[发明专利]一种可机加工高强度耐火材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高温结构耐火材料领域，具体涉及一种可机加工高强度耐火材料及其制备方法。

背景技术

现代冶金等相关工业需要高温结构耐火材料具有优异的综合性能，其中尤以力学性能、抗热震性、抗氧化性以及可机加工性最为重要。六方氮化硼（h-BN）作为一种高温结构耐火材料，具有极高的熔点，良好的高温化学稳定性、抗热震性以及可机加工性，因此被广泛地应用于冶金工业中。但是，BN耐火材料的强度很低，高纯h-BN制品的抗压强度仅为50MPa，这在一定程度上限制了BN耐火材料在高温高氧环境中的应用。另外，h-BN中的 B原子与N原子通过强烈的共价键结合，其自扩散系数非常的低，且片状BN在烧结过程中时易形成卡片式搭桥结构，因此烧结h-BN制品的相对密度很难达到90%以上，这也在一定程度上降低了其力学性能，进一步限制了其应用。

目前国内外的专利主要是通过添加高强度的成分来提高BN耐火材料的力学性能，但是却在一定程度上降低了BN耐火材料的可机加工性，不利于其高温下的应用。因此，获得一种力学性能以及可机加工性均十分优异的BN耐火材料显得尤为迫切。

为获得一种力学性能以及可机加工性均十分优异的BN耐火材料，本发明选用多种添加物，在提高BN耐火材料强度的同时，保证了优异的可加工性，利用简单的生产工艺，制备出综合性能十分优异的可机加工高强度耐火材料，填补国内外在这一方面的空白。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可机加工高强度耐火材料及其制备方法。

本发明的技术方案是：

可机加工高强度耐火材料以BN为基体，ZrO_2、AlN_、Si₃N₄为添加物，按重量百分比计，其中BN为50-85%、 ZrO₂为5-30%、AlN为3-30%、Si₃N₄为2-30%，助烧剂为5%。

所述的BN的优选含量为60-85%。

ZrO₂的优选含量为10-30%。

AlN的优选含量为5-20%。

Si₃N₄的优选含量为2-20%。

可机加工高强度耐火材料的制备方法的步骤如下：

1)将重量百分比分别为50-85%的BN，5-30%的ZrO₂，3-30%的AlN，2-30%的Si₃N₄以及5%的助烧剂粉末混合得到初始粉料；

2)将初始粉料置于球磨罐中，以乙醇作为分散剂，球磨1-20小时，于烘箱中烘干；

3)将烘干的粉末过筛，于2-80MPa下静压造粒得到坯体；

4)将静压得到的坯体破碎，过30-50目筛得到粉料；

5)将粉料直接放置于石墨模具中，在通有N₂的热压炉中以10-30℃/min的升温速率升至1700-1900℃，保温10-90min，热压压力为10-50MPa，烧制成可机加工高强度耐火材料。

球磨时球料比为3-15:1。

步骤3）过筛后的BN粉末平均粒度为0.5-5μm，ZrO₂、AlN、Si₃N₄粉末平均粒度为1-10μm。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)制备出来的可机加工高强度耐火材料强度高，可用车床以及铣床精确机加工，结构均匀，整体可靠性高；

2)烧结温度低，烧结时间短，工艺简单，成本低。

具体实施方式

实施例1

1)将重量百分比分别为85%的BN，5%的ZrO₂，3%的AlN，2%的Si₃N₄粉末以及5%的助烧剂粉末均匀混合；

2)将混合粉料置于球磨罐中，以乙醇作为分散剂，球磨1小时，于烘箱中烘干，所得BN粉末平均粒度为5μm，ZrO₂、AlN、Si₃N₄粉末平均粒度为10μm；

3)将烘干的粉末过筛，于2MPa下静压造粒；

4)将静压得到的坯体破碎，过30目筛；