordt gedefinieerd als de amplitude waarbij G 'is afgenomen tot 80% van de gemiddelde initiële waarde G' ₀ in het lineaire regime: G '( _c) = 0,8 G' _0. In fase I en III van de test, een kleine trillingsamplitude binnen de lineaire visco-elastische respons regime, dwz < _c is geselecteerd voor het karakteriseren van de overige structuur van de pasta (fase I) alsook de tijdsafhankelijkheid en de mate van herstel in de derde fase van de test na de vernietiging van de oorspronkelijke structuur door een hoge amplitude vervorming toegepast in trap II. figuur 14toont overeenkomstige resultaten voor pasta B. In fase I wordt de pasta vervormd = 0,025% en G' groter dan G', dat wil zeggen het elastische gedrag van de pasta overheerst. Als vervorming toeneemt in fase II, G 'groter dan G' zorgen voor structurele analyse binnen de pasta gedurende deze periode van grote deformatie. Stadium III simuleert het rusten van de vinger lijnen op het substraat na het printen. In deze fase G 'groter dan G '' weer, maar G' en ook G 'lager zijn dan de respectieve aanvankelijke G' en G 'waarden voor de pasta structuur werd vernietigd. De video-opnamen bevestigen dat dit geen verband houdt met de effecten zoals muur slip, propstroom of monster morsen. De pasta gelijkmatig vervormt tijdens oscillerende afschuiving, kleeft aan de plaat en geeft geen slip wand of monster gemorst. Derhalve kan worden geconcludeerd dat de onvolledigeherstel van de afschuifmoduli geeft een onomkeerbare structurele veranderingen in het monster als gevolg van de uitgeoefende grote amplitude afschuiving in fase II. De in figuur 15 (a) gegevens tonen dat de mate van irreversibele structurele veranderingen niet afhankelijk van de duur van de grote deformatie amplitude oscillerende afschuiving toegepast in trap II. De resultaten in fase III niet variëren voor verschillende perioden schaararmen tijd t _II. De waarde van de geselecteerde amplitude vervorming in fase II heeft een sterke invloed op de mate van structureel herstel. Dit is duidelijk uit figuur 15 (b) toont het verschil tussen de opslagmodulus waarden bepaald stadium III en I AG 'genormaliseerd door de beginmodulus waarde G' _I. Voor > 20%, dat wil zeggen op vervormingen die overeenkomt met de crossover van G' en G ''(zie figuur 13) pasta B herstelt slechts 30% van de beginwaarde en plak A slechts 10%. Dit wordt beschouwd als een pasta eigendom van cruciaal belang voor een verscheidenheid van verven operaties en de afhankelijkheid van pasta samenstelling zal in de toekomstige werkzaamheden worden aangepakt. Let op, de structureel herstel onmiddellijk na beëindiging van grote amplitude oscillerende afschuiving in fase II van het allergrootste belang in het bijzonder voor het zeefdrukproces maar de commerciële rheometer hier gebruikt zou niet mogelijk voor het bepalen van betrouwbare gegevens in de eerste seconde na het wijzigen .

Filament uitrekken experimenten zijn uitgevoerd om de snap-off tijdens het zeefdrukken te simuleren. De snap-off behoort tot de laatste stap van zeefdrukken. Figuur 16 demonstreert dat de filamentlengten bij breuk toeneemt bij toenemende snelheid rekken zowel pastes. Breuk altijd optreedt bij lagere rekverhouding _(br x - x ₀₎ / ₀ x = Ax _br / x ₀ voor pasta B dan pasta A, maar dit verschil lijkt enigszins afnemen bij toenemende snelheid rekken. Aangezien de draadbreuk pasta B gebeurt bij een lagere strekverhouding kan deze pasta beter snap-off eigenschappen.

De met de capillaire rheometer uiteenvallen uitrekkende beeldvorming setup resultaten worden bevestigd door de trekbank experimenten. Overeenkomstige resultaten zijn getoond in Figuur 17. Opnieuw de rekverhouding waarbij de filamenten breken toe met toenemende snelheid strekken (figuur 17 (a)) en pasta B pauzes op lagere Ax _br / x ₀ waarden dan deeg A. De absolute waarden Ax _br / x ₀ verkregen met de capillaire verbreken elongationele rheometer zijn altijd hoger dan de overeenkomstige waarden verkregen met de trekbank. Dit wordt toegeschreven aan de verschillende plaatdiameters d = 6 mm en d = 5 mm, dat wil zeggen verschillende initiële monstervolumes de capillaire reometer en uiteenvallen uitrekkende trekbank. Tenslotte de trekbank ook een tweede karakteristieke parameter de maximale kracht _Fmax die op het filament tijdens het spannen. Deze hoeveelheid neemt ook lineair toe met toenemende afstand snel maar dan het verkregen pasta B waarden groter dan die paste A. Verder onderzoek is nodig om de relevantie van _Fmax het zeefdrukproces of andere bekledingsbewerkingen onthullen.

Figuur 1. Schijnbare viscositeit gecontroleerde afschuiving parallelle plaat rotatie rheometrie. Overzicht van de resulting schijnbare viscositeit en afschuifspanning gemeten onder gecontroleerde afschuiving mode met een parallelle plaat rheometer (afgekort PP), platen ruwheid _Rq = 2-4 urn en spleethoogte h = 1 mm. Indeling schijnbare afschuifsnelheid in drie secties gebaseerd op video-opnamen tijdens de meting. Muur slip, pasta vervorming en sample spill zijn gemarkeerd in de video-opname uitsparingen. Pasta B wordt hier als voorbeeld gekozen, maar soortgelijke resultaten werden verkregen voor deeg A. De foutstaven worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2. Toepassing van de raaklijn snijpunt Werkwijze for yield spanningsbepaling. De vervorming γ, dat wil zeggen de verplaatsing van de bovenplaat gedeeld door de spleethoogte wordt uitgezet tegen de toegepaste nominale afschuifspanning τ _app. De schuifspanning geregelde meting uitgevoerd met een plaat ruwheid _Rq = 2-4 urn en een spleethoogte h = 1 mm. Paste B is exemplarisch hier gekozen, maar vergelijkbare resultaten werden verkregen voor pasta A. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3. Effect van de plaat ruwheid van de vloeigrens. De resulterende vloeigrens voor verschillende platen ruwheid _Rq = 1,15 urn, _Rq = 2-4 urn en _Rq = 9 urn versus spleethoogte h. Resultaten afhangen van de plaat roughness _Rq en is onafhankelijk van het variëren van de hoogte meetopening (links: pasta A, rechts: pasta B). De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 4. uitsnijdingen van video-opnamen bij variërende afschuifspanning. Hier het voorbeeld van pasta A gemeten met plaat ruwheid _Rq = 1,15 urn. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 5. uitsnijdingen van video-opnamen bij variërende afschuifspanning. Hier het voorbeeld van pasta A gemeten met plaat ruwheid _Rq = 2-4 urn. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 6. Uitsparingen van video-opnamen bij variërende afschuifspanning. Hier het voorbeeld van pasta A gemeten met plaat ruwheid _Rq = 9 urn. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 7. uitsnijdingen van video recor deuken bij variërende shear stress. Hier het voorbeeld pasta B gemeten met plaat ruwheid _Rq = 9 urn. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 8. Als gevolg vloeispanning. Een vergelijking van de vloeispanning van pasta A en B bepaald met schoep geometrie en _Rq = 2-4 urn parallelle-plaatgeometrie. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

ploaden / 55377 / 55377fig9.jpg"/>
Figuur 9. Afhankelijkheid muur Slip afschuifspanning. Wall slip snelheid v _slip versus afschuifspanning τ van pasta A en B bepaald _Rq = 1,15 urn parallelle plaat geometrie bij spleethoogte h = 1 mm. De karakteristieke wand slipsnelheid verkregen aan de vloeispanning van het materiaal wordt aangeduid als V *. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 10. Effect van spleethoogte bij monster gemorst. Schijnbare viscositeit bij variërende meten spleethoogte h onder gecontroleerde afschuifsnelheid modus pasta B plaat ruwheid _Rq = 2-4urn. De spleethoogte is gevarieerd tussen h = 0,2 mm en h = 2,0 mm. Neerwaartse knik in viscositeitscurve sets in bij hogere afschuifsnelheden bij een lagere spleethoogte wordt gekozen. De spleethoogte is gevarieerd tussen h = 0,2 mm en h = 2,0 mm. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 11. De kritische toerental waarmee sample lekkage sets toerental n _crit waarmee de neerwaartse knik in de viscositeitscurve sets in vers spleethoogte h en parallelle-plaatgeometrie met _Rq = 2-4 urn (links.: plakken A, rechts: pasta B). Monster spill sets in dit charactpolemisch rotatiesnelheid zoals bevestigd door video-opnames. Voor pasta Een monster gemorst sets ten _{crit n, A} = 0,6 min ^-1 en pasta B in n _{crit, B} = 1,7 ^min-1 voor spleethoogte h ≥ 0,5 mm. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 12. Viscositeit in een breed afschuifsnelheidstraject. Schijnbare viscositeit van pasta A en B bepaald in een breed afschuifsnelheidstraject via parallelle plaat rotatie reometrie (spleethoogte h = 0,2 mm en h = 1 mm; _Rq = 2-4 urn) en capillaire reometrie (d = 0,5 mm en L = 40 mm). De foutbalken zijn berekend als stan d afwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 13. Bepaling van de lineaire en niet-lineaire respons regime oscillerende afschuiving. Amplitude sweep test paste B: G', G' versus deformatie amplitude bij vaste frequentie f = 1 Hz. Proef volgens een roterende reometer uitgerust met parallelle-plaatgeometrie _(Rq = 2-4 urn, spleethoogte h = 1 mm). De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen.large.jpg" target = '_ blank'> Klik hier om een ​​grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 14. Drietraps structurele recovery. Drietraps structureel herstel test voor pasta B uitgevoerd bij constante frequentie f = 1 Hz met een parallelle plaat roterende reometer (plaat ruwheid _Rq = 2-4 urn). De toegepaste vervorming amplitude in fase I is 0,025%, in fase II = 80% en in trap III = 0,025%. Video-opnamen bevestigen homogeen monster deformatie gedurende het gat, geen muur slip, afschuiving banding, propstroom of monster lekkage optreedt. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drieonafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 15. structureel herstel testen. (A) Effect van afschuiving time structureel herstel. Structureel herstel van de pasta B voor _II = 80% en andere duur van stadium II, _II t = 50 s, 150 s en 600 s. (B) Effect van vervorming amplitude op structureel herstel. Relatieve irreversibele structurele veranderingen
(G '(t → ∞) - G (t = 0)) / G '(t = 0) = AG'/ G' _I als funktie van de amplitude vervorming toegepast in trap II van de drie stage structurele hersteltest bepaald voor pasta A en B bij gelijke _II t = 150 s. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 16. Optische bepaling van filamentbreuk in de lengterichting uitstrekkende vervorming. Kritische treksterkte rekverhouding waarbij draadbreuk optreedt voor pasta A en B met verschillende snelheden strekken zoals verkregen middels de capillaire rheometer verbreken uitrekkende (oorspronkelijke spleethoogte h = 1 mm). Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 17. trekproef - axiale kracht in de lengterichting uitstrekkende vervorming. Verkregen Ax _br / x ₀ (a) en resulterende kracht F _max (b) vs. strekken snelheid verkregen pasta A en B met de trekbank. De oorspronkelijke spleethoogte is h = 1 mm en de zuiger diameter d = 5 mm. Het inzetstuk toont ruwe kracht F vs. verstrekverhouding gegevens pasta B verkregen met v = 30 mm ^s-1 tot de bepaling van _Fmax en Ax _br demonstreren. De foutbalken worden berekend als standaardafwijking verkregen uit ten minste drie onafhankelijke metingen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Tabel 1. Overzicht van de gebruikte methoden, wat overeenkomt karakteristieke informatie en de verschillen tussen specifieke vloei-eigenschappen van de pasta A en B. Klik hier om een grotere versie van deze tabel bekijken.

Discussie

Een uitgebreide reologische karakterisering van sterk geconcentreerde suspensies of pasta is verplicht voor een gerichte productontwikkeling op de vele eisen tijdens de verwerking en toepassing van dergelijke complexe fluïda. Dit onderzoek omvat de bepaling van vloeispanning, viscositeit, wand slipsnelheid, structureel herstel na grote deformatie en rek bij breuk en trekkracht tijdens filament strekken. Een samenvatting van alle toegepaste methoden, verkregen gegevens en plakken eigenschappen zijn samengevat in Tabel 1.

Het belang van video-opnames voor betrouwbare bepaling van reologische hoeveelheden sterk gevulde suspensies tonen wand slip, shear strepen en voorbeeld spill parallel-plate roterende rheometrie aangetoond. Video-opnamen maken de bepaling van de werkelijke vervorming profiel en het stromingsveld in het monster velg met behulp van geschikte markers. Het is necessari om deze vervorming gedrag te bestuderen voordat het analyseren van de resultaten van rheologische experimenten. Aldus meet parameterinstellingen en plaat ruwheden worden genoemd waarbij viscositeitsmetingen mogelijk. De pasta vloeigrens kan worden bepaald onder toepassing van een schoep geometrie of plaat-plaatgeometrie met geschikte ruwheid.

Bepaling van de viscositeit kan gebruiken plaatvormig plaatgeometrie slechts met een zorgvuldig geselecteerde plaat ruwheid afhankelijk monstersamenstelling. Hogere ruwheid niet noodzakelijkerwijs leiden tot lagere muur slip. De afschuifsnelheid of schuifspanning gebied waarin de viscositeit bepaling kan worden uitgevoerd is beperkt door de vloeispanning en het begin van het monster gemorst.

Voorts kan de slip velocity direct worden gemeten en meetomstandigheden waarbij propstroming, afschuif bandvorming of monster spill optreden duidelijk herkenbaar. Voor wall slip metingen werden gladde oppervlakken gebruikt als bovenste afschuiving plate en een ruwe bodemplaat slip slechts toestaan ​​op de bovenplaat. Dit slipsnelheid kan rechtstreeks worden berekend uit de hoeksnelheid van de bovenplaat. Als pasta treedt slip op spanningsniveaus ver beneden de vloeigrens. Soortgelijke waarnemingen werden gerapporteerd vering glasparels ^25, kleisuspensies ^27, zachte microgel pasta's en emulsies ^{28, 29, 30.} Hier een lineaire toename van v _slip met τ _app wordt gevonden. Dit komt overeen met de waarnemingen van Aral et al. ²⁵ die ook bepaald v _slip via visualisatie van het stromingsveld aan de rand van de onderzochte glaskraal suspensies.

Seth et al. hebben aangetoond dat de schaling van slipsnelheid met de toegepaste spanning wordt geregeld door de interactie tussen de zachte particles zij gebruikten in hun studie en de muur. Voor het geval waarbij er geen specifieke hechting van deeltjes aan de wand, vinden ze ook een lineair verband tussen v _slip en stress, maar kwadratisch schaal is gevonden dat de deeltjes zwak hechten aan de wand ^{28, 29, 30.} De studies op zachte deeltjes pasta blijkt een kenmerkende slipsnelheid V * aan de vloeispanning en een elastohydrodynamische model gepresenteerd ²⁹ toelaat V * berekenen van fysische fluïdum en deeltjes parameters die onafhankelijk kan worden bepaald: V * ~ γ ^_y2 (G ₀ R / η _s) (G _P / G ₀₎ ^1/3. Deze eigenschap slipsnelheid afhankelijk van de pasta stam verkregen γ _y en elasticiteitsmodulus G _0, oplosmiddelviscositeit η _s, evenals deeltjes;e straal R en modulus G _P. De waarden die uit deze eenvoudige schatting (V ^* _A = 375 urn ^S.1 en _VB ^* = 118 um ^S.1) komen goed overeen met de gemeten (figuur 9) niet alleen met betrekking tot de orde van grootte maar ook over het verschil tussen pasta A en B.

Monster gemorst wordt hier waargenomen bij een kritische rotatiesnelheid karakteristiek voor elke plak. Morsen niet voorkomt in de zuivere voertuigen. Dit fenomeen beperkt reologische karakterisering van de pasta's en kunnen ook relevant voor bepaalde verwerking of bekledingsbewerkingen maar de fysische oorsprong blijft onopgelost.

Beeldopnamen verder aan dat wall slip propstroom en monster gemorst kan tijdens oscillerende shear tests uitgesloten. Daarom is de afname en toename van de afschuiving moduli waargenomen tijdens drietraps oscillerende shear proeven met small trillingsamplitude in fase I en III alsmede grote deformatie amplitude > _c kan direct worden toegeschreven aan structurele afbraak en herstel. Het kan worden aangetoond dat de mate van irreversibele structurele veranderingen in oscillerende shear toeneemt met toenemende vervorming amplitude in fase II totdat verzadiging is bereikt deformaties overeenkomt met de crossover van G' en G '' in amplitude sweep test, maar de onomkeerbare schade onafhankelijk van de duur van hoge amplitude afschuiving in fase II. De verandering in modulus en daarmee monsterstructuur door grote afschuifvervorming in fase II wordt hier aangeduid als onomkeerbaar want na wachttijden van meer dan 10 ^4S, de opslagmodulus is veel lager dan de vorige waarde (gegevens niet getoond). De in figuur 15 getoonde data zijn beperkt tot bedienendtijden van 1500 en voor de duidelijkheid. Er dient echter te worden opgemerkt dat de tijdschaal van het drukproces is in de orde van seconden of zelfs lager. Dit is niet toegankelijk met de conventionele roterende rheometer setup gebruikt in deze studie.

De kloof hoogten die in deze studie zijn ook veel groter dan de typische maasopeningen in zeefdrukken van moderne gedrukte elektronica. Reologische metingen met plaat-plaat geometrie niet ten dergelijke kleine spleetopeningen Vanwege de beperkingen van mechanische correctie voor grote platen gewoonlijk in rheologische metingen. Verder zijn grote kloof scheidingen hier gekozen voor visualisatie van het monster vervorming gemakkelijk op de velg.

Filament strekken tests met een capillaire rheometer breuk in lengterichting en een trekbank kan worden gebruikt om de vervorming en breuk gedrag van sterk gevulde pasta karakteriseren uitrekkende stromen. De rek bij breuk en de maximale werking tijdens elongatie zijn parameters verkregen uit deze tests en kan gerelateerd zijn aan de zuigmond snap-off tijdens zeefdrukken.

Tenslotte werden significante verschillen waargenomen in alle hierboven beschreven voor de twee commerciële zilveren pasta's in deze studie onderzocht experimenten. Een uitgebreide bespreking van de relevantie van de rheologische pasta eigenschappen voor hun prestaties zullen in een volgende paper op basis van gegevens voor een breed scala van verschillende pasta's en voertuigen worden aangepakt.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
endoscopie	Visitool	TVS80.280.BF6.AD10.2	volledige naam: TV-Endoskop, C-Mount, Variookular 2X, Ø 8 mm x ca. 280 mm, 0°, BF: 6 mm, AD 10 mm
commerciële zilverpasta	Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Global Business Unit Heraeus Photovoltaics
reometer A	Anton Paar	Physica MCR 501	Rq = 2 - 4 µm
reometer B	Thermo Scientific	Haake Mars II	Rq = 1.15 µm Rq = 9 µm
reometer C	Thermo Scientific (voorheen Haake GmbH)	Rheostress 150	afstandsgeometrie
schuurpapier	Jean Wirtz Düsseldorf Metallografie	P320 C	Rq = 9 µm korrelgrootte = 46.2 ± 1.5
opnamesoftware	Debut Video Capture
LED-schijnwerper	Kaleep	48W Led Work Lights Offroads Lights Lamp Spotlight Floodlight
capillare breekverlengingsreometer	Thermo Scientific (Haake)	HAAKE CaBER1
trekproefmachine	Stable Micro Systems, Godalming, UK	TA.XT plus Textuuranalyser
50 N belastingcel	Stable Micro Systems, Godalming, UK	Serienummer: 10256249
een gemodificeerde capillaire reometer	Göttfert Rheograph 2000 (Göttfert Werkstoff-Prüfmaschinen GmbH, Buchen Duitsland)
500 bar druktransmitter	Gefran, Selingenstadt, Duitsland