[发明专利]氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷金属液体的喷嘴，具体涉及一种氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法。

背景技术

本发明主要用于连续制造快速凝固金属薄带的喷嘴。熔融状态的合金通过喷嘴的狭缝与快速移动的冷却基质接触后快速冷却、凝固。这种直接将熔融金属送到冷却基质表面并快速冷却和凝固，连续制造快速凝固金属薄带材的技术，已经广泛的应用于生产非晶体合金。在使用液态金属快速凝固方法中，通常用一个狭窄的长缝形的喷嘴，其嘴部靠近冷却基质，其间存在一个窄的空间间隙，其范围大约在0.1-0.5毫米之间。喷嘴镶嵌在喷嘴套中，当喷嘴套进入钢液及钢液液位建立后，熔融状态的合金从喷嘴的狭缝中喷出，被移动的冷却基质以10⁵℃/S速率冷却凝固，从而生产出连续的非晶带材。

通常，喷嘴是急冷快速凝固装置的关键部件，由于非晶合金制造用的喷嘴工作条件苛刻，要求抗瞬时热震，高速气流冲击，高温熔融金属的冲刷，化学腐蚀以及氧化，因而制作喷嘴的材料一定要兼具多种优良的性能，以往常用的材质为二氧化硅材质和纯氮化硼材质喷嘴，二氧化硅材质的喷嘴由于其硬度较高，加工性能较差，只能适用于宽度较小的窄带材的生产。而纯氮化硼材质的喷嘴，加工性能很好，虽然散热效果较好（导热性能好），但抗热冲击能力以及韧性都较弱，使用一段时间后，很快就会出现喷口变形、喷道被熔融液体冲击成流沟，造成喷射体沉积在基材上的厚度不均匀。根据这一情况，我们设计由单一BN材质，调整到以BN为基，加入提高产品的增韧强度和抗热震能力的材料进行复合，材料具有致密性高，优异的加工性能，优异的抗热震性能，抗折及抗弯强度以及耐金属腐蚀冲刷性能，可用于Fe基、FeNi基和Co基非晶软磁合金及Ni基Cu基钎焊非晶合金等领域。

发明内容

本发明的目的是氮化硼基陶瓷喷嘴及其制备方法，解决上述问题，提高喷嘴的抗热冲击能力和韧性，减少喷口变形，提高材料的抗变形能力，致密度高，提高喷嘴的耐冲刷性能，增强材料对高温金属的耐腐蚀能力，减少喷嘴堵包现象，延长喷嘴使用寿命，保证喷带的均匀性。

本发明所述的氮化硼基陶瓷喷嘴，以质量份数计，原料配比为：BN：55份-65份、SiC：15份-20份、ZrO₂：20份-25份、结合剂：1-7份和稳定剂：1-10份。

结合剂为Al₂O₃。

稳定剂为Y₂O₃或CaZrO₃。

Al₂O₃具有很强的粘结力和耐散裂性，Al₂O₃在高温下形成的液相能够有效地粘结BN，ZrO₂和SiC颗粒，克服了由于材料基体受到外力作用时晶粒表面产生裂纹并不断扩展的趋势。Al₂O₃与SiC表面的氧化物在高温下反应形成硅铝酸盐液相，促进SiC陶瓷的烧结致密化。在高温下，Al₂O₃与ZrO₂还能产生共融现象，有助于ZrO₂四方相的保留、抑制ZrO₂晶粒的生长，提高烧结密度的均匀性，强化氧化锆的抗弯抗折强度，充分发挥氧化锆的增韧作用。

CaZrO₃(锆酸钙）具有十分优良的热稳定性和化学稳定性，在还原条件下，加热至1750℃锆酸钙还十分稳定，在1500℃时与本产品中的Al₂O₃、ZrO₂等氧化物均无反应，CaZrO₃的加入提高了产品的抗热震性，耐烧蚀性以及力学性能。同时，CaZrO₃的加入还可以有效的阻止或缓解钢水喷射时与喷嘴接触产生金属氧化反应，提高喷带的质量和喷嘴的使用寿命。

氧化钇是最优秀的陶瓷材料稳定剂，氧化钇与材质中的氮化硼、氧化锆以及碳化硅都具有十分稳定的亲和力，氧化钇掺入使得本发明陶瓷材料更加具有优良的抗热震性能，提高材质的抗弯强度和断裂韧性。

所述的氮化硼基陶瓷喷嘴的制备方法，具体操作步骤如下：

将BN、SiC、ZrO₂、结合剂和稳定剂，经混合、造粒、装模，在温度1750-1800℃，压力15-20Mpa烧结后，得到氮化硼复合陶瓷坯料。

烧结采用密闭式中频感应热压烧结炉。使得产品烧结致密、结构均匀。