[发明专利]陶瓷组合物

说明书

本发明涉及陶瓷组合物，该组合物对于高熔点金属如铁和钢的处理和铸造具有特殊的价值。

利用碳胶合陶瓷(亦称黑色耐火材料)制造用于处理和铸造如钢等一类熔融金属的制品是众所周知的技术。这类制品的例子是用于含熔融金属的容器如铁水包、浇口盘的浇注口和包围从一个容器流入另一容器的金属物流的护罩。这类碳胶合陶瓷由石墨、一种或数种如氧化铝、氧化镁和氧化锆的氧化物以及如酚醛树脂或沥青等一类粘接剂的混合物所组成，其中粘接剂通过分解产生碳胶合。

上述碳胶合陶瓷具有一系列缺点。其耐热冲击的能力差，并易于破裂，以致需要将诸如浇注口、护罩等一类制品用某种方法处理，使其在很快加热到较高温度时产生的热冲击降到最低的程度。这类材料亦由于其含较高的碳，主要呈石墨形态，而使其耐氧化能力低。这类材料在具体应用中还会出现另外一些缺点。例如浇注口浸入熔融金属时，其外表面易受存在于熔融金属表面的炉渣的浸蚀，当浇注铝全脱氧钢时，由于生成氧化铝而使浇注口孔腔易于堵塞。

目前已经发现，由氮化硼、二硼化锆和至少另一种耐火材料的混合物组成的碳胶合陶瓷材料是特别适用的替代材料，它可代替普通的含石墨的碳胶合陶瓷以制造处理和铸造如钢一类熔融金属的制品。

本发明的第一个特征是提供一种陶瓷组合物，它含有颗粒状的氮化硼、二硼化锆和至少另一种耐火材料组成的混合物，该组合物由有机粘接剂分解产生的碳耒胶合。

该另一种耐火材料可以是例如一种难熔金属、一种氧化物、一种碳化物、一种硼化物或一种氮化物。

该难熔金属可以是例如硼。

合适的难熔氧化物的例子包括氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化镱、氧化钙、氧化铬和氧化硅。可以采用一种以上的氧化物，而且该氧化物可以是一种混合的难熔氧化物，例如富铝红柱石。

合适的碳化物的例子包括碳化硅、碳化硼、碳化铝和碳化锆。可以采用一种以上的碳化物。

合适的硼化物的例子包括二硼化钛和六硼化钙，合适的氮化物的例子包括氮化硅、氮化铝、氮化钛、氮化锆和氮化铝-氧化铝-氧化硅陶瓷材料。可以采用一种以上的硼化物和一种以上的氮化物。

根据本发明的一个优选实施方案，该陶瓷组合物含有氮化硼、二硼化锆和氧化锆的混合物，并且该陶瓷组合物优选含5-70％(重量)，更为优选1 5-50％(重量)氮化硼、5-60％(重量)，更为优选15-50％(重量)二硼化锆和5-80％(重量)，更为优选10-60％(重量)氧化锆。

根据本发明的另一优选实施方案，该陶瓷组合物含有一种氮化硼、二硼化锆和氧化铝的混合物，并且该陶瓷组合物优选含5-70％(重量)，更为优选15-50％(重量)氮化硼、5-60％(重量)，更为优选15-50％(重量)二硼化锆、10-70％(重量)，更为优选15-60％(重量)氧化铝。

上列实施方案中，陶瓷组合物的每个组分的比例均以不考虑碳胶合的陶瓷组合物总重量的百分数计。

分解以产生胶合的有机粘接剂可以是，例如酚醛清漆或可溶酚醛树脂等一类酚醛树脂、脲醛树脂、蜜胺-甲醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或沥青。

有机粘接剂优选酚醛树脂，而且优选该树脂以液态使用。可以采用颗粒状酚醛树脂，但必须将该树脂溶解到适宜的溶剂中，例如糠醛，使树脂与其它组分混合生成陶瓷组合物。所用液态酚醛树脂的量一般为其它总组分的5-25％，优选10-15％(重量)，制成陶瓷组合物之后，该组合物一般含占陶瓷组合物的2-12％(重量)，优选5％的碳，碳由树脂分解产生。

制造本发明之陶瓷组合物，可首先混合氮化硼、二硼化锆和另一种难熔材料的颗粒，然后添加液态树脂并搅拌，直到颗粒和树脂均匀混合。混合物可能需要加热，以减少树脂的液体含量，使该混合物适于成型。然后混合物成型为予期的形状，优选采用将混合物在适宜的模具中等压加压的方法。成型后，型件在约150-300℃下加热1小时，使树脂固化和交联，再在约700-1200℃下加热，使树脂热解产生碳胶合。

虽然，本发明的陶瓷组合物可用于其它领域，例如用于熔化和处理玻璃，或用于熔化、处理和铸造熔点较低的金属如铝及其合金，但本发明的组合物特别适用于处理和铸造高熔点金属如铁或钢。