薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种封板材料及其制备方法。
【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。
[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]添加低熔点烧结助剂能够有效的促进氮化硼复相陶瓷材料烧结致密化，提高陶瓷材料的致密度和室温力学性能。但低熔点烧结助剂的大量残留会导致热机械性能受到显著的影响，高温抗弯强度和抗热蠕变性能明显降低。此外，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，满足既可以发挥低熔点相对氮化硼基侧封板材料的助烧作用，降低制备成本，也能在后期减少低熔点相对侧封板材料服役性能的影响，这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]本发明的目的是为了解决氮化硼基复相陶瓷侧封材料烧结温度高和低熔点烧结助剂导致侧封材料服役性能下降的技术问题，提供了一种薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料及其制备方法。
[0007]薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料按照重量份数由55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?10份的添加剂制成，所述添加剂为硼酸盐或硼酸盐水合物。
[0008]所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钙、硼酸镁、硼酸镁钙及硼酸钠钙中的一种或一种以上的组合。
[0009]所述硼酸盐水合物为十水四硼酸钠、十水四硼酸钙、十水硼酸镁钙及十水硼酸钠钙中的一种或一种以上的组合。
[0010]薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料的制备方法如下:
[0011]—、按照重量份数称取55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?10份的添加剂，所述添加剂为硼酸盐或硼酸盐水合物；
[0012]二、将电熔氧化锆、碳化硅和添加剂加入分散介质中，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；
[0013]三、将氮化硼和复合粉末混合后，加入酒精或无水乙醇分散介质中，球磨24小时后，在100°C?150°C温度下干燥24h，然后将干燥后的混合粉末过200目标准筛，得到混合均匀的氮化硼基复合粉末；
[0014]四、氮化硼基陶瓷侧封板材料预制坯体的制备:
[0015]将氮化硼复合粉末装入热压模具中，在真空气氛下，以10?20°C /min的升温速度升温，在800°C开始施加压力，在1000°C?1200°C时加压至20?40MPa，并升温至1300°C，在1300°C温度条件下保温保压0.5?5h小时后以15?20°C /min的降温速率降温至室温，并同时卸载压力，即得氮化硼基陶瓷侧封板材料预制坯体；
[0016]五、将氮化硼基陶瓷侧封板材料预制坯体以5?25°C /min升温速率升温至1200°C?1400°C，并逐渐施加10MPa?150MPa的压力，在1200°C?1400°C温度条件下保温保压0.5h?5h，以5?25°C /min的降温速率降温至室温，并同时卸载压力，即得薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料。
[0017]本发明所提出的氮化硼基复相陶瓷侧封材料及制备方法，可有效控制和利用原位固相化学反应所提供的化学反应驱动力和烧结驱动力，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，同时由于烧结温度低，避免了氮化硼晶粒的异常长大和各向异性。所制备的化硼复相陶瓷材料晶粒细小，组织分布均匀、抗钢水侵蚀性能优异、抗热震能力强、与结晶辊之间具有良好的摩擦磨损相容性，具有优异的综合服役性能。此外，由于热压烧结温度在1300°C以下，可采用其他高熔点金属模具代替传统的石墨模具，提高了模具的使用寿命和侧封材料板坯的生产效率，实现了侧封板大批量连续生产和产品近成型，仅需少量加工即可制备出氮化硼基复相陶瓷侧封成品，进而降低了材料整体制备成本，提高了市场竞争力和扩展了应用范围。
[0018]本发明所制备的薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料的致密度可达到97%以上，具有优异的综合力学性能，其抗弯强度值可达到420MPa，高于采用传统热压烧结工艺在1800°C烧结条件下所制备的材料力学性能。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，其性能满足侧封板材料的实际服役性能。
【具体实施方式】
[0019]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。
[0020]【具体实施方式】一:本实施方式薄带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料按照重量份数由55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?10份的添加剂制成，所述添加剂为硼酸盐或硼酸盐水合物。
[0021]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是所述硼酸盐为硼酸钠、硼酸钙、硼酸镁、硼酸镁钙及硼酸钠钙中的一种或一种以上的组合。其它与【具体实施方式】一相同。
[0022]本实施方式中所述的硼酸盐为组合物时，各成分间为任意比。
[0023]【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所述硼酸盐水合物为十水四硼酸钠、十水四硼酸钙、十水硼酸镁钙及十水硼酸钠钙中的一种或一种以上的组合。其它与【具体实施方式】一或二之一相同。
[0024]本实施方式中所述的硼酸盐水合物为组合物时，各成分间为任意比。
[0025]【具体实施方式】四:【具体实施方式】一所述带连铸用氮化硼基陶瓷侧封板材料的制备方法如下:
[0026]—、按照重量份数称取55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?10份的添加剂，所述添加剂为硼酸盐或硼酸盐水合物；
[0027]二、将电熔氧化锆、碳化硅和添加剂加入酒精分散介质中，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；
[0028]三、将氮化硼和复合粉末混合后，加入酒精或无水乙醇分散介质中，球磨24小时后，在100°C?150°C温度下干燥24h，然后将干燥后的混合粉末过200目标准筛，得到混合均匀的氮化硼基复合粉末；
[0029]四、氮化硼基陶瓷侧封板材料预制坯体的制备:
[0030]将氮化硼复合粉末装入热压模具中，在真空气氛下，以10?20°C /min的升温速度升温，在800°C开始施加压力，在1000°C?1200°C时加压至20?40MPa，并升温至1300°C，在1300°C温度条件下保温保压0.5?5h小时后以15?20°C /min的降温速率降温至室温，并同时卸载压力，即得氮化硼基陶瓷侧封板材料预制坯体；
[0031]五、将氮化硼基陶瓷侧封板材料预制坯体以5?25°C /min升温速率升温至1200°C?1400°C，并逐渐施加10MPa