薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及陶瓷復(fù)合材料，具體地指一種薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄帶連鑄是鋼鐵帶材工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)的一項(xiàng)革命性短工藝流程，它從根本上改變了鋼鐵工業(yè)的薄型鋼材的生產(chǎn)過程，取消了連鑄(鑄錠)、粗軋、熱連軋及相關(guān)的加熱、切頭等一系列常規(guī)工序，開創(chuàng)了將鋼水經(jīng)中間包直接澆注并直接軋制成數(shù)毫米厚的薄型板材的高效、節(jié)能、環(huán)保的最新型技術(shù)和工藝。側(cè)封板技術(shù)是薄帶連鑄技術(shù)中的最關(guān)鍵技術(shù)之一，是影響薄帶連鑄過程中鑄帶質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。目前，主要有電磁側(cè)封、氣體側(cè)封和固體側(cè)封三種側(cè)封方式，其中，氣體側(cè)封作為一種新的側(cè)封技術(shù)剛剛被人提出，大多處于基礎(chǔ)理論研宄階段；電磁側(cè)封技術(shù)存在設(shè)備復(fù)雜，磁場(chǎng)不易控制，技術(shù)水平遠(yuǎn)未達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求；固體側(cè)封是目前技術(shù)最成熟、也是最接近實(shí)用條件的一種側(cè)封方法。
[0003]國內(nèi)外對(duì)側(cè)封板材質(zhì)均進(jìn)行了大量的研宄，美國專利US7208433中公開了一種利用稀土石榴石、塞隆及BN復(fù)合材料制備陶瓷側(cè)封板，該側(cè)封板具有較低的熱導(dǎo)率(熱導(dǎo)率< 10W/m.K)，并且具有較好的抗熱震性能。美國專利US4885264對(duì)氮化硼-氧化物基復(fù)合材料和氮化硼-非氧化物復(fù)合材料制備陶瓷側(cè)封板進(jìn)行了研宄，其在BN-ZrO2基體中分別加入了 SiC、ZrC，并在真空條件及1500?1800°C溫度下熱壓燒結(jié)制備成陶瓷復(fù)合材料，這兩種材料的性能測(cè)試結(jié)果如下:分別達(dá)到理論密度的94%和95%，熱導(dǎo)率分別為18W.(m.ΚΓ1和14W.(m.K) (1000°C )，測(cè)試結(jié)果同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，制成的這兩種側(cè)封板材料很致密，且具有很好的耐磨性、抗熱震性和抗侵蝕性。美國專利US6667263中以六方氮化硼一氧化物(Al、Mg、S1、Ti的氧化物)為基體，加入氮化物(Al、S1、Zr、Ti的氮化物)，在真空狀態(tài)下熱壓燒結(jié)制備了陶瓷側(cè)封板復(fù)合材料，性能測(cè)試結(jié)果表明，BN-Al2O3-Si3N4性能最好，Al2O3和Si 3N4形成了固溶體，使材料具有很好的抗熱震性、耐磨性、耐蝕性和非潤濕性。美國專利US6843304中制備了 BN-AlN-Si3N4-Al (或Al的等價(jià)物)陶瓷側(cè)封板復(fù)合材料，其熱導(dǎo)率小于8W.(m.ΚΓ1，抗熱震性能和抗鋼水侵蝕性能良好。目前，國外研宄和開發(fā)的固體側(cè)封板普遍存在強(qiáng)度不高的問題，絕大部分都不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求，只有少部分進(jìn)行了商品化生產(chǎn)。
[0004]中國專利CN102161082A公開了一種薄帶連鑄用側(cè)封板及制造方法，其利用氮化硼、硼化鋯、石墨以及碳纖維制備了薄帶連鑄用陶瓷側(cè)封板，該側(cè)封板熱導(dǎo)率為22W.(m.ΚΓ1，抗氧化性能和耐磨損性能較好，但該種側(cè)封板使用壽命短。中國專利CN101648260A公開了一種雙輥薄帶連鑄側(cè)封板及其制作方法，其利用一種氮化硼材質(zhì)的面板和一種鋁硅系保溫隔熱材料的基板制作了一種復(fù)合側(cè)封板，該復(fù)合側(cè)封板的保溫性能良好，但是這種側(cè)封板的抗熱震性能不佳，導(dǎo)致側(cè)封板使用壽命不長。中國專利CN102173792A公開了一種用于薄帶連鑄側(cè)封板的陶瓷復(fù)合材料及其制備方法，其利用氮化硼、碳化物、氮化物及氧化物制作側(cè)封板，所得側(cè)封板致密度為94%?99%，室溫抗彎強(qiáng)度為260?420MPa，斷裂韌性為3?SMPa.m1/2，該側(cè)封板雖然在強(qiáng)度方面滿足了使用要求，但其使用過程中由于抵抗鋼水的熱沖擊差，使用壽命很短。中國專利CN03150584.8公開了一種鋁鋯碳-氮化硼復(fù)合側(cè)封板，其利用剛玉、鋯莫來石、碳素材料及六方氮化硼為主要原料，以酚醛樹脂為結(jié)合劑，采用模壓成型方法制備了復(fù)合側(cè)封板，該側(cè)封板熱震穩(wěn)定性和耐熔鋼侵蝕性較好，但實(shí)用性不強(qiáng)，不能推廣應(yīng)用。中國專利CN200820035154.4公開了一種雙輥鑄軋薄帶鋼機(jī)的側(cè)封板，其采用的是熔融石英為材質(zhì)的側(cè)封板，這種側(cè)封板的抗熱震性能雖好，但其使用壽命以及耐磨性能較差?？傮w而言，國內(nèi)的側(cè)封板研宄尚處于實(shí)驗(yàn)室研宄和模擬實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，還未能生產(chǎn)出完全滿足使用要求的陶瓷側(cè)封板，側(cè)封板的性能仍制約著薄帶連鑄的工業(yè)化進(jìn)程，因此，研宄和開發(fā)高性能陶瓷側(cè)封板材料對(duì)薄帶連鑄的工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是要提供一種薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板制造方法，該方法制得的側(cè)封板強(qiáng)度高、抗熱震性好、熱導(dǎo)率低，且使用壽命長。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板制造方法，包括以下步驟:
[0007]I)制備前驅(qū)體漿料:將六方氮化硼粉，二氧化硅粉及硝酸鋁粉混合，然后加入制漿溶劑制得漿料，將所述漿料充分混合均勻后放置一段時(shí)間，最后用100?130°C的蒸餾水將所述漿料進(jìn)行沖洗過濾，所得濾渣即為前驅(qū)體漿料；
[0008]2)制備配合料:將質(zhì)量含量為50?90%的所述前驅(qū)體漿料，質(zhì)量含量為I?15%的氮化硅粉，質(zhì)量含量為5?15%的氮化鋁粉，質(zhì)量含量為I?10%的硼化鈦粉及質(zhì)量含量為0.5?10%的三氧化二硼混合，然后加入混合溶劑進(jìn)行混合，充分混合均勻后制得混合漿料，最后將所述混合漿料烘干后即制得配合料；
[0009]3)預(yù)處理配合料:將所述配合料在500?700 °C溫度下焙燒0.5?5h，然后將焙燒后的配合料磨成粉料；
[0010]4)熱壓燒結(jié):將所述粉料放入模具中進(jìn)行熱壓燒結(jié)，即可得薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板。
[0011]進(jìn)一步地，所述步驟I)中，將質(zhì)量含量為40?90%的六方氮化硼粉，及總質(zhì)量含量為10?60%的二氧化硅粉和硝酸鋁粉混合，并控制二氧化硅:硝酸鋁的摩爾比為I: 3。
[0012]進(jìn)一步地，所述步驟4)中，采用真空熱壓燒結(jié)工藝進(jìn)行燒結(jié)，熱壓最終燒結(jié)溫度為 1400 ?1650°C，壓力為 3O ?lOOMPa。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟I)中，所述制漿溶劑為水和氨水，所述漿料的pH為3?5。
[0014]進(jìn)一步地，所述步驟I)中，將所述漿料進(jìn)行球磨混合，混合時(shí)間為12?36h，然后將混合均勻后的漿料放置12?48h。
[0015]進(jìn)一步地，所述步驟2)中，所述混合溶劑為無水乙醇或丙酮。
[0016]進(jìn)一步地，所述步驟2)中，將所述混合漿料進(jìn)行球磨混合，球磨混合時(shí)間為12?48h，直至所述混合漿料均勻混合，無分層出現(xiàn)。
[0017]更進(jìn)一步地，所述步驟I)中，六方氮化硼粉的粒徑< 3 μπι，二氧化硅粉的粒徑< 5 μ m，硝酸鋁粉的粒徑< 5 μ m ;所述步驟2)中，氮化硅粉的粒徑< 3 μ m，氮化鋁粉的粒徑< I μ m，硼化鈦粉的粒徑< 5 μ m，三氧化二硼的粒徑< 3 μ m。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]其一，本發(fā)明采用新型陶瓷配方組成制造薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板，制得的側(cè)封板具有致密度高和抗折強(qiáng)度高的特點(diǎn)，致密度達(dá)93?99%，室溫抗折強(qiáng)度達(dá)250?400MPa，充分保證了側(cè)封板在使用過程中的強(qiáng)度。
[0020]其二，本發(fā)明制得的側(cè)封板熱導(dǎo)率低，熱導(dǎo)率為10?20W/(m.K)(室溫)，且抗熱震性好(RT-1100°C，水冷30次不破裂)，保證了側(cè)封板在使用過程中能夠較好的抵抗鋼水熱沖擊，相對(duì)于傳統(tǒng)側(cè)封板，本發(fā)明大幅延長了側(cè)封板的使用壽命；同時(shí)，本發(fā)明提高了陶瓷側(cè)封板的使用穩(wěn)定性，因而可降低薄帶連鑄生產(chǎn)成本，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
[0021]其三，本發(fā)明解決了目前薄帶連鑄制造過程中側(cè)封板容易因強(qiáng)度低、抗熱震性差、壽命短等原因而導(dǎo)致連鑄中斷的問題。
[0022]其四，目前市售陶瓷側(cè)封板價(jià)格約為人民幣1.2?1.3萬元/塊，本發(fā)明側(cè)封板的原料成本約為人民幣2?3千元，其盈利空間約I?1.1萬元/塊，目前中國薄帶總產(chǎn)量約為2億噸計(jì)算，當(dāng)總產(chǎn)量的10%采用本發(fā)明側(cè)封板時(shí)，側(cè)封板的利潤大幅提升，帶來了十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益，有望推廣進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)；本發(fā)明除了適用于薄帶連鑄側(cè)封板外，還可用于薄板坯連鑄中的布流器等耐高溫領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0023]圖1為實(shí)施例1制得的一種薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板樣品放大2500倍的顯微結(jié)構(gòu)圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。
[0025]實(shí)施例1
[0026]一種薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板的制造方法，它包括如下步驟:
[0027]I)原料選取:選取的原料包括:粒徑2 μ m的六方氮化硼(h_BN)，為化學(xué)純；粒徑3 μ m的二氧化娃(S12)，為分析純；粒徑4 μ m的硝酸鋁(Al (NO3) 3.9H20)，為分析純；氨水(NH3 -H2O)為分析純；粒徑3 μ m的三氧化二硼(B2O3)，為化學(xué)純；粒徑I μ m的氮化鋁(AlN)，為化學(xué)純；粒徑3 μ m的氮化硅(Si3N4)，為化學(xué)純；粒徑5 μ m的硼化鈦(TiB2)，為化學(xué)純；
[0028]2)前軀體漿料的制備:按六方氮化硼粉質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為50%，二氧化硅與硝酸鋁的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為50%進(jìn)行稱取，并控制二氧化硅:硝酸鋁摩爾比為1: 3，外加一定量的蒸餾水和氨水作為混合溶劑，使得漿料的PH值為3，采用氧化鋁球磨罐和球磨子進(jìn)行混合均勻，混合時(shí)間為12h，混合后的漿料放置12h，放置后再利用100°C的蒸餾水將漿料通過濾網(wǎng)進(jìn)行沖洗，得前驅(qū)體漿料；
[0029]3)配合料的制備:將質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為60%的前驅(qū)體漿料、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的氮化硅粉、質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的氮化鋁粉，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的硼化鈦粉，質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為10%的三氧化二硼粉混合，采用無水乙醇作為球磨溶劑進(jìn)行球磨混合，球磨混合時(shí)間為12h，直至漿料均勻混合，無分層出現(xiàn)，得混合漿料，再將混合漿料通過鼓風(fēng)干燥箱進(jìn)行烘干，烘干溫度為110°c，得配合料；
[0030]4)配合料的預(yù)處理:將配合料在真空爐中進(jìn)行焙燒，焙燒溫度控制為500°C，焙燒時(shí)間為Ih，再利用球磨機(jī)將焙燒后的配合料球磨成細(xì)的粉料；
[0031]5)熱壓燒結(jié):將球磨后的粉料放入石墨模具中，采用真空熱壓燒結(jié)工藝燒結(jié)制造側(cè)封板，熱壓最終燒結(jié)溫度為1500°C，壓力為35MPa，得側(cè)封板粗樣；
[0032]6)加工:將燒結(jié)后的側(cè)封板粗樣采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加工處理，即得到薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板。
[0033]經(jīng)測(cè)試，該薄帶連鑄用莫來石-氮化硼復(fù)合陶瓷側(cè)封板的性能如下:
[0034]致密度為97.8%;室溫抗折強(qiáng)度為287MPa ;