[其他]賽隆-氮化硼纖維復(fù)合材料及其制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000007936
• 申請日: 1985-10-23
• 公開（公告）號: CN1003586B
• 公開（公告）日: 1989-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧培芷;隋萬美;陳虹;張偉儒
• 申請（專利權(quán)）人: 國家建筑材料工業(yè)局山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明屬無機(jī)非金屬材料科學(xué)，高溫工程陶瓷領(lǐng)域。賽隆材料是一種機(jī)械強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗侵蝕等項(xiàng)性能。但脆性材料的特點(diǎn)限制了它的工程應(yīng)用。本發(fā)明以賽隆陶瓷為基體與氮化硼纖維復(fù)合，經(jīng)高溫加壓而制成陶瓷－－纖維復(fù)合材料，該材料改善了賽隆陶瓷材料的脆性，大大提高了材料的的抗熱震性，用該材料制備出的水平連鑄用分離環(huán)，具有耐高溫、抗熱震、耐鋼水侵蝕，與鋼水浸潤性差等優(yōu)良性能，可用于１５００℃～１６００℃高溫下的碳鋼、低合金鋼及不銹鋼的水平連鑄。

本發(fā)明屬無機(jī)非金屬材料科學(xué)，高溫工程陶瓷領(lǐng)域。

賽隆（Sialon）陶瓷是在70年代發(fā)現(xiàn)的具有強(qiáng)度高、硬度大耐高溫、抗侵蝕的新型高溫工程陶瓷材料。國外對此材料主要進(jìn)行了大量理論研究工作。并偏重于材料結(jié)晶化學(xué)及相圖的研究。具體應(yīng)用如英國魯卡司（Lucas）公司的賽隆（Syalon）陶瓷車刀。但限于陶瓷材料的脆性和較差的抗熱震性，尚未開發(fā)更重量的工程應(yīng)用。

賽隆（Sialon）-氮化硼纖維復(fù)合材料是以賽隆陶瓷作為基體材料，并與短切無規(guī)則氮化硼纖維混合，經(jīng)一定復(fù)合工藝制備而成的陶瓷基纖維復(fù)合材料。該材料具有比賽隆材料更好的抗熱震性和抗鋼水侵蝕性，可制備成水平連鑄用分離環(huán)，用于1500～1600℃高溫下的不銹鋼低合金鋼及碳鋼的水平連鑄。

水平連續(xù)鑄鋼工藝具有設(shè)備工藝簡單、鑄坯質(zhì)量好，節(jié)約能源等許多優(yōu)點(diǎn)，近年來在國外得到了廣泛的重視和研究。國內(nèi)也開始對此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)研究。但限于分離環(huán)和其它一些技術(shù)問題沒能很好解決，限制了水平連鑄工藝在鑄鋼工業(yè)中的推廣應(yīng)用。

分離環(huán)是水平連鑄裝備的技術(shù)關(guān)鍵之一，它位于中間包和結(jié)晶器的接合處，工作中處于劇烈的熱沖擊、熱應(yīng)力和鋼水不斷侵蝕的使用環(huán)境之下。一般耐火材料難于滿足它的要求。分離環(huán)的性能和壽命在很大程度上決定著鑄出鋼坯的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

目前國際上主要采用氮化硅、氮化硅加氮化硼、熱壓氮化硼等材料作為分離環(huán)材質(zhì)。

本發(fā)明的目的是為了改善賽隆陶瓷的脆性，提高材料的抗熱震性、抗鋼水侵蝕性及其它高溫使用性能。本發(fā)明采用在賽隆陶瓷中加入高熱導(dǎo)氮化硼纖維的方法，制備出賽隆基纖維復(fù)合材料，利用纖維復(fù)合材料改性的特有機(jī)制，有效地提高了材料的抗熱震性及抗鋼水侵蝕性。

利用本發(fā)明的復(fù)合材料制備水平連鑄用分離環(huán)，具有抗熱震性好，耐1500～1600℃高溫，能承受1600℃～1500℃巨大溫差所產(chǎn)生的熱應(yīng)力、耐碳鋼、低合金鋼及不銹鋼等鋼種的侵蝕。能滿足多鋼種的水平連鑄工藝要求。

本發(fā)明的詳細(xì)說明是：

使用微細(xì)氮化硅粉末（平均粒徑小于5微米，α相大于90%），作基體粉末原料，使用微細(xì)氧化鋁粉末，鎂鋁尖晶石粉末，氧化鋯粉末等作為添加劑（平均粒徑小于3微米）。按照氮化硅粉末60～95重量%，添加劑5～40重量%的配比配料，以無水乙醇為介質(zhì)在氧化鋁球磨中用氧化鋁球混磨5～20小時(shí)，干燥后，再以有機(jī)溶劑（如甲基纖維素的水溶液）為分散介質(zhì)，混入5～30體積%的氮化硼纖維（直徑為1～20微米，長度小于10毫米），干燥后，成為復(fù)合材料配合料。

將上述配合料，裝入石墨坩堝，使用熱壓電爐，在非氧化氧氣保護(hù)下，加熱到1600～1850℃，保溫15～90分鐘，同時(shí)施加100～400kg/cm²的壓力，熱壓成為賽隆-氮化硼纖維復(fù)合材料。

利用本發(fā)明可制備水平連鑄用分離環(huán)及其它高溫工程部件。

實(shí)施例一：

按照90重量%氮化硅粉末（平均粒徑為5微米，α相92%）和10重量%氧化鋁粉末（平均粒徑為2微米）的配比配料。以無水乙醇為介質(zhì)，在氧化鋁球磨中用氧化鋁球混磨15小時(shí)，放入烘箱中烘干后，再以甲基纖維素水溶液為分散劑，用攪拌機(jī)將10體積%的氮化硼纖維（平均直徑8微米，長度5毫米）與粉末原料混合均勻。烘干后，裝入石墨坩堝中，在熱壓電爐中，通入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氧氣，加熱到1750℃，保溫1小時(shí)，同時(shí)對樣品施加300kg/cm²的壓力。熱壓成為賽隆-氮化硼纖維復(fù)合材料制品。用此工藝制備的分離環(huán)，能適應(yīng)水平連鑄工藝中對分離環(huán)耐高溫、抗熱震、耐侵蝕等項(xiàng)要求。

實(shí)施例二：

使用實(shí)施例一同樣的工藝條件，僅改變原料配比為：80重量%氮化硅粉，20重量%氧化鋁，20體積%的氮化硼纖維。經(jīng)熱壓制備出的賽隆-氮化硼纖維復(fù)合材料分離環(huán)。其抗熱震性、耐鋼水侵蝕性均比實(shí)施一的材料有進(jìn)一步提高。