CN1049326A

CN1049326A - 抗潮解氮化硼基复合材料及其制造方法

Info

Publication number: CN1049326A
Application number: CN 89105552
Authority: CN
Inventors: 隋万美; 陈虹
Original assignee: Shan Dong Industrial Ceramic Research Inst Of National Building Material Indust
Current assignee: Shan Dong Industrial Ceramic Research Inst Of National Building Material Indust
Priority date: 1989-08-11
Filing date: 1989-08-11
Publication date: 1991-02-20

Abstract

本发明属无机非金属材料科学，高温工程陶瓷领域。

本发明通过在BN基体材料中加入适量Si₃N₄ 弥散相，以及复合烧结助剂的使用，经高温热压而制成的BN基复合材料，改变了BN材料易于吸潮分解的缺点，提高了材料的机械强度，改善了材料物理性能向异性现象，调整了材料的导热系数，同时，保持了 BN材料的抗热震性好，易于加工等优点。

本发明可用来制备水平连铸用分离环及其它高温，腐蚀及受力环境下使用的工程陶瓷部件。

Description

抗潮解氯化硼基复合材料及其制造方法

本发明属无机非金属材料科学，高温工程陶瓷领域。

BN陶瓷属六方晶系，具有类似于石墨的层状结构，有良好的润滑性，它可以在900℃的氧化气氛和近3000℃下的惰性气氛中使用，并且具有优异的抗热冲击性能以及与大多数熔融金属不起作用的特性，同时其导热系数较大且易加工，可望用于某些高温领域。

但是，一般热压BN材料的机械强度较低，韧性较差，难以应用于受力作用的场合，同时由于原料中杂质的存在以及不适当烧结助剂的使用，使其制品具有易于吸潮分解的缺点，给制品的保存和使用带来诸多不便，也大大限制了它作为高温结构工程陶瓷材料的应用。

有关文献曾涉及到一般热压BN材料，多数目的为改善材料的电性能、但作为高温结构工程陶瓷材料，利用普通热压工艺制备的BN制品则具有易吸潮分解的缺点，在热应力及热冲击作用下极易产生受热膨胀破坏，而且一般热压BN材料的机械强度较差，热膨胀各向异性现象严重，作为结构工程材料使用其机械安全可靠性难以满足要求。

本发明的目的在于：通过复合烧结助剂的使用及弥散第二相材料的加入，在达到BN材料致密化烧结的同时，使制品避免易于潮解的缺点，同时提高BN材料的室温及高温机械强度，改善材料物理性能的各向异性现象，使其适合于在高温、热冲击、机械受力及腐蚀的环境条件下使用。

本发明以BN为连续根基体材料，保持了BN材料的优良抗热冲击性，与大多数金属不起作用以及制品易于加工等优点。

本发明中添加适量的氮化硅作为弥散第二相，既改善了BN材料的烧结性能，也提高了材料的室温及高温机械强度，改善了材料的各向异性现象，调整了材料的导热系数，提高了材料的耐熔钢侵蚀性及耐磨损性。

本发明中复合烧结助剂的使用，避免和抑制了BN原料中及烧结体中硼的氧化物的存在，既有利地促进了材料的致密化烧结，又使材料具有了不怕潮解的特点，使制品在工业生产及使用过程中非常方便，减少了因防潮密闭等保存条件带来的许多不便和成本上升。

本发明材料的特点是材料的密度及机械强度均较高，抗热冲击性能好，改善了材料的物理性能各向异性观象，耐熔钢侵蚀性好，不易吸潮分解，摩擦系数少，机加工性好及易于保存和使用。

本发明的详细说明是：

使用微细氮化硼粉末(平均粒径＜10μ)作为连续相基体材料，使用微细氮化硅粉末(平均粒径＜10μ，α相＞80％)作为弥散相添加组分。从微细(平均粒径＜10μ)镁铝尖晶石粉末，硅、铝及其氧化物粉末，碳粉等选取2～4种做为复合烧结助剂。按照重量百分比为：BN粉∶40～90％，弥散相添加剂(Si₉H₄或SiC)5～40％，烧结助剂5～15％的比例进行混合配料。以乙醇或其他有机溶剂作为分散介质，在氧化铝质磨或瓷质磨以及衬有或不衬有有机内衬的其他球磨中混合4～20小时，经干燥后做为原始粉料。

将上述原始粉料装入设计为一定形状的石墨坩埚内，然后放入热压电炉内，在非氧化气氛保护下，诱导加热到1600～1950℃，保温10～100分钟，同时对样品施加10～40MPa的轴向压力，然后自由冷却或控制降温速率至室温，即成为热压BN基工程陶瓷材料。

实施例一：

按上述对原始粉料的要求，以BN粉为50％，氮化硅为40％，SiO₂为5％，Al₂O₃为5％的重量百分比进行称量配料，以乙醇为分散介质，在球磨中滚动混磨15小时后，将混合料置于干燥箱中进行烘干，除去乙醇等挥发物后，再将干燥的混合料装于设计成一定形状的石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入热压电炉的高温带中，通入氮气作为保护性气体，以20℃/分钟的升温速率加热到1750℃，保温1小时，同时对样品施加30MPa的轴向压力，保温结束后，控制降温速率至室温，即完成热压烧结工艺，制成为抗潮解热压BN料。根据使用目的的不同。设计不同的模具形状。即可制备BN材料制品，用这种材料可制备外形尺寸为Φ300mm方坯以下，180mm方坯以下的水平连续铸钢用分离环，能满足不同工艺条件下，不同钢种的水平连铸使用要求。

实施例二：

按照实施例一的工艺步骤，改变原料百分配比为：BN粉末为80％，氮化硅粉末为10％，镁铝尖晶石4％，SiO₂为4％，C粉2％，并在1850℃温度下热压，即可成为热压BN基工程陶复合材料。

本发明的一个重要应用领域是作为水平连续铸钢用分离环。

水平连镀是一种新型连续铸钢工艺，由于这种工艺具有设备简单，建设投资小，金属收得率高，节约能源，可省去二次开坯等工艺特点，近年来在国内外均得到了较快的发展，分离环是水平连铸的三大技术关键之一，它位于中间包和结晶器的接合处。工作时，其内外表面承受着约150～1500℃以上温差所引起的热应力作用，并处于钢水的不断侵蚀和剧烈的热冲击，机械冲击力的作用。因此一般耐火材料难以满足其性能要求。它要求分离环具有：

1、优良的抗热震及抗剥落性能。

2、优良的耐熔钢侵蚀及磨损性。

3、与钢水浸润角大。

4、良好的高温机械强度。

5、良好的机加工性。

本发明材料能满足以上性能要求，可成功用于1500℃～1600℃下的炭钢，合金钢，不锈钢等钢种的水平连续铸造。

本发明材料还可用于其它高温、腐蚀、受力的环境中作为高温工程陶瓷应用。

Claims

1、一种BN基陶瓷复合材料的制造方法，其特征为以40～90％重量百分比的BN粉末，5～40％重量百分比的氮化硅粉末，5～15％重量百分比的烧结助剂(包括镁铝尖晶石、硅、铝及其氧化物、炭粉等)为原料。经混合工艺和高温热压工艺制备而成的BN基陶瓷复合材料。

2、如权利1所述的BN基陶瓷复合材料其制备工艺特征为以乙醇(或其他有机溶剂)为分散介质，在球磨中或机械搅拌中混和4～20小时后，经干燥后作为热压原始粉料。

3、如权利1所述的混和原始粉料，其热压工艺特征为粉料装入设计成一定形状的石墨坩埚中，并放进热压电炉的高温带，在惰性气氛保护下，诱导加热到1600～1950℃，保温10～100分钟，同时对样品施加10～40MPa的轴向压力，保温结束后，自由冷却或控制降温速率冷却至室温，即成为BN基陶瓷材料。

4、本发明材料可用来制备水平连铸分离环用不同钢种炭钢、合金、不锈钢等)的水平连续铸造生产。

本发明材料也可用来制备其他在高温、受力及腐蚀环境下使用的工程陶瓷部件。