氮化硼基陶瓷噴嘴及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氮化硼基陶瓷噴嘴及其制備方法，以質(zhì)量份數(shù)計，原料配比為：BN：55份-65份、SiC：15份-20份、ZrO2：20份-25份、結合劑：1-7份和穩(wěn)定劑：1-10份。制備方法為：將BN、SiC、ZrO2、結合劑和穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、造粒、裝模，在溫度1750-1800℃，壓力15-20Mpa燒結后，得到氮化硼復合陶瓷坯料。本發(fā)明制備的氮化硼復合陶瓷材料，提高噴嘴的抗熱沖擊能力和韌性，減少噴口變形，提高材料的抗變形能力，致密度高，提高噴嘴的耐沖刷性能，增強材料對高溫金屬的耐腐蝕能力，減少噴嘴堵包現(xiàn)象，延長噴嘴使用壽命，保證噴帶的均勻性。
【專利說明】氮化硼基陶瓷噴嘴及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴金屬液體的噴嘴，具體涉及一種氮化硼基陶瓷噴嘴及其制備方法。
【背景技術】[0002]本發(fā)明主要用于連續(xù)制造快速凝固金屬薄帶的噴嘴。熔融狀態(tài)的合金通過噴嘴的狹縫與快速移動的冷卻基質(zhì)接觸后快速冷卻、凝固。這種直接將熔融金屬送到冷卻基質(zhì)表面并快速冷卻和凝固，連續(xù)制造快速凝固金屬薄帶材的技術，已經(jīng)廣泛的應用于生產(chǎn)非晶體合金。在使用液態(tài)金屬快速凝固方法中，通常用一個狹窄的長縫形的噴嘴，其嘴部靠近冷卻基質(zhì)，其間存在一個窄的空間間隙，其范圍大約在0.1-0.5毫米之間。噴嘴鑲嵌在噴嘴套中，當噴嘴套進入鋼液及鋼液液位建立后，熔融狀態(tài)的合金從噴嘴的狹縫中噴出，被移動的冷卻基質(zhì)以105°c /S速率冷卻凝固，從而生產(chǎn)出連續(xù)的非晶帶材。
[0003]通常，噴嘴是急冷快速凝固裝置的關鍵部件，由于非晶合金制造用的噴嘴工作條件苛刻，要求抗瞬時熱震，高速氣流沖擊，高溫熔融金屬的沖刷，化學腐蝕以及氧化，因而制作噴嘴的材料一定要兼具多種優(yōu)良的性能，以往常用的材質(zhì)為二氧化硅材質(zhì)和純氮化硼材質(zhì)噴嘴，二氧化硅材質(zhì)的噴嘴由于其硬度較高，加工性能較差，只能適用于寬度較小的窄帶材的生產(chǎn)。而純氮化硼材質(zhì)的噴嘴，加工性能很好，雖然散熱效果較好(導熱性能好)，但抗熱沖擊能力以及韌性都較弱，使用一段時間后，很快就會出現(xiàn)噴口變形、噴道被熔融液體沖擊成流溝，造成噴射體沉積在基材上的厚度不均勻。根據(jù)這一情況，我們設計由單一 BN材質(zhì)，調(diào)整到以BN為基，加入提高產(chǎn)品的增韌強度和抗熱震能力的材料進行復合，材料具有致密性高，優(yōu)異的加工性能，優(yōu)異的抗熱震性能，抗折及抗彎強度以及耐金屬腐蝕沖刷性能，可用于Fe基、FeNi基和Co基非晶軟磁合金及Ni基Cu基釬焊非晶合金等領域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是氮化硼基陶瓷噴嘴及其制備方法，解決上述問題，提高噴嘴的抗熱沖擊能力和韌性，減少噴口變形，提高材料的抗變形能力，致密度高，提高噴嘴的耐沖刷性能，增強材料對高溫金屬的耐腐蝕能力，減少噴嘴堵包現(xiàn)象，延長噴嘴使用壽命，保證噴帶的均勻性。
[0005]本發(fā)明所述的氮化硼基陶瓷噴嘴，以質(zhì)量份數(shù)計，原料配比為:BN:55份-65份、SiC: 15份-20份、ZrO2:20份-25份、結合劑:1_7份和穩(wěn)定劑:1_10份。
[0006]結合劑為A1203。
[0007]穩(wěn)定劑為Y2O3 或 CaZrO3。
[0008]Al2O3具有很強的粘結力和耐散裂性，Al2O3在高溫下形成的液相能夠有效地粘結
顆粒，克服了由于材料基體受到外力作用時晶粒表面產(chǎn)生裂紋并不斷擴展的趨勢。Al2O3與SiC表面的氧化物在高溫下反應形成硅鋁酸鹽液相，促進SiC陶瓷的燒結致密化。在高溫下，Al2O3與ZrO2還能產(chǎn)生共融現(xiàn)象，有助于ZrO2四方相的保留、抑制ZrO2晶粒的生長，提高燒結密度的均勻性，強化氧化鋯的抗彎抗折強度，充分發(fā)揮氧化鋯的增韌作用。
[0009]CaZrO3 (鋯酸鈣)具有十分優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，在還原條件下，加熱至1750°C鋯酸鈣還十分穩(wěn)定，在1500°C時與本產(chǎn)品中的Al203、Zr02等氧化物均無反應，CaZrO3的加入提高了產(chǎn)品的抗熱震性，耐燒蝕性以及力學性能。同時，CaZrO3的加入還可以有效的阻止或緩解鋼水噴射時與噴嘴接觸產(chǎn)生金屬氧化反應，提高噴帶的質(zhì)量和噴嘴的使用壽命O
[0010]氧化釔是最優(yōu)秀的陶瓷材料穩(wěn)定劑，氧化釔與材質(zhì)中的氮化硼、氧化鋯以及碳化硅都具有十分穩(wěn)定的親和力，氧化釔摻入使得本發(fā)明陶瓷材料更加具有優(yōu)良的抗熱震性能，提高材質(zhì)的抗彎強度和斷裂韌性。
[0011]所述的氮化硼基陶瓷噴嘴的制備方法，具體操作步驟如下:
[0012]將BN、SiC, ZrO2、結合劑和穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、造粒、裝模，在溫度1750_1800°C，壓力15-20Mpa燒結后，得到氮化硼復合陶瓷坯料。
[0013]燒結采用密閉式中頻感應熱壓燒結爐。使得產(chǎn)品燒結致密、結構均勻。
[0014]當爐溫升至1200°C時，開始逐步加壓，壓力控制在15_20Mpa。
[0015]燒結爐內(nèi)溫度在常溫升至1200°C之間時 ，爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。燒結爐內(nèi)溫度在常溫升至1200°C之間時，爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。因為當材料送入密閉式中頻感應熱壓燒結爐內(nèi)后，由于材料以及爐腔內(nèi)有空氣，如果不清除掉，在高溫下會與材料產(chǎn)生氧化反應，因此，當爐溫由常溫升至1200°C之間，必須保證爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。
[0016]燒結爐內(nèi)溫度升到1200°C以后，爐內(nèi)由真空狀態(tài)改為惰性氣體狀態(tài)。
[0017]當爐溫升到1200°C以后，材料膨脹速度加快，且主要原材料為氮化物，此時爐內(nèi)氣氛由真空狀態(tài)改為N2,由于N2是惰性氣體，可以起到保護爐腔及腔內(nèi)組件的作用，同時還能讓N2與氮化物材料中未反應完的金屬氧化物進一步進行氮化反應，提高材料的純度。
[0018]惰性氣體狀態(tài)為惰性氣體或N2。優(yōu)選N2。
[0019]當爐內(nèi)溫度升到1750°C -1800°C后，在 1750°C -1800°C保溫、15_20Mpa保壓 1-2 個小時。因為該產(chǎn)品基本都是由難溶材料組成，燒結胚體實際上處于固溶狀態(tài)，所以保溫保壓一段時間讓胚體受熱均勻、致密度一致，提高材料的抗折抗彎強度。
[0020]當壓力在3_5Mpa時，施加壓力。當爐內(nèi)溫度不斷升高，材料受熱膨脹，晶格不斷的被拉長，因此，當材料受熱膨脹到中期時，必須施加一定壓力，阻止材料晶格被過分拉長，否則產(chǎn)品的設計密度難以達到要求。
[0021 ] 本發(fā)明采用的真空熱壓燒結工藝。
[0022]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]本發(fā)明制備的氮化硼復合陶瓷材料，提高噴嘴的抗熱沖擊能力和韌性，減少噴口變形，提高材料的抗變形能力，致密度高，提高噴嘴的耐沖刷性能，增強材料對高溫金屬的耐腐蝕能力，減少噴嘴堵包現(xiàn)象，延長噴嘴使用壽命，保證噴帶的均勻性。
【具體實施方式】
[0024]下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的描述。
[0025]實施例1[0026] 本實施例所述的氮化硼基陶瓷噴嘴，以重量分數(shù)計，原料及其BN:65份、SiC:15份、ZrO2:20 份、Al2O3:5 份、CaZrO3:2 份和 Y2O3:5 份。
[0027]具體操作步驟如下:
[0028]將BN、SiC, ZrO2, A1203、CaZrO3和Y2O3,經(jīng)混合、造粒、裝模，煅燒溫度升為1750°C后，在1750°C保溫、16Mpa保壓燒結2小時后，得到氮化硼復合陶瓷噴嘴。
[0029]其中，燒結采用密閉式中頻感應熱壓燒結爐。
[0030]當爐溫升至1200°C時，開始逐步加壓，壓力控制在16Mpa。
[0031]燒結爐內(nèi)溫度在常溫升至1200°C之間時，爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。
[0032]燒結爐內(nèi)溫度升到1200°C以后，爐內(nèi)由真空狀態(tài)改為隊狀態(tài)。
[0033]實施例2
[0034]本實施例所述的氮化硼基陶瓷噴嘴，以重量分數(shù)計，原料及其BN:60份、SiC:18份、ZrO2:22 份、Al2O3:7 份、CaZrO3:1 份和 Y2O3:1 份。
[0035]具體操作步驟如下:
[0036]將BN、SiC, ZrO2, A1203、CaZrO3和Y2O3,經(jīng)混合、造粒、裝模，煅燒溫度升為1780°C后，在1780°C保溫ISMpa保壓燒結1.5小時后，得到氮化硼復合陶瓷噴嘴。
[0037]其中，燒結采用密閉式中頻感應熱壓燒結爐。
[0038]當爐溫升至1200°C時,開始逐步加壓,壓力控制在18Mpa。
[0039]燒結爐內(nèi)溫度在常溫升至1200°C之間時，爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。
[0040]燒結爐內(nèi)溫度升到1200°C以后，爐內(nèi)由真空狀態(tài)改為隊狀態(tài)。
[0041]實施例3
[0042]本實施例所述的氮化硼基陶瓷噴嘴，以重量分數(shù)計，原料及其BN:55份、SiC:25份、ZrO2:20 份、Al2O3:2 份、CaZrO3:7 份和 Y2O3:3 份。
[0043]具體操作步驟如下:
[0044]將BN、SiC, ZrO2, A1203、CaZrO3和Y2O3,經(jīng)混合、造粒、裝模，煅燒溫度升為1800°C后，在1800°C保溫19Mpa保壓燒結I小時后，得到氮化硼復合陶瓷噴嘴。
[0045]其中，燒結采用密閉式中頻感應熱壓燒結爐。
[0046]當爐溫升至1200°C時,開始逐步加壓,壓力控制在19Mpa。
[0047]燒結爐內(nèi)溫度在常溫升至1200°C之間時，爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。
[0048]燒結爐內(nèi)溫度升到1200°C以后，爐內(nèi)由真空狀態(tài)改為隊狀態(tài)。
【權利要求】
1.一種氮化硼復合陶瓷噴嘴，其特征在于，以質(zhì)量份數(shù)計，原料配比為:BN:55份-65份、SiC:15份-20份、ZrO2:20份-25份、結合劑:1_7份和穩(wěn)定劑:1_10份。
2.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴，其特征在于，結合劑為Al2O315
3.根據(jù)權利要求1所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴，其特征在于，穩(wěn)定劑為Y2O3和CaZr03。
4.一種權利要求1所述的所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，制備步驟如下: 將BN、SiC, ZrO2、結合劑和穩(wěn)定劑，經(jīng)混合、造粒、裝模，在溫度1750-1800 °C，壓力15-20Mpa燒結后，得到氮化硼復合陶瓷坯料。
5.根據(jù)權利要求4所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，燒結采用密閉式中頻感應熱壓燒結爐。
6.根據(jù)權利要求4所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，當爐溫升至1200°C時，開始逐步加壓，壓力控制在15-20Mpa。
7.根據(jù)權利要求4所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，燒結爐內(nèi)溫度在常溫升至1200°C之間時，爐腔內(nèi)為真空狀態(tài)。
8.根據(jù)權利要求4所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，燒結爐內(nèi)溫度升到1200°C以后，爐內(nèi)由真空狀態(tài)改為惰性氣體狀態(tài)。
9.根據(jù)權利要求4所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，惰性氣體為N2。`
10.根據(jù)權利要求4所述的氮化硼復合陶瓷噴嘴的制備方法，其特征在于，當爐內(nèi)溫度升到1750-1800°C后，在1750°C -1800°C下保溫、15_20Mpa下保壓1-2個小時。
【文檔編號】C04B35/5835GK103626498SQ201310683025
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權日:2013年12月13日
【發(fā)明者】宮伯昌, 鞏長生, 鞏曉, 任學美 申請人:山東鵬程特種陶瓷有限公司