[其他]赛隆-氮化硼纤维复合材料及其制造方法

说明书

本发明属无机非金属材料科学，高温工程陶瓷领域。赛隆材料是一种机械强度高、硬度大、耐高温、抗侵蚀等项性能。但脆性材料的特点限制了它的工程应用。本发明以赛隆陶瓷为基体与氮化硼纤维复合，经高温加压而制成陶瓷－－纤维复合材料，该材料改善了赛隆陶瓷材料的脆性，大大提高了材料的的抗热震性，用该材料制备出的水平连铸用分离环，具有耐高温、抗热震、耐钢水侵蚀，与钢水浸润性差等优良性能，可用于１５００℃～１６００℃高温下的碳钢、低合金钢及不锈钢的水平连铸。

本发明属无机非金属材料科学，高温工程陶瓷领域。

赛隆（Sialon）陶瓷是在70年代发现的具有强度高、硬度大耐高温、抗侵蚀的新型高温工程陶瓷材料。国外对此材料主要进行了大量理论研究工作。并偏重于材料结晶化学及相图的研究。具体应用如英国鲁卡司（Lucas）公司的赛隆（Syalon）陶瓷车刀。但限于陶瓷材料的脆性和较差的抗热震性，尚未开发更重量的工程应用。

赛隆（Sialon）-氮化硼纤维复合材料是以赛隆陶瓷作为基体材料，并与短切无规则氮化硼纤维混合，经一定复合工艺制备而成的陶瓷基纤维复合材料。该材料具有比赛隆材料更好的抗热震性和抗钢水侵蚀性，可制备成水平连铸用分离环，用于1500～1600℃高温下的不锈钢低合金钢及碳钢的水平连铸。

水平连续铸钢工艺具有设备工艺简单、铸坯质量好，节约能源等许多优点，近年来在国外得到了广泛的重视和研究。国内也开始对此项技术进行开发研究。但限于分离环和其它一些技术问题没能很好解决，限制了水平连铸工艺在铸钢工业中的推广应用。

分离环是水平连铸装备的技术关键之一，它位于中间包和结晶器的接合处，工作中处于剧烈的热冲击、热应力和钢水不断侵蚀的使用环境之下。一般耐火材料难于满足它的要求。分离环的性能和寿命在很大程度上决定着铸出钢坯的质量和生产效率。

目前国际上主要采用氮化硅、氮化硅加氮化硼、热压氮化硼等材料作为分离环材质。

本发明的目的是为了改善赛隆陶瓷的脆性，提高材料的抗热震性、抗钢水侵蚀性及其它高温使用性能。本发明采用在赛隆陶瓷中加入高热导氮化硼纤维的方法，制备出赛隆基纤维复合材料，利用纤维复合材料改性的特有机制，有效地提高了材料的抗热震性及抗钢水侵蚀性。

利用本发明的复合材料制备水平连铸用分离环，具有抗热震性好，耐1500～1600℃高温，能承受1600℃～1500℃巨大温差所产生的热应力、耐碳钢、低合金钢及不锈钢等钢种的侵蚀。能满足多钢种的水平连铸工艺要求。

本发明的详细说明是：

使用微细氮化硅粉末（平均粒径小于5微米，α相大于90%），作基体粉末原料，使用微细氧化铝粉末，镁铝尖晶石粉末，氧化锆粉末等作为添加剂（平均粒径小于3微米）。按照氮化硅粉末60～95重量%，添加剂5～40重量%的配比配料，以无水乙醇为介质在氧化铝球磨中用氧化铝球混磨5～20小时，干燥后，再以有机溶剂（如甲基纤维素的水溶液）为分散介质，混入5～30体积%的氮化硼纤维（直径为1～20微米，长度小于10毫米），干燥后，成为复合材料配合料。

将上述配合料，装入石墨坩埚，使用热压电炉，在非氧化氧气保护下，加热到1600～1850℃，保温15～90分钟，同时施加100～400kg/cm²的压力，热压成为赛隆-氮化硼纤维复合材料。

利用本发明可制备水平连铸用分离环及其它高温工程部件。

实施例一：

按照90重量%氮化硅粉末（平均粒径为5微米，α相92%）和10重量%氧化铝粉末（平均粒径为2微米）的配比配料。以无水乙醇为介质，在氧化铝球磨中用氧化铝球混磨15小时，放入烘箱中烘干后，再以甲基纤维素水溶液为分散剂，用搅拌机将10体积%的氮化硼纤维（平均直径8微米，长度5毫米）与粉末原料混合均匀。烘干后，装入石墨坩埚中，在热压电炉中，通入氮气作为保护氧气，加热到1750℃，保温1小时，同时对样品施加300kg/cm²的压力。热压成为赛隆-氮化硼纤维复合材料制品。用此工艺制备的分离环，能适应水平连铸工艺中对分离环耐高温、抗热震、耐侵蚀等项要求。

实施例二：

使用实施例一同样的工艺条件，仅改变原料配比为：80重量%氮化硅粉，20重量%氧化铝，20体积%的氮化硼纤维。经热压制备出的赛隆-氮化硼纤维复合材料分离环。其抗热震性、耐钢水侵蚀性均比实施一的材料有进一步提高。