薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷側(cè)封板及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵薄帶連鑄技術(shù)作為一種新型的薄帶鋼生產(chǎn)工藝，與傳統(tǒng)熱乳工藝相比具有減少設(shè)備投資少、簡化生產(chǎn)工序、降低產(chǎn)品成本、提高成材率、合理利用有限資源以及優(yōu)化生產(chǎn)配置等突出優(yōu)點，成為現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的一個重要組成部分，引起國內(nèi)外鋼鐵公司的廣泛關(guān)注。但薄帶連鑄技術(shù)在國內(nèi)外多處于研究階段，與之相關(guān)的一系列關(guān)鍵技術(shù)還有待突破，其中側(cè)封技術(shù)就是制約薄帶連鑄技術(shù)發(fā)展的瓶頸之一。側(cè)封板和乳輥是薄帶連鑄生產(chǎn)線的核心部件，而且作為耗材，其成本占整個生產(chǎn)成本的比重較高，因此性能優(yōu)異的側(cè)封材料及與其對磨的乳輥是雙輥鑄乳薄帶鋼連鑄技術(shù)成功的核心與關(guān)鍵。
[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，促進薄帶成型，保證薄帶邊緣質(zhì)量等作用。惡劣的工作條件對側(cè)封板提出了苛刻的要求，包括具有良好的高溫力學性能、高溫化學穩(wěn)定性、抗熱震性和耐磨性，但硬度適中，不能過分磨損結(jié)晶輥，同時要求具備對凝固物的剝離性好，與鋼水等熔融金屬不浸潤、熱變形量小等性。因此，側(cè)封板需同時兼顧機械性能和理化性能，致使傳統(tǒng)的耐火材料不能滿足側(cè)封板的工況要求。
[0004]六方氮化硼材料，具有高溫自潤滑作用、熱膨脹系數(shù)低、熱導(dǎo)率高、抗熱震性能好、高溫化學穩(wěn)定性良好、對凝固物的剝離性好、與鋼水等熔融金屬不浸潤等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于熔化金屬的坩禍、輸送液體金屬的管道以及鑄鋼的模具等領(lǐng)域。但氮化硼陶瓷材料燒結(jié)致密化困難，需高溫高壓的條件才能燒結(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]為降低制備成本，獲得性能穩(wěn)定、可重復(fù)性好的高性能氮化硼復(fù)合材料，添加低熔點燒結(jié)助劑是報道最為廣泛的有效手段之一。采用B2O3作為燒結(jié)助劑，材料在1750°C開始致密化，并于1830°C完全致密化。采用S10^t為燒結(jié)助劑，60% BN-S1 2復(fù)合材料具有最優(yōu)的力學性能，抗彎強度可達到246MPa。采用Al2O3-Y2O3和MgO-Y 203作為復(fù)合燒結(jié)助劑，BN復(fù)合材料的致密度可達到95%以上。盡管傳統(tǒng)低熔點添加劑雖然能夠促進BN材料燒結(jié)致密化，提高室溫力學性能，但熱機械性能卻受到顯著的影響，高溫抗彎強度和抗熱蠕變性能明顯降低，不能直接應(yīng)用于帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板組分設(shè)計和工藝參數(shù)制定。因此，簡單添加低熔點相盡管顯著降低燒結(jié)溫度，從而降低了氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的制備成本，但低熔點相的過分殘留嚴重影響氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的高溫服役性能，降低了側(cè)封板的性能和品質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決低熔點相的殘留影響氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的高溫服役性能的技術(shù)問題，提供了一種薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板及其制備方法。
[0007]薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板按重量份數(shù)由60份?80份的氮化硼、5份?25份的電恪氧化錯、5份?15份的碳化娃、5份?10份的含硼化合物和5份?10份的堿土金屬氧化物組成；
[0008]所述的含硼化合物為三氧化二硼、硼酸、偏硼酸或三氧化二硼的水合物。
[0009]所述的堿土金屬氧化物為氧化鈹、氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶或氧化鋇。
[0010]薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的制備方法按照以下步驟進行:
[0011]—、按重量份數(shù)稱取60份?80份的氮化硼、5份?25份的電熔氧化鋯、5份?15份的碳化娃、5份?10份的含硼化合物和5份?10份的堿土金屬氧化物；
[0012]二、將氮化硼、電熔氧化鋯、碳化硅、含硼化合物和堿土金屬氧化物加入分散介質(zhì)中，干法球磨10?48小時，在70°C?150°C下干燥10?48h，然后將干燥后的混合粉末過200目篩，得到混合均勻的復(fù)合粉末；
[0013]三、將復(fù)合粉末放入模具中，進行兩段式熱壓燒結(jié)，第一階段，在真空或惰性氣體氣氛保護下，以15°C /min?30°C /min的升溫速率從室溫升至1000°C?1300°C，并開始施加20?40MPa壓力，然后保溫保壓0.5h?5h，第二階段，在真空或惰性氣體氣氛保護下，以10?40°C /min的升溫速率升溫至1500°C?1800°C，并保持壓力為20MPa?60MPa，保溫保壓0.5?5h，再降至室溫，即得薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板。
[0014]步驟二中所述的分散介質(zhì)為酒精、無水乙醇或乙醇含量為55%?95%的乙醇水溶液。
[0015]步驟三中所述真空的真空度小于20Pa。
[0016]步驟三中所述惰性氣體為氮氣，惰性氣體氣氛的氣壓為0.05MPa?1.0MPa。
[0017]所制備的薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的致密度可達到97%以上，使具有優(yōu)異的綜合力學性能，其抗彎強度值可達到250?350MPa，高溫力學性能測試中沒有出現(xiàn)明顯的軟化現(xiàn)象。在800°C溫差下反復(fù)進行十余次熱震試驗，沒有發(fā)現(xiàn)熱震斷裂現(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0.30，具有良好的抗鋼水侵蝕性能，在1600攝氏度侵蝕條件下，侵蝕40分鐘，侵蝕深度小于700 μ m，其各項性能滿足側(cè)封板材料的實際服役性能。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實施方式】，還包括各【具體實施方式】間的任意組合。
[0019]【具體實施方式】一:本實施方式薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板按重量份數(shù)由60份?80份的氮化硼、5份?25份的電恪氧化錯、5份?15份的碳化娃、5份?10份的含硼化合物和5份?10份的堿土金屬氧化物組成；
[0020]所述的含硼化合物為三氧化二硼、硼酸、偏硼酸或三氧化二硼的水合物。
[0021 ] 所述的堿土金屬氧化物為氧化鈹、氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶或氧化鋇。
[0022]所述的薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板的制備方法按照以下步驟進行:
[0023]—、按重量份數(shù)稱取60份?80份的氮化硼、5份?25份的電熔氧化鋯、5份?15份的碳化娃、5份?10份的含硼化合物和5份?10份的堿土金屬氧化物；
[0024]二、將氮化硼、電熔氧化鋯、碳化硅、含硼化合物和堿土金屬氧化物加入分散介質(zhì)中，球磨10?48小時，在70°C?150°C下干燥10?48h，然后將干燥后的混合粉末過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，進行兩段式熱壓燒結(jié)，第一階段，在惰性氣體氣氛保護下，以15°C /min?30°C /min的升溫速率從室溫升至1000°C?1300°C，并開始施加20?40MPa壓力，然后保溫保壓0.5h?5h，第二階段，在惰性氣體氣氛保護下，以10?40°C /min的升溫速率升溫至1500°C?1800°C，并保持壓力為20MPa?60MPa，保溫保壓0.5?5h，再降至室溫，即得薄帶連鑄用氮化硼復(fù)相陶瓷側(cè)封板。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是步驟二中所述的分散介質(zhì)為酒精、無水乙醇或乙醇含量為55%?95%的乙醇水溶液。其它與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是步驟三中所述第一階段與第二階段的氣氛條件均為真空條件，并且真