氮化硼复相陶瓷侧封板及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复相陶瓷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]尽管添加低熔点相能有效的促进氮化硼复相陶瓷材料烧结致密化，但低熔点相的大量残留会导致热机械性能受到显著的影响，明显降低高温抗弯强度和抗热蠕变性能。此夕卜，低熔点相向钢水中的溶解扩散，不仅降低了氮化硼复相陶瓷的抗钢水侵蚀性能，降低其使用寿命和使用安全性，还会对钢水造成污染，影响产品质量。因此，如何选择有效的烧结助剂和制备技术，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]本发明是为了解决添加低熔点相残留降低氮化硼复相陶瓷材料高温抗弯强度和抗热蠕变性能的技术问题，提供了一种氮化硼复相陶瓷侧封板及其制备方法。
[0007]氮化硼复相陶瓷侧封板按重量份数由65份?85份的氮化硼、15份?35份的电熔氧化锆、5份?15份的碳化硅和5份?10份的添加剂组成；所述的添加剂为MAX相。
[0008]所述的MAX 相为 Nb2AlC、Zr2AlC、V2AlC、Ti2SnC、Zr2SnC、Ti2AlN、Ti3AlC2S Nb 4A1C3。
[0009]所述的MAX 相为 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 相为 Nb2AlC-Zr2AlC、Zr2AlC-Zr2SnC 或(Nb, Zr)2AlC- (V, Ta)2AlC。
[0011]氮化硼复相陶瓷侧封板的制备方法按照以下步骤进行:
[0012]—、按重量份数称取65份?85份的氮化硼、15份?35份的电熔氧化锆、5份?15份的碳化娃和5份?10份的添加剂；
[0013]二、将氮化硼、电熔氧化锆、碳化硅和添加剂加入分散介质中，湿法球磨10?48小时后，在70°C?150°C下进行干燥1h?48h，过200目筛，得到混合均匀的复合粉末；
[0014]三、将复合粉末放入模具中，在真空或惰性气氛保护的条件下，以5°C /min?25 0C /min升温速率，升温至800 °C开始施加压力，在1200 °C?1400°C时加压至20MPa?40MPa，再升温至1400°C?1800°C，保温保压0.5?5h，再以5°C /min?25°C /min降温速率，降至室温，即得氮化硼复相陶瓷侧封板。
[0015]步骤二中所述的分散介质为酒精、无水乙醇或乙醇质量浓度为55%?95%的乙醇水溶液。
[0016]本发明所提出的氮化硼基复相陶瓷侧封材料热压烧结制备方法，有利降低了氮化硼复相陶瓷的烧结温度，抑制生成的物相的颗粒大小与分布不均匀及气孔和局部组织偏聚等缺陷，所制备的材料晶粒细小，具有优异的综合力学性能。此外，在制备过程中没有添加低熔点的烧结助剂，改善了氮化硼基复相陶瓷侧封材料的高温服役性能。侧封板经过100tC热震温差热震后没有裂纹产生，经过8(KTC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，侵蚀深度小于700 μ m，各项性能符合侧封板服役条件使用性。
【具体实施方式】
[0017]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。
[0018]【具体实施方式】一:本实施方式氮化硼复相陶瓷侧封板按重量份数由65份?85份的氮化硼、15份?35份的电恪氧化错、5份?15份的碳化娃和5份?10份的添加剂组成；所述的添加剂为MAX相
[0019]所述的MAX 相为 Nb2AlC、Zr2AlC、V2AlC、Ti2SnC、Zr2SnC、Ti2AlN、Ti3AlC2S Nb 4A1C3。
[0020]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同的是所述的MAX相为 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。其它与【具体实施方式】一相同。
[0021]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一至二之一不同的是所述的MAX相为 Nb2AlC-Zr2AlC、Zr2AlC-Zr2SnC 或(Nb, Zr)2AlC- (V, Ta)2AlC。其它与【具体实施方式】一至二之一相同。
[0022]【具体实施方式】四:【具体实施方式】一所述的氮化硼复相陶瓷侧封板的制备方法按照以下步骤进行:
[0023]—、按重量份数称取65份?85份的氮化硼、15份?35份的电熔氧化锆、5份?15份的碳化硅和5份?10份的添加剂，添加剂为MAX相为Nb2AlC、Zr2AlC, V2AlC, Ti2SnC,Zr2SnC、Ti2AlN、Ti3AlC2S Nb 4A1C3；
[0024]二、将氮化硼、电熔氧化锆、碳化硅和添加剂加入分散介质中，湿法球磨10?48小时后，在70°C?150°C下进行干燥1h?48h，过200目筛，得到混合均匀的复合粉末；
[0025]三、将复合粉末放入模具中，在真空或惰性气氛保护的条件下，以5°C /min?25 0C /min升温速率，升温至800 °C开始施加压力，在1200 °C?1400°C时加压至20MPa?40MPa，再升温至1400°C?1800°C，保温保压0.5?5h，再以5°C /min?25°C /min降温速率，降至室温，即得氮化硼复相陶瓷侧封板。
[0026]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】四不同的是步骤二中所述的分散介质为无水乙醇或乙醇质量浓度为55 %?95 %的乙醇水溶液。其它与【具体实施方式】四相同。
[0027]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】四至五之一不同的是步骤一中所述的 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。其它与【具体实施方式】四至五之一相同。
[0028]【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】四至六之一不同的是步骤一中所述的 MAX 相为 Nb2AlC-Zr2AlC、Zr2AlC-Zr2SnC 或(Nb, Zr) 2A1C- (V, Ta)2AlC。其它与【具体实施方式】四至六之一相同。
[0029]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】四至七之一不同的是步骤三中以15°C /min升温速率，升至1500°C，并施加30MPa的压力，保温保压3h。其它