一种高温陶瓷耐火材料及其制造方法

李永全, 方园

2004年1月28日

2002年7月24日

2002年7月24日

宝山钢铁股份有限公司

C04B35/622GK1470473SQ0213617

耐火材料 陶瓷 高温 制造

1.一种高温陶瓷耐火材料，其特征在于，其化学成分为Al2O350-68％，BN 5-18％，ZrO25-7％，SiO23-7％，Y2O31-5％，C 5-10％；其相组成为40-70％的刚玉相，5-20％的六方氮化硼相，10-20％的赛隆相和5-20％的无定形碳结合相2.如权利要求1所述的一种高温陶瓷耐火材料，其进一步特征在于，所述氮化硼比例为15％3.一种高温陶瓷耐火材料的制造方法，其特征在于，制造步骤如下a)将刚玉、氮化硼按设计配比混合并加入烧结助剂以及分散介质，混磨后作为原料；b)将原料在100-200Mpa的压力下成型，制成荒坯；c)将荒坯置入通N2和/或NH3的气氛中，1450-1600℃的温度下烧成并保温8-24小时，得到复合砂；d)将复合砂按不同的粒级需求破碎，并用粘结剂将其按配比搅拌混匀，制成泥料，在100-200Mpa的压力下成型；e)在通N2和/或NH3的气氛中，1150℃-1600℃温度下经6-40小时烧成4.如权利要求3所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，步骤a)所述的分散介质为无水乙醇5.如权利要求3所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，步骤a)所述的烧结助剂为C，Si，α-Al2O3，SiO2，ZrO2和高岭土中的一种或数种组合6.如权利要求3所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，步骤a)所述的混磨是在刚玉球磨机中，混磨时间为8-12小时7.如权利要求3所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，步骤d)所述粘结剂为含碳粘结剂8.如权利要求7所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，所述含碳粘结剂为酚醛树脂或沥青9.如权利要求3所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，步骤b)和d)所述的压力成型采用机压或等静压10.如权利要求3所述的高温陶瓷耐火材料的制造方法，其进一步特征在于，在烧成过程中，粘结剂中的一部分碳形成碳结合网络，另一部分碳通过碳热还原反应，形成Z值为1-4的Si6-zAlzOzN8-z赛隆结合相

本发明涉及无机非金属材料学科，特别涉及高温工程陶瓷领域中国专利91107479.1的说明书中，提供了一种由两层复合材料构成的侧封板，其基层是导热系数低、又有一定强度的粘土质、熔融石英质及轻质高铝层耐火材料，面层是厚度为0.5-3mm的高致密的玻璃陶瓷或搪瓷这种做法尽管从原理上解决了材料在钢水、双辊和侧封板三结合区域的熔钢冷块问题，但面层高致密的玻璃陶瓷或搪瓷硬度太高，极易使双辊端面的铜板磨损，从而影响双辊的使用寿命中国专利98229485.9的实用新型专利中，提到所使用侧封板材料为氮化硼但氮化硼材料强度低，耐磨性能差尤其是在高温条件下氮化硼易于氧化，因此单一使用氮化硼效果并不理想中国专利95194684.6发明了一种薄带连铸机用侧面该侧面包括一个金属架和一个非金属材料板该非金属材料板由两部分组成，一部分为与双辊接触的磨擦区域，另一部分为与熔钢接触的中央区域其磨擦区域由一种至少含有15％的氮化硼材料组成且磨擦区域由好几个相拼接的元件组成熔钢区域最好为碳结合的陶瓷这一专利的缺点是，侧封板不同区域材料的热膨胀性能差异大，在结合面易产生裂纹，且侧封板制造工艺复杂中国专利CN1092053A公布了一种赛隆(SIALON)结合碳化硅耐火陶瓷材料该材料以改善碳化硅材料的抗热冲击等高温性能为目的，在碳化硅耐火材料中引入赛隆结合相其特征在于以高岭土等粘土矿物及炭源形成SIALON结合相中国专利CN1091116A公布了一种锆刚玉莫来石氮化硼复合材料，其目的是通过锆刚玉莫来石材料和氮化硼材料的综合韧化和强化，得到一种分别以锆刚玉为基料与氮化硼复合和以氮化硼为基料与锆刚玉莫来石复合的两种复合材料其特征为上述原料直接混均后进行高温烧结，这种直接以陶瓷为结合相的复合材料合成温度太高，难以制备可见，若侧封材料耐磨性能过高，在使用过程中侧封材料将会磨损铜辊，造成铜辊损坏，影响铜辊的使用寿命或造成漏钢若侧封材料耐磨性能差，则在使用过程中铜辊将会磨损侧封材料，在侧封板上形成凹槽，造成漏钢并影响铸带边部质量，如铸带边部长出毛刺等，造成废品本发明是这样实现的材料化学成分为Al2O350-68％，BN 5-18％，ZrO25-7％，SiO23-7％Y2O31-5％C 5-10％；其相组成为40-70％的刚玉相，5-20％的六方氮化硼，10-20％的SIALON和5-20％的无定形碳结合相该材料的制造方法如下a)将刚玉、氮化硼按设计配比混合并加入烧结助剂以及分散介质，混磨后作为原料；b)将原料在100-200Mpa的压力下成型，制成荒坯； c)将荒坯置入通N2和/或NH3的气氛中，1450-1600℃的温度下烧成并保温8-24小时，得到复合砂；d)将复合砂按不同的粒级需求破碎，并用粘结剂将其按配比搅拌混均，并制成泥料，在100-200Mpa的压力下成型；e)在通N2和/或NH3的气氛中，1150℃-1600℃温度下经6-40小时烧成所述的烧结助剂为C，Si，α-Al2O3，SiO2，ZrO2和高岭土中的一种或数种组合结合原先两大类材料的优点，并对复合材料的结合相进行优选选定赛隆结合的刚玉氮化硼材料作为侧封材料的主晶相以碳和赛隆双相结合的方式在基质和主晶相材料中同时引入氮化硼，充分均化了材料的各项性能将破碎、筛分好的复合砂按最大临界粒度3mm进行配料，其中复合砂75％，α-Al2O35％，氮化硼3％，金属硅粉2％，高岭土5％，结合酚醛树脂粘结剂10％，进行混料后，在模具内用150Mpa的压力成型经120℃烘干后，在1450℃条件下烧成自然冷却后得到一种赛隆和碳双相结合的刚玉氮化硼陶瓷材料和制品最终产品的主要化学成分的重量百分比如下 实施例2按55％刚玉、15％氮化硼、10％氧化锆、10％高岭土、10％的其它烧结助剂(均为重量百分比)混料，以无水乙醇为分散介质，在氧化铝球磨机中混磨8小时，出料后在金属模具内以100Mpa的压力下用等静压成型，制成荒坯将压制好的荒坯置入通N2和NH3的气氛的高温炉中烧成烧成温度为1500℃，保温24小时将烧成好的复合砂按不同的粒级需求破碎、筛分待用将破碎、筛分好的复合砂按最大临界粒度3mm进行配料，其中复合砂75％，α-Al2O35％，氮化硼3％，金属硅粉2％，高岭土5％，结合酚醛树脂粘结剂10％，进行混料后，在模具内用150Mpa的压力成型经120℃烘干后，在1450℃条件下烧成自然冷却后得到一种赛隆和碳双相结合的刚玉氮化硼陶瓷材料和制品最终产品的主要化学成分的重量百分比如下 实施例3按55％刚玉、15％氮化硼、10％氧化锆、10％高岭土、10％的其它烧结助剂(均为重量百分比)混料，以无水乙醇为分散介质，在氧化铝球磨机中混磨12小时，出料后在金属模具内以200Mpa的压力下用机压或等静压成型，制成荒坯将压制好的荒坯置入通NH3的气氛的高温炉中烧成烧成温度为1500℃，保温8小时将烧成好的复合砂按不同的粒级需求破碎、筛分待用将破碎、筛分好的复合砂按最大临界粒度3mm进行配料，其中复合砂75％，α-Al2O35％，氮化硼3％，金属硅粉2％，高岭土5％，结合酚醛树脂粘结剂10％，进行混料后，在模具内用150Mpa的压力成型经140℃烘干后，在1450℃条件下烧成自然冷却后得到一种赛隆和碳双相结合的刚玉氮化硼陶瓷材料和制品最终产品的主要化学成分的重量百分比如下 实施例4按55％刚玉、15％氮化硼、10％氧化锆、10％高岭土、10％的其它烧结助剂(均为重量百分比)混料，以无水乙醇为分散介质，在氧化铝球磨机中混磨11小时，出料后在金属模具内以140Mpa的压力下用机压成型，制成荒坯将压制好的荒坯置入通N2和NH3的气氛的高温炉中烧成烧成温度为1500℃，保温16小时将烧成好的复合砂按不同的粒级需求破碎、筛分待用将破碎、筛分好的复合砂按最大临界粒度3mm进行配料，其中复合砂75％，α-Al2O35％，氮化硼3％，金属硅粉2％，高岭土5％，结合沥青粘结剂10％，进行混料后，在模具内用150Mpa的压力成型经140℃烘干后，在1450℃条件下烧成自然冷却后得到一种赛隆和碳双相结合的刚玉氮化硼陶瓷材料和制品最终产品的主要化学成分的重量百分比如下 对上述实施例所得到的最终材料与原先材料进行比较试验发现，两者在热震稳定性，热变形量，高温条件下的力学性能强度以及耐熔钢侵蚀性方面都非常接近而原先材料颗粒料的硬度较高，容易在使用过程中磨损铜辊，造成铜辊损坏，影响铜辊的使用寿命或造成漏钢本发明实施例所制得的材料具有均衡的、适宜的抗耐磨性能，从而改善了氮化硼材料的高温力学性能和抗氧化性能，提高刚玉材料的抗热震性及机加工性能