氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種復(fù)相陶瓷側(cè)封板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雙輥薄帶連鑄技術(shù)是一種新型的薄帶鋼生產(chǎn)工藝，作為鋼鐵工業(yè)發(fā)展方向的前沿技術(shù)，可不經(jīng)連鑄、加熱和熱乳等生產(chǎn)工序，直接由液態(tài)鋼水生產(chǎn)出厚度為I?5_的薄帶坯，在短時(shí)間內(nèi)完成從液態(tài)金屬到固態(tài)薄帶的全部過(guò)程。另外，在獲得特殊性能方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)高性能鋼材的減量化生產(chǎn)途徑，得到了世界鋼鐵界的廣泛重視，但仍需要不斷完善以盡快實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0003]側(cè)封板是在結(jié)晶輥兩端添加的防漏部件，起到約束金屬液體，促進(jìn)薄帶成型，保證薄帶邊緣質(zhì)量等作用。但結(jié)晶輥的工況要求較為復(fù)雜，對(duì)側(cè)封板材料的機(jī)械性能和理化性能穩(wěn)定性均提出了較為苛刻的要求，需同時(shí)具備抗熱震性能、抗鋼水侵蝕性能、耐高溫摩擦磨損性能和高溫尺寸穩(wěn)定性等要求，致使傳統(tǒng)的耐火材料不能滿足側(cè)封板的工況要求，亟需新型耐火材料的出現(xiàn)。
[0004]六方氮化硼陶瓷材料，具有高溫自潤(rùn)滑作用、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高、抗熱震性能好、高溫化學(xué)穩(wěn)定性良好、對(duì)凝固物的剝離性好、與熔融金屬不浸潤(rùn)等優(yōu)點(diǎn)，是先進(jìn)陶瓷材料家族中重要的一員，可廣泛應(yīng)用于金屬冶煉以及高溫摩擦磨損等關(guān)鍵工程領(lǐng)域。但氮化硼具有高熔點(diǎn)、共價(jià)鍵強(qiáng)和自擴(kuò)散系數(shù)低等物理特性，以及在燒結(jié)過(guò)程中易形成卡片房結(jié)構(gòu)，即使施加外力也很難將其破壞。采用一般的常規(guī)熱壓燒結(jié)工藝，需在1800?2000°C，20?40MPa的高溫?zé)釅簵l件下才能將其燒結(jié)致密，增加了氮化硼陶瓷材料的制備成本，阻礙了氮化硼材料在工程領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
[0005]盡管添加低熔點(diǎn)相能有效的促進(jìn)氮化硼復(fù)相陶瓷材料燒結(jié)致密化，但低熔點(diǎn)相的大量殘留會(huì)導(dǎo)致熱機(jī)械性能受到顯著的影響，明顯降低高溫抗彎強(qiáng)度和抗熱蠕變性能。此夕卜，低熔點(diǎn)相向鋼水中的溶解擴(kuò)散，不僅降低了氮化硼復(fù)相陶瓷的抗鋼水侵蝕性能，降低其使用壽命和使用安全性，還會(huì)對(duì)鋼水造成污染，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，如何選擇有效的燒結(jié)助劑和制備技術(shù)，一直是亟需解決的工程技術(shù)難題。因此，研制和開(kāi)發(fā)出組分組成合理和相應(yīng)的制備技術(shù)，從而制備出服役性能優(yōu)異的側(cè)封板材料對(duì)薄帶連鑄技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)律工業(yè)化生產(chǎn)具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決添加低熔點(diǎn)相殘留降低氮化硼復(fù)相陶瓷材料高溫抗彎強(qiáng)度和抗熱蠕變性能的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板及其制備方法。
[0007]氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板按重量份數(shù)由65份?85份的氮化硼、15份?35份的電熔氧化鋯、5份?15份的碳化硅和5份?10份的添加劑組成；所述的添加劑為MAX相。
[0008]所述的MAX 相為 Nb2AlC、Zr2AlC、V2AlC、Ti2SnC、Zr2SnC、Ti2AlN、Ti3AlC2S Nb 4A1C3。
[0009]所述的MAX 相為 Ti3Al (C。.5，N115) 2，(Nb1Zr)2AlC, (Ti1V)2AlC, (TijNb)2AlC,(Ti, Cr)2AlC, (Ti, Ta) 2A1C, (VjNb)2AlC, (V, Ta) 2A1C, (V，Cr)2AlC 或(Ti1Hf)2InC0
[0010]所述的MAX 相為 Nb2AlC-Zr2AlC、Zr2AlC-Zr2SnC 或(Nb, Zr)2AlC- (V, Ta)2AlC。
[0011]氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0012]—、按重量份數(shù)稱取65份?85份的氮化硼、15份?35份的電熔氧化鋯、5份?15份的碳化娃和5份?10份的添加劑；
[0013]二、將氮化硼、電熔氧化鋯、碳化硅和添加劑加入分散介質(zhì)中，濕法球磨10?48小時(shí)后，在70°C?150°C下進(jìn)行干燥1h?48h，過(guò)200目篩，得到混合均勻的復(fù)合粉末；
[0014]三、將復(fù)合粉末放入模具中，在真空或惰性氣氛保護(hù)的條件下，以5°C /min?25 0C /min升溫速率，升溫至800 °C開(kāi)始施加壓力，在1200 °C?1400°C時(shí)加壓至20MPa?40MPa，再升溫至1400°C?1800°C，保溫保壓0.5?5h，再以5°C /min?25°C /min降溫速率，降至室溫，即得氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板。
[0015]步驟二中所述的分散介質(zhì)為酒精、無(wú)水乙醇或乙醇質(zhì)量濃度為55%?95%的乙醇水溶液。
[0016]本發(fā)明所提出的氮化硼基復(fù)相陶瓷側(cè)封材料熱壓燒結(jié)制備方法，有利降低了氮化硼復(fù)相陶瓷的燒結(jié)溫度，抑制生成的物相的顆粒大小與分布不均勻及氣孔和局部組織偏聚等缺陷，所制備的材料晶粒細(xì)小，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。此外，在制備過(guò)程中沒(méi)有添加低熔點(diǎn)的燒結(jié)助劑，改善了氮化硼基復(fù)相陶瓷側(cè)封材料的高溫服役性能。側(cè)封板經(jīng)過(guò)100tC熱震溫差熱震后沒(méi)有裂紋產(chǎn)生，經(jīng)過(guò)8(KTC熱震溫差熱循環(huán)熱震20次不存在斷裂現(xiàn)象，與結(jié)晶輥具有良好的摩擦磨損相容性，相互摩擦系數(shù)小于0.3，具有良好的抗鋼水侵蝕性能，在1600°C侵蝕條件下，侵蝕深度小于700 μ m，各項(xiàng)性能符合側(cè)封板服役條件使用性。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0018]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板按重量份數(shù)由65份?85份的氮化硼、15份?35份的電恪氧化錯(cuò)、5份?15份的碳化娃和5份?10份的添加劑組成；所述的添加劑為MAX相
[0019]所述的MAX 相為 Nb2AlC、Zr2AlC、V2AlC、Ti2SnC、Zr2SnC、Ti2AlN、Ti3AlC2S Nb 4A1C3。
[0020]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是所述的MAX相為 Ti3Al (C0.5) N0.5)2, (Nb, Zr)2AlC, (Ti, V) 2A1C, (TijNb)2AlC, (Ti, Cr)2AlC, (Ti, Ta)2AlC,(VjNb)2AlC, (V，Ta)2AlC，(V，Cr)2AlC 或(Ti，Hf) 2InC。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至二之一不同的是所述的MAX相為 Nb2AlC-Zr2AlC、Zr2AlC-Zr2SnC 或(Nb, Zr)2AlC- (V, Ta)2AlC。其它與【具體實(shí)施方式】一至二之一相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:【具體實(shí)施方式】一所述的氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0023]—、按重量份數(shù)稱取65份?85份的氮化硼、15份?35份的電熔氧化鋯、5份?15份的碳化硅和5份?10份的添加劑，添加劑為MAX相為Nb2AlC、Zr2AlC, V2AlC, Ti2SnC,Zr2SnC、Ti2AlN、Ti3AlC2S Nb 4A1C3；
[0024]二、將氮化硼、電熔氧化鋯、碳化硅和添加劑加入分散介質(zhì)中，濕法球磨10?48小時(shí)后，在70°C?150°C下進(jìn)行干燥1h?48h，過(guò)200目篩，得到混合均勻的復(fù)合粉末；
[0025]三、將復(fù)合粉末放入模具中，在真空或惰性氣氛保護(hù)的條件下，以5°C /min?25 0C /min升溫速率，升溫至800 °C開(kāi)始施加壓力，在1200 °C?1400°C時(shí)加壓至20MPa?40MPa，再升溫至1400°C?1800°C，保溫保壓0.5?5h，再以5°C /min?25°C /min降溫速率，降至室溫，即得氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板。
[0026]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四不同的是步驟二中所述的分散介質(zhì)為無(wú)水乙醇或乙醇質(zhì)量濃度為55 %?95 %的乙醇水溶液。其它與【具體實(shí)施方式】四相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四至五之一不同的是步驟一中所述的 MAX 相 ^ Ti3Al (C0.5) N0.5) 2, (Nb1Zr)2AlC, (Ti1V)2AlC, (TijNb)2AlC, (TijCr)2AlC,(Ti1Ta)2AlC, (VjNb)2AlC, (V, Ta)2AlC, (V，Cr) 2A1C 或(Ti，Hf) 2InC。其它與【具體實(shí)施方式】四至五之一相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四至六之一不同的是步驟一中所述的 MAX 相為 Nb2AlC-Zr2AlC、Zr2AlC-Zr2SnC 或(Nb, Zr) 2A1C- (V, Ta)2AlC。其它與【具體實(shí)施方式】四至六之一相同。
[0029]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】四至七之一不同的是步驟三中以15°C /min升溫速率，升至1500°C，并施加30MPa的壓力，保溫保壓3h。其它