[發(fā)明專利]一種Al－AlN－ZrO2抗熱震陶瓷材料

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710084523.9
• 申請(qǐng)日: 2007-02-12
• 公開（公告）號(hào): CN101058506A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王志發(fā);王榕林;卜景龍;賈翠;胡春方;張建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C04B35/48
• 分類號(hào): C04B35/48;C04B35/582;C04B35/46;C04B35/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬陶瓷材料領(lǐng)域，具體涉及高抗熱震氧化鋯陶瓷基復(fù)相金屬陶瓷結(jié)構(gòu)材料。

【背景技術(shù)】

目前冶金工業(yè)方坯連鑄系統(tǒng)中的鋼水中間包定徑水口材料存在著受瞬時(shí)熱沖擊作用極易發(fā)生熱震開裂剝落、水口孔徑擴(kuò)大導(dǎo)致澆鋼作業(yè)中斷甚至造成跑鋼以至于損毀連鑄關(guān)鍵設(shè)備結(jié)晶器的實(shí)際問題，而一直沒有得到很好地解決，急需研究更新材料。

鋼鐵連鑄澆鋼系統(tǒng)急需研究開發(fā)一種耐高溫、熱膨脹系數(shù)較小、高抗熱震性的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，替代現(xiàn)有的定徑水口氧化鋯材料，提高定徑水口的抗熱震性能是促進(jìn)鋼鐵連鑄領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的保證，并可以降低鋼鐵連鑄系統(tǒng)的生產(chǎn)成本，提高鋼鐵冶煉企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)也可為我國(guó)的材料科學(xué)領(lǐng)域增加一個(gè)高溫功能性的新材料。

上世紀(jì)70年代以來，世界各國(guó)陶瓷、耐火材料領(lǐng)域相繼開展了氧化鋯(ZrO₂)的穩(wěn)定劑選擇、晶型穩(wěn)定相變控制、部分穩(wěn)定氧化鋯的應(yīng)力誘導(dǎo)自身韌化、非穩(wěn)定氧化鋯增韌基體材料方面的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究。

國(guó)內(nèi)在提高ZrO₂材料抗熱震性方面的研究，是通過控制氧化鋯相變程度來實(shí)現(xiàn)韌化提高其強(qiáng)度、韌性、及抗熱震性能。相繼研究和應(yīng)用了部分穩(wěn)定氧化鋯(P-ZrO₂)材料，除了用作鋼鐵冶金連鑄系統(tǒng)中間包定徑水口高溫結(jié)構(gòu)材料，在金屬切削刀具、耐磨材料、發(fā)動(dòng)機(jī)活塞及缸體材料、防彈鎧甲材料等方面也有重要的應(yīng)用。

上世紀(jì)90年代，美國(guó)的Lanxide公司曾研制開發(fā)AlN-Al-MgO復(fù)相材料，其抗熱震性能及抗侵蝕性能優(yōu)良，較傳統(tǒng)的Al₂O₃-ZrO₂-C材料壽命提高2-3倍，其技術(shù)思路為ZrO₂定徑水口材質(zhì)的改進(jìn)提供了研究發(fā)展方向。河北理工大學(xué)材料學(xué)院與唐鋼耐火材料有限公司合作開發(fā)研究了金屬鋁-氮化鋁結(jié)合剛玉(Al-AlN-Al₂O₃)復(fù)相材料，所研制的Al-AlN-Al₂O₃滑板澆鋼使用壽命是現(xiàn)有Al₂O₃-C質(zhì)滑板的2倍。但Al₂O₃比ZrO₂的耐高溫及抗鋼液侵蝕性能低，Al-AlN-Al₂O₃復(fù)相材料難于勝任中間包定徑水口的使用性能要求。

AlN應(yīng)用于耐火材料方面的研究目前少見報(bào)道，但上述國(guó)內(nèi)外兩個(gè)成功應(yīng)用的實(shí)例表明了AlN是一種耐高溫、抗熱震性能優(yōu)異的的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料，可勝任鋼鐵冶金連鑄系統(tǒng)中間包定徑水口的工作條件。將金屬Al或金屬Al和AlN與ZrO₂混合、成型，在氮?dú)鈼l件下反應(yīng)燒成制備金屬Al-AlN結(jié)合ZrO₂復(fù)相材料，極有望獲得冶金連鑄定徑水口的更新材料。目前對(duì)該復(fù)相材料的研究，在國(guó)內(nèi)尚屬空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

一種金屬Al-AlN結(jié)合ZrO₂復(fù)相材料，其特征在于該復(fù)相材料所用原料以及原料的重量百分比為：金屬Al?4—10％；部分穩(wěn)定ZrO₂?85—92％；AlN?3—6％；助燒結(jié)劑0.5—2％。

所用原料的粒徑為：金屬Al的粒徑<0.074mm；部分穩(wěn)定ZrO2的粒徑<0.074mm；AlN的粒徑<0.074mm；助燒結(jié)劑的粒徑<0.01mm。

所用原料中的部分穩(wěn)定ZrO₂由單斜ZrO₂和立方ZrO₂構(gòu)成，二者的重量百分比為：?jiǎn)涡盳rO₂?10—40％；立方ZrO₂?60—90％。

所述的助燒結(jié)劑為SrCO₃、TiO₂或La₂O₃。

該復(fù)相材料的成型方法包括：壓力成型；等靜壓成型；熱壓鑄成型；注漿成型；滾壓成型或真空擠壓成型。

該復(fù)相材料的燒結(jié)方法包括：高溫常壓空氣燒結(jié)；熱壓燒結(jié)；高溫真空燒結(jié)或高溫氮化燒結(jié)。不同燒結(jié)方法的燒結(jié)溫度均≥1500℃。

本發(fā)明根據(jù)ZrO₂、AlN和金屬Al高溫塑性相的優(yōu)良特性，擬采用在ZrO₂材料中引入金屬Al、AlN作為結(jié)合相，制備金屬Al-AlN結(jié)合ZrO₂復(fù)相材料，獲得具有高抗熱震性、可望替代現(xiàn)有定經(jīng)水口材料的更新材料。