专利名称：一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法
技术领域：
本发明属于复合陶瓷技术领域，具体涉及一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。
背景技术：
目前，冶金工业热轧厂步进式加热炉中水冷梁上的垫块采用耐热合金钢制作，由于耐热钢存在导热系数大、高温蠕变和氧化损坏等先天性缺陷，易造成被加热钢坯出现“走偏”、与垫块接触部位产生“水冷瘢”(黑印)而影响轧材质量等问题，已经成为制约热轧薄板等高技术钢材轧钢生产的“瓶颈”问题；同时“水冷瘢”(“黑印”)的温度低、降低了钢坯的热塑性和延展性，使钢材容易出现轧制裂纹而产生“废材”，尤其是生产高牌号取向硅钢， 而对于超薄型板材甚至无法轧制。为解决被加热钢坯与垫块接触部位产生的“水冷瘢”(黑印)问题，现阶段通常采用提高加热温度和延长加热时间的办法，以保证钢坯达到适当的热塑性和延展性，此法明显存在能耗高、钢坯烧蚀量大、生产速度慢及效率低的问题，且耐热钢垫块会因为高温蠕变而被“压扁”损坏，造成被加热钢坯出现“走偏”进而影响加热炉的正常生产。尽快研发出耐高温和抗蠕变性能好、导热系数小、强度大的新型陶瓷垫块以代替目前使用的合金钢垫块， 有效解决上述问题，已成为轧钢行业最为迫切的任务之一。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的缺陷目的是提供一种工艺简单、成本低的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法，用该方法制备的复合陶瓷垫块耐高温、抗蠕变性能好、导热系数小、抗热震性好、耐磨损和高温强度高，能够有效地解决被加热钢坯与垫块接触部位的“水冷瘢”问题。为实现上述目的，本发明采用以下技术步骤(1)配料以25 Si粉和75 25wt %的SiC粉为原料，以上述原料 3 8wt%的烧结助剂和上述原料3 5wt%的结合剂为外加剂；其中烧结助剂为^O3、或为Y2O3和Al2O3的混合物；结合剂为酚醛树脂、或为聚乙
二醇；(2)混料将步骤⑴中的原料和外加剂中的烧结助剂按各自的百分含量以干法混合、或以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的外加剂中的结合剂按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻，进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1280 1410°C条件下保温1 30h，再在氮气气氛下继续升温到1450°C 170(TC，保温3 8h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1700 1850°C和真空度小于100 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为2 20小时，制得毛坯；
(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。在上述技术方案中Si粉的纯度彡95wt %，粒度小于0. Imm ；SiC粉的纯度彡90wt%，粒度小于5mm ；Y2O3的纯度彡95wt%, Al2O3的纯度彡95wt% ；Y2O3和Al2O3的粒度小于0. 005mm ；干压成型的压力为5 20MPa，等静压处理的压力为50 400MPa。本发明与现有技术相比具有以下主要优点该制备方法工艺简单、成本低，所制备的高温真空渗渍硅处理的Si3N4-SiC复合陶瓷垫块具有耐高温、抗蠕变性能好、导热系数小、抗热震性好、耐磨损和高温强度高等特点， 能取代Co40或Co60耐热合金钢制作加热炉水冷梁陶瓷垫块，能满足热轧生产的要求，同时能够有效地解决被加热钢坯与垫块接触部位的“水冷瘢”(黑印)问题。
具体实施例方式为避免重复，先将本具体实施方式
所涉及的技术参数统一描述如下Si粉的纯度彡95wt%，粒度小于0. Imm ；SiC粉的纯度彡90wt%，粒度小于5mm ；Y2O3的纯度彡95wt%, Al2O3的纯度彡95wt%;Y203和Al2O3的粒度小于0. 005mm ；干压成型的压力为5 20MPa，等静压处理的压力为50 400MPa。为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例1一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以25 Si粉和63 75wt %的SiC粉为原料，以上述原料 3 5衬％的IO3和上述原料3 的聚乙二醇为外加剂；(2)混料将步骤(1)中的原料和^O3按各自的百分含量以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的聚乙二醇按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻， 进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1350 1410°C条件下保温1 4h，再在氮气气氛下继续升温到1450°C 1500°C，保温3 4h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1750 1800°C和真空度小于10 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为15 20小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。实施例2—种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以37 Si粉和55 63wt %的SiC粉为原料，以上述原料 3 5衬％的IO3和上述原料3 的聚乙二醇为外加剂；(2)混料将步骤(1)中的原料和^O3按各自的百分含量以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的聚乙二醇按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻， 进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1350 1410°C条件下保温10 15h，再在氮气气氛下继续升温到1600°C 1650°C，保温3 4h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1800 1850°C和真空度为30 501 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为10 15小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。实施例3一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以45 Si粉和45 55wt %的SiC粉为原料，以上述原料 5 8wt%的烧结助剂和上述原料3 的聚乙二醇为外加剂；其中的烧结助剂为^O3 和Al2O3的混合物，其质量比为1:1;(2)混料将步骤⑴中的原料和外加剂中的烧结助剂按各自的百分含量以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的聚乙二醇按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻， 进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1350 1410°C条件下保温4 8h，再在氮气气氛下继续升温到1600°C 1650°C，保温6 8h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1800 1850°C和真空度为50 1001 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为8 10小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。实施例4一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以55 60wt %的Si粉和40 45wt %的SiC粉为原料，以上述原料 3 5wt%的IO3和上述原料4 5wt%的酚醛树脂为外加剂；(2)混料将步骤(1)中的原料和^O3按各自的百分含量以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤⑴中的酚醛树脂按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻， 进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1350 1410°C条件下保温20 30h，再在氮气气氛下继续升温到1600°C 1650°C，保温3 5h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1700 1750°C和真空度小于10 301 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为15 20小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。实施例5一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以25 37wt %的Si粉和63 75wt %的SiC粉为原料，以上述原料 5 8衬％的IO3和上述原料3 的聚乙二醇为外加剂；(2)混料将步骤(1)中的原料和^O3按各自的百分含量以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的聚乙二醇按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻， 进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；
(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1350 1410°C条件下保温10 15h，再在氮气气氛下继续升温到1650°C 1700°C，保温5 8h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1750 1800°C和真空度小于30 501 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为15 20小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。实施例6一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以25 ^wt %的Si粉和72 75wt %的SiC粉为原料，以上述原料 5 8wt%的IO3烧结助剂和上述原料3 的聚乙二醇为外加剂；(2)混料将步骤(1)中的原料和^O3按各自的百分含量以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的聚乙二醇按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻， 进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1350 1410°C条件下保温15 20h，再在氮气气氛下继续升温到1500°C 1600°C，保温3 5h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1700 1750°C和真空度小于10 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为5 8小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。实施例7一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤如下(1)配料以60 Si粉和25 40wt %的SiC粉为原料，以上述原料 5 8wt%的烧结助剂和上述原料3 的酚醛树脂为外加剂；其中的烧结助剂为^O3 和Al2O3的混合物，质量比为1:1;(2)混料将步骤(1)中的原料和烧结助剂按各自的百分含量以干法混合获得混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的酚醛树脂按其百分含量和混合粉体混合均勻，进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1280 1350°C条件下保温5 10h，再在氮气气氛下继续升温到1600°C 1550°C，保温5 8h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1800 1850°C和真空度50 IOOPa的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为2 5小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。本具体实施方式
工艺简单、成本低，所制备的高温真空渗渍硅处理的Si3N4-SiC复合陶瓷垫块具有耐高温、抗蠕变性能好、导热系数小、抗热震性好、耐磨损和高温强度高等特点，能取代Co40或Co60耐热合金钢制作加热炉水冷梁陶瓷垫块，能满足热轧生产的要求，同时能够有效地解决被加热钢坯与垫块接触部位的“水冷瘢”(黑印)问题。
权利要求
1.一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法，其特征在于采用以下步骤(1)配料以25 75衬％的Si粉和75 25wt%的SiC粉为原料，以上述原料3 的烧结助剂和上述原料3 5wt%的结合剂为外加剂；其中烧结助剂为IO3、或为Y2O3和Al2O3的混合物；结合剂为酚醛树脂、或为聚乙二醇；(2)混料将步骤⑴中的原料和外加剂中的烧结助剂按各自的百分含量以干法混合、 或以无水乙醇为湿混介质混合，混合均勻后进行干燥，制得干燥后的混合粉体；(3)成型将步骤(1)中的外加剂中的结合剂按其百分含量和干燥后的混合粉体混合均勻，进行干压成型；再将成型的混合物进行等静压处理，制得素坯；(4)烧结将素坯先在氮气气氛和在1280 1410°C条件下保温1 30h，再在氮气气氛下继续升温到1450°C 170(TC，保温3 8h，制得氮化烧结坯；(5)渗渍硅处理将氮化烧结坯在温度为1700 1850°C和真空度小于100 的条件下进行渗渍硅处理，处理时间为2 20小时，制得毛坯；(6)将毛坯进行机加工处理，制得热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。
2.根据权利要求1所述的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法，其特征在于所述的Si粉的纯度彡95wt%，粒度小于0. 1mm。
3.根据权利要求1所述的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法，其特征在于所述的SiC粉的纯度彡90wt%，粒度小于5mm。
4.根据权利要求1所述的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法，其特征在于所述的Y2O3的纯度彡95wt%, Al2O3的纯度彡95wt% ；Y2O3和Al2O3的粒度小于0. 005mm。
5.根据权利要求1所述的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法，其特征在于所述的干压成型的压力为5 20MPa，等静压处理的压力为50 400MPa。
6.根据权利要求1 5项中任一项所述的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块的制备方法所制备的热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块。
全文摘要
本发明涉及一种热轧步进式加热炉用复合陶瓷垫块及其制备方法。其制备步骤是以25～75wt％的Si粉和75～25wt％的SiC粉为原料，以3～8wt％的烧结助剂和3～5wt％的结合剂为外加剂；将原料和烧结助剂混合，干燥，将干燥后的混合粉体和结合剂混匀，成型，等静压处理，制得素坯；将素坯在氮气气氛和1280～1410℃条件下保温1～30h，再在氮气气氛下继续升温到1450℃～1700℃，保温3～8h，制得氮化烧结坯；将氮化烧结坯在温度为1700～1850℃和真空度小于100Pa的条件下渗渍硅处理，处理时间为2～20小时，制得的毛坯进行机加工处理即可。本发明工艺简单、成本低，其制品具有耐高温、抗蠕变性能好、导热系数小、抗热震性好、耐磨损和高温强度高的特点。
文档编号F27B9/30GK102408242SQ20111024043
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者员文杰, 李君 , 祝洪喜, 邓承继 申请人:武汉科技大学