双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氮化硼基侧封板及其制备方法。
【背景技术】
[0002]双辊薄带连铸技术是一种新型的薄带钢生产工艺，作为钢铁工业发展方向的前沿技术，可不经连铸、加热和热乳等生产工序，直接由液态钢水生产出厚度为I?5_的薄带坯，在短时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程。另外，在获得特殊性能方面具有独特优势，可实现高性能钢材的减量化生产途径，得到了世界钢铁界的广泛重视，但仍需要不断完善以尽快实现工业化生产。
[0003]侧封板是在结晶辊两端添加的防漏部件，起到约束金属液体，促进薄带成型，保证薄带边缘质量等作用。但结晶辊的工况要求较为复杂，对侧封板材料的机械性能和理化性能稳定性均提出了较为苛刻的要求，需同时具备抗热震性能、抗钢水侵蚀性能、耐高温摩擦磨损性能和高温尺寸稳定性等要求，致使传统的耐火材料不能满足侧封板的工况要求，亟需新型耐火材料的出现。
[0004]六方氮化硼陶瓷材料，具有高温自润滑作用、热膨胀系数低、热导率高、抗热震性能好、高温化学稳定性良好、对凝固物的剥离性好、与熔融金属不浸润等优点，是先进陶瓷材料家族中重要的一员，可广泛应用于金属冶炼以及高温摩擦磨损等关键工程领域。但氮化硼具有高熔点、共价键强和自扩散系数低等物理特性，以及在烧结过程中易形成卡片房结构，即使施加外力也很难将其破坏。采用一般的常规热压烧结工艺，需在1800?2000°C，20?40MPa的高温热压条件下才能将其烧结致密，增加了氮化硼陶瓷材料的制备成本，阻碍了氮化硼材料在工程领域的广泛应用。
[0005]尽管降低氮化硼复相陶瓷材料的烧结温度可以通过添加低熔点相实现，但烧结后低熔点相得残留会明显降低高温抗弯强度和抗钢水侵蚀性能，降低了侧封板的使用寿命和使用安全性，影响产品质量和整体生产线的运行。如何选择合理设计侧封板材料组分和相应的制备技术，一直是亟需解决的工程技术难题。因此，研制和开发出组分组成合理的侧封板材料和相应的制备技术，从而制备出服役性能优异的侧封板材料对薄带连铸技术的发展和大规律工业化生产具有重要的意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决添加低熔点烧结助剂由于低熔点相残留导致侧封材料服役性能下降的矛盾的技术问题，提供了一种双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板及其制备方法。
[0007]双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板按照重量份数由60份?80份的氮化硼、12份?35份的电熔氧化锆、2份?15份的碳化硅、2?10份的硼酸钙盐和2?10份的氧化铝制成；
[0008]所述的硼酸I丐盐为CaB4O7' CaB2O4' Ca2B2O5' Ca2B6O11' Ca3B2O6' Ca3B4O9' Ca4B10OigoCaB4O7.1H2O' CaB2O4.4H20、CaB2O4.6H20、Ca3B4O9.9H2O 或 Ca4B10O19.7H20 ；
[0009]双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板的制备方法如下:
[0010]一、按照重量份数称取60份?80份的氮化硼、12份?35份的电熔氧化锆、2份?15份的碳化硅、5?10份的硼酸钙和2?10份的氧化铝，所述的硼酸钙盐为CaB407、CaB204、Ca2B2O5' Ca2B6O11' Ca3B2O6' Ca3B4O9' Ca4B10O190 CaB4O7.10H20、CaB2O4.4H20、CaB2O4.6H2OnCa3B4O9.9H20 或 Ca4Blt119.7H20 ；
[0011]二、将氮化硼、电熔氧化锆、碳化硅、硼酸钙盐和氧化铝加入分散介质中，球磨10?48小时后，在80°C?100°c温度下真空干燥10?48h，然后将干燥后的混合粉末球磨破碎过200目标准筛，得到混合均匀的复合粉末；
[0012]三、将复合粉末装入热压模具中，采用真空气氛保护，真空度小于10Pa，以10?400C /min的升温速率升温，在1000°C?1100°C开始施加压力，在1200°C?1400°C时加压至1MPa?60MPa，保温保压0.5?5h，而后逐渐升温至1500 °C?1800 °C，在1500 °C?1800°C温度条件下保温保压0.5?5h，以15?40°C /min的降温速率降温至室温，并同时卸载压力，即得双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板。
[0013]步骤二中所述分散介质为酒精、无水乙醇质量分数为55%?95%的无水乙醇水溶液或无水乙醇。
[0014]本发明所制备的双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板的晶粒细小，分布均匀，致密度可达到95.0%?99.5%，具有优异的抗热震性能、抗钢水侵蚀性能、耐高温摩擦磨损以及良好的热机械性能和热稳定性能。
[0015]本发明步骤二中所提及的两段式烧结工艺，第一段为低温烧结阶段:特征在于两步法的烧结温度和加压时间与步骤一中所设计的复合材料组分存在对应关系，需在复合材料组分发生固相化学反应或某一物相发生软化时的温度前后设计保温温度、保温时间、烧结压力、保压时间和烧结气氛的烧结工艺制度参数，完成复合粉末颗粒重排和气孔排除，实现氮化硼复相陶瓷的初期烧结致密化；第二段为高温烧结阶段，可以进一步促进复合材料的致密化，调控显微组织结构，并通过在1500°C?1800°C下保温0.5?5h的烧结工艺条件下，降低低熔点脆性有害相的残留，提高氮化硼基侧封材料的高温热机械性能和服役性能。
[0016]本发明所提出的氮化硼基侧封板材料及其相应的制备工艺，有利的降低了氮化硼基侧封板材料的烧结温度，抑制物相晶粒的异常长大，改善了晶粒分布不均匀及局部组织偏聚等缺陷。并在烧结中后期，材料内部发生固相反应或固溶现象，有效的降低了氮化硼基侧封板材料中低熔点脆性有害相的残留。所制备的氮化硼基侧封板材料晶粒细小，具有优异的综合力学性能，同时降低了氮化硼基侧封板材料的制备成本，扩展了应用范围。
[0017]本发明所制备双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板致密度可达到95%以上，并具有优异的综合力学性能和热机械性能。侧封板经过100tC热震温差热震后没有裂纹产生，经过800°C热震温差热循环热震20次不存在断裂现象，与结晶辊具有良好的摩擦磨损相容性，相互摩擦系数小于0.3，具有良好的抗钢水侵蚀性能，在1600°C侵蚀条件下，侵蚀40分钟侵蚀深度小于700 μ m，各项性能指标满足侧封板实际使用工况要求。
【具体实施方式】
[0018]本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的任意组合。
[0019]【具体实施方式】一:本实施方式双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板按照重量份数由60份?80份的氮化硼、12份?35份的电恪氧化错、2份?15份的碳化娃、2?10份的硼酸钙盐和2?10份的氧化铝制成；
[0020]所述的硼酸I丐盐为CaB4O7' CaB2O4' Ca2B2O5' Ca2B6O11' Ca3B2O6' Ca3B4O9' Ca4B10OigoCaB4O7.1H2CK CaB2O4.4H20、CaB2O4.6H20、Ca3B4O9.9H2O 或 Ca4B10O19.7H20。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板按照重量份数由60份?80份的氮化硼、20份?30份的电熔氧化锆、8份?12份的碳化硅、6?9份的硼酸钙盐和6?9份的氧化铝制成。其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板按照重量份数由70份的氮化硼、15份的电熔氧化锆、5份的碳化硅、5份的硼酸钙盐和5份的氧化铝制成。其它与【具体实施方式】一或二之一相同。
[0023]【具体实施方式】四:【具体实施方式】一所述双辊薄带连铸用氮化硼基侧封板的制备方法如下: