CN103626498B - 氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法，以质量份数计，原料配比为：BN：55份-65份、SiC：15份-20份、ZrO2：20份-25份、结合剂：1-7份和稳定剂：1-10份。制备方法为：将BN、SiC、ZrO2、结合剂和稳定剂，经混合、造粒、装模，在温度1750-1800℃，压力15-20Mpa烧结后，得到氮化硼复合陶瓷坯料。本发明制备的氮化硼复合陶瓷材料，提高喷嘴的抗热冲击能力和韧性，减少喷口变形，提高材料的抗变形能力，致密度高，提高喷嘴的耐冲刷性能，增强材料对高温金属的耐腐蚀能力，减少喷嘴堵包现象，延长喷嘴使用寿命，保证喷带的均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷金属液体的喷嘴，具体涉及一种氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法。
背景技术
本发明主要用于连续制造快速凝固金属薄带的喷嘴。熔融状态的合金通过喷嘴的狭缝与快速移动的冷却基质接触后快速冷却、凝固。这种直接将熔融金属送到冷却基质表面并快速冷却和凝固，连续制造快速凝固金属薄带材的技术，已经广泛的应用于生产非晶体合金。在使用液态金属快速凝固方法中，通常用一个狭窄的长缝形的喷嘴，其嘴部靠近冷却基质，其间存在一个窄的空间间隙，其范围大约在0.1-0.5毫米之间。喷嘴镶嵌在喷嘴套中，当喷嘴套进入钢液及钢液液位建立后，熔融状态的合金从喷嘴的狭缝中喷出，被移动的冷却基质以105℃/S速率冷却凝固，从而生产出连续的非晶带材。
通常，喷嘴是急冷快速凝固装置的关键部件，由于非晶合金制造用的喷嘴工作条件苛刻，要求抗瞬时热震，高速气流冲击，高温熔融金属的冲刷，化学腐蚀以及氧化，因而制作喷嘴的材料一定要兼具多种优良的性能，以往常用的材质为二氧化硅材质和纯氮化硼材质喷嘴，二氧化硅材质的喷嘴由于其硬度较高，加工性能较差，只能适用于宽度较小的窄带材的生产。而纯氮化硼材质的喷嘴，加工性能很好，虽然散热效果较好（导热性能好），但抗热冲击能力以及韧性都较弱，使用一段时间后，很快就会出现喷口变形、喷道被熔融液体冲击成流沟，造成喷射体沉积在基材上的厚度不均匀。根据这一情况，我们设计由单一BN材质，调整到以BN为基，加入提高产品的增韧强度和抗热震能力的材料进行复合，材料具有致密性高，优异的加工性能，优异的抗热震性能，抗折及抗弯强度以及耐金属腐蚀冲刷性能，可用于Fe基、FeNi基和Co基非晶软磁合金及Ni基Cu基钎焊非晶合金等领域。
发明内容
本发明的目的是氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法，解决上述问题，提高喷嘴的抗热冲击能力和韧性，减少喷口变形，提高材料的抗变形能力，致密度高，提高喷嘴的耐冲刷性能，增强材料对高温金属的耐腐蚀能力，减少喷嘴堵包现象，延长喷嘴使用寿命，保证喷带的均匀性。
本发明所述的氮化硼基陶瓷喷嘴，以质量份数计，原料配比为：BN：55份-65份、SiC：15份-20份、ZrO2：20份-25份、结合剂：1-7份和稳定剂：1-10份。
结合剂为Al2O3。
稳定剂为Y2O3或CaZrO3。
Al2O3具有很强的粘结力和耐散裂性，Al2O3在高温下形成的液相能够有效地粘结BN，ZrO2和SiC颗粒，克服了由于材料基体受到外力作用时晶粒表面产生裂纹并不断扩展的趋势。Al2O3与SiC表面的氧化物在高温下反应形成硅铝酸盐液相，促进SiC陶瓷的烧结致密化。在高温下，Al2O3与ZrO2还能产生共融现象，有助于ZrO2四方相的保留、抑制ZrO2晶粒的生长，提高烧结密度的均匀性，强化氧化锆的抗弯抗折强度，充分发挥氧化锆的增韧作用。
CaZrO3(锆酸钙）具有十分优良的热稳定性和化学稳定性，在还原条件下，加热至1750℃锆酸钙还十分稳定，在1500℃时与本产品中的Al2O3、ZrO2等氧化物均无反应，CaZrO3的加入提高了产品的抗热震性，耐烧蚀性以及力学性能。同时，CaZrO3的加入还可以有效的阻止或缓解钢水喷射时与喷嘴接触产生金属氧化反应，提高喷带的质量和喷嘴的使用寿命。
氧化钇是最优秀的陶瓷材料稳定剂，氧化钇与材质中的氮化硼、氧化锆以及碳化硅都具有十分稳定的亲和力，氧化钇掺入使得本发明陶瓷材料更加具有优良的抗热震性能，提高材质的抗弯强度和断裂韧性。
所述的氮化硼基陶瓷喷嘴的制备方法，具体操作步骤如下：
将BN、SiC、ZrO2、结合剂和稳定剂，经混合、造粒、装模，在温度1750-1800℃，压力15-20Mpa烧结后，得到氮化硼复合陶瓷坯料。
烧结采用密闭式中频感应热压烧结炉。使得产品烧结致密、结构均匀。
当炉温升至1200℃时，开始逐步加压，压力控制在15-20Mpa。
烧结炉内温度在常温升至1200℃之间时，炉腔内为真空状态。烧结炉内温度在常温升至1200℃之间时，炉腔内为真空状态。因为当材料送入密闭式中频感应热压烧结炉内后，由于材料以及炉腔内有空气，如果不清除掉，在高温下会与材料产生氧化反应，因此，当炉温由常温升至1200℃之间，必须保证炉腔内为真空状态。
烧结炉内温度升到1200℃以后，炉内由真空状态改为惰性气体状态。
当炉温升到1200℃以后，材料膨胀速度加快，且主要原材料为氮化物，此时炉内气氛由真空状态改为N2，由于N2是惰性气体，可以起到保护炉腔及腔内组件的作用，同时还能让N2与氮化物材料中未反应完的金属氧化物进一步进行氮化反应，提高材料的纯度。
惰性气体状态为惰性气体或N2。优选N2。
当炉内温度升到1750℃-1800℃后，在1750℃-1800℃保温、15-20Mpa保压1-2个小时。因为该产品基本都是由难溶材料组成，烧结胚体实际上处于固溶状态，所以保温保压一段时间让胚体受热均匀、致密度一致，提高材料的抗折抗弯强度。
当压力在3-5Mpa时，施加压力。当炉内温度不断升高，材料受热膨胀，晶格不断的被拉长，因此，当材料受热膨胀到中期时，必须施加一定压力，阻止材料晶格被过分拉长，否则产品的设计密度难以达到要求。
本发明采用的真空热压烧结工艺。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明制备的氮化硼复合陶瓷材料，提高喷嘴的抗热冲击能力和韧性，减少喷口变形，提高材料的抗变形能力，致密度高，提高喷嘴的耐冲刷性能，增强材料对高温金属的耐腐蚀能力，减少喷嘴堵包现象，延长喷嘴使用寿命，保证喷带的均匀性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述。
实施例1
本实施例所述的氮化硼基陶瓷喷嘴，以重量分数计，原料及其BN：65份、SiC：15份、ZrO2：20份、Al2O3：5份、CaZrO3：2份和Y2O3：5份。
具体操作步骤如下：
将BN、SiC、ZrO2、Al2O3、CaZrO3和Y2O3，经混合、造粒、装模，煅烧温度升为1750℃后，在1750℃保温、16Mpa保压烧结2小时后，得到氮化硼复合陶瓷喷嘴。
其中，烧结采用密闭式中频感应热压烧结炉。
当炉温升至1200℃时，开始逐步加压，压力控制在16Mpa。
烧结炉内温度在常温升至1200℃之间时，炉腔内为真空状态。
烧结炉内温度升到1200℃以后，炉内由真空状态改为N2状态。
实施例2
本实施例所述的氮化硼基陶瓷喷嘴，以重量分数计，原料及其BN：60份、SiC：18份、ZrO2：22份、Al2O3：7份、CaZrO3：1份和Y2O3：1份。
具体操作步骤如下：
将BN、SiC、ZrO2、Al2O3、CaZrO3和Y2O3，经混合、造粒、装模，煅烧温度升为1780℃后，在1780℃保温18Mpa保压烧结1.5小时后，得到氮化硼复合陶瓷喷嘴。
其中，烧结采用密闭式中频感应热压烧结炉。
当炉温升至1200℃时，开始逐步加压，压力控制在18Mpa。
烧结炉内温度在常温升至1200℃之间时，炉腔内为真空状态。
烧结炉内温度升到1200℃以后，炉内由真空状态改为N2状态。
实施例3
本实施例所述的氮化硼基陶瓷喷嘴，以重量分数计，原料及其BN：55份、SiC：25份、ZrO2：20份、Al2O3：2份、CaZrO3：7份和Y2O3：3份。
具体操作步骤如下：
将BN、SiC、ZrO2、Al2O3、CaZrO3和Y2O3，经混合、造粒、装模，煅烧温度升为1800℃后，在1800℃保温19Mpa保压烧结1小时后，得到氮化硼复合陶瓷喷嘴。
其中，烧结采用密闭式中频感应热压烧结炉。
当炉温升至1200℃时，开始逐步加压，压力控制在19Mpa。
烧结炉内温度在常温升至1200℃之间时，炉腔内为真空状态。
烧结炉内温度升到1200℃以后，炉内由真空状态改为N2状态。
Claims (3)
1.一种氮化硼复合陶瓷喷嘴的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
将BN、SiC、ZrO2、结合剂和稳定剂，经混合、造粒、装模，在温度1750-1800℃，压力15-20MPa烧结后，得到氮化硼复合陶瓷喷嘴；
烧结炉内温度在常温升至1200℃之间时，炉腔内为真空状态；
当炉温升至1200℃时，开始逐步加压，压力控制在15-20MPa；
烧结炉内温度升到1200℃以后，炉内由真空状态改为惰性气体状态；
当炉内温度升到1750-1800℃后，在1750℃-1800℃下保温、15-20MPa下保压1-2个小时;
氮化硼复合陶瓷喷嘴，以质量份数计，原料配比为：BN：55份-65份、SiC：15份-20份、ZrO2：20份-25份、结合剂：1-7份和稳定剂：1-10份；
结合剂为Al2O3；
稳定剂为Y2O3和CaZrO3。
2.根据权利要求1所述的氮化硼复合陶瓷喷嘴的制备方法，其特征在于，烧结采用密闭式中频感应热压烧结炉。
3.根据权利要求1所述的氮化硼复合陶瓷喷嘴的制备方法，其特征在于，惰性气体为N2。
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