CN1030402A - 氮化硅/氮化硼复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属无机非金属材料科学、高温工程陶瓷领 域。
本发明在氮化硅基体中加入适量弥散相氮化硅 粉末，经高温热压而制成氮化硅/氮化硼复合材料， 大大改善了氮化硅材料的抗热震性(△T＞1200℃) 耐熔钢侵蚀性和可机加工性，并可避免氮化硼烧结体 的潮解作用。用该材料制备出的水平连铸分离环，可 用1500℃～1600℃高温下的不同钢种的水平连铸。

Description

本发明属无机非金属材料科学，高温工程陶瓷领域。
水平连续铸钢工艺具有设备工艺简单，铸坯质量好，节约能源，提高金属收得率等许多优点，近年来在国外得到了较快的发展，如西德的工艺铸造公司，日本住友钢铁公司等都取得了相当研究进展。目前，国内许多钢铁公司也在对此项技术进行开发研究，并开始进入推广应用阶段。
陶瓷分离环是水平连铸装备的技术关键之一，它位于中间包和结晶器的结合处，钢水从中间包流经水口、分离环到结晶器。分离环处于钢水的熔融区和凝固区之间，起铸时经受约1570℃左右钢水的热冲击，连铸过程中承受约150℃-1570℃温差所产生的热应力，并处于熔融钢水的不断侵蚀和冲刷之下。所以，一般耐火材料难以满足它的使用要求。
目前，国内外主要采用热压氮化硼作为分离环材质，使用效果也较好，但氮化硼材质原料价格较贵，而且在保存和运输过程中需要防潮保护，给使用带来诸多不便。另外，由于氮化硼材料的导热系数较大，对铸坯工艺和铸坯质量有不良影响。
氮化硅陶瓷是一种优良的高温工程陶瓷，它具有高硬、高强，化学稳定性好等许多优良性能，但作为分离环材质使用，抗熔钢侵蚀性较差，抗热震性不能满足要求，导致产品性能不稳定。
本发明的目的是为了改善氮化硅陶瓷的脆性缺陷，提高材料的抗热震性、抗侵蚀性和承受巨大温差引起热应力的能力。开发一种低成本、高性能的分离环新材质，并改善分离环的保存使用条件。
本发明采用在氮化硅陶瓷中添加弥散相氮化硼粉末和其它烧结助剂及改性添加物，大大提高了氮化硅陶瓷的抗热震性（△T＞1200℃）和热应力承受能力并改善了材料的机加工性和保存使用条件。利用本材质制备出的水平连铸分离环具有抗热震性好，耐高温（1500～1600℃），能承受1570℃-150℃温差所产生的热应力，耐碳钢、合金钢、不锈钢等钢种的侵蚀，经工业化水平连铸考核实验，完全达到工业化水平连铸使用要求。
本发明详细说明是：
使用微细氮化硅粉末（平均粒径小于5微米，α相大于80%）作为基体粉末原料，使用微细氮化硼粉末（未稳定的单斜相，平均粒径小于5微米）作为复合弥散相，从微细（平均粒径小5微米）氧化铝粉末、镁铝尖晶石粉末，氧化锆粉末，碳粉，氧化硼粉末中选取一种至三种作为烧结助剂，按照氮化硅基体粉末55-90%重量比，氮化硼弥散相5～40%重量比，烧结助剂5～15%重量比进行配料，以乙醇（或其它有机溶剂）为分散介质在氧化铝球磨（或衬有橡胶内衬的其它球磨）中采用氧化铝球（或氮化硅球、氧化锆球）混磨5～20小时，经干燥后作为复合材料原始粉料。
将上述复合材料原始粉料装入石墨坩埚后，放入热压电炉，在非氧化气氛保护下，加热到1600～1800℃保温10～80分钟，同时对样品施加100～400kg/Cm2压力，热压成为氮化硅/氮化硼复合材料。
利用本发明可以制备水平连续铸钢用园坯及方坯分离环和其它高温工程部件。
实施例一：
按照73%重量比氮化硅粉末（平均粒径5微米，α相90%），15%重量比氮化硼粉末（平均粒径3微米），10%重量比氧化铝粉末和2%重量比B2O3粉末（平均粒径3微米）的配比配料，以乙醇为分散介质，在氧化铝球磨中用氧化铝球混磨15小时后，将混合料置于烘箱中干燥，再将干燥后的混合料装入石墨坩埚中，把坩埚放入热压电炉中，通入氮气作为保护气氛，加热到1700℃，保温1小时，同时对样品施加300Kg/Cm2的压力，热压成为氮化硅/氮化硼复合材料制品。用此种复合材料制备出的分离环，能适应水平连铸工艺中对分离环耐高温，抗热震，耐侵蚀等项苛刻要求。
实施例二：
使用与实施例一同样的工艺条件，仅改变原料配比为65%氮化硅粉末，25%重量百分比的氮化硼粉末，10%重量比的镁铝尖晶石粉末，经热压制备出的复合材料分离环同样能满足水平连铸对分离环的性能要求。

Claims (4)

  1. 本发明为一种氮化硅/氮化硼复合材料烧结体。该材料具有抗热震性好，耐高温，耐腐蚀等优良高温使用性能以及易于加工和保存等优点。
    1、一种复合材料烧结体是以55～90%重量比氮化硅粉末，5～40%重量比氮化硼粉末，5～15%重量比烧结助剂(包括氧化铝，镁铝尖晶石，氧化锆、氧化硼、碳粉)为原料经混合热压而成的复合材料烧结体。
  2. 2、复合材料的制备方法是：如权利1所述的粉末原料以乙醇（或其它有机溶剂）为分散介质在球磨中混磨5～20小时，干燥后作为复合材料原料。
  3. 3、如权利要求2所述的复合材料原料，装入石墨坩埚中，放入热压电炉，在惰性气氛保护下加热到1600℃～1800℃，保温10～80分钟，保温同时对样品施加100～400kg/cm2的压力热压而成。
  4. 4、本发明的复合材料烧结体可用来制备水平连铸用分离环，用于1500～1600℃下的碳钢，合金钢及不锈钢的水平连铸。
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