氮化硼涂料及使用方法技术

本发明专利技术属于耐火材料领域，主要涉及一种氮化硼涂料及使用方法。该涂料主要用于特种耐火材料，通过附着在耐火材料表面或者渗透于耐火材料工作层，来提高耐火材料的使用性能，氮化硼粒度介于20微米至50微米之间，所述氮化硼的质量含量30%～85%，涂料中的氧化硼质量含量在2%到5%之间。本发明专利技术以大粒度氮化硼粉和氧化硼为主体，低温阶段，氧化硼熔化，形成高粘度熔体，强化氮化硼涂料的附着力，同时由于液相的存在，氧化硼也起到助烧的作用，高温时，氧化硼发生氮化反应转化成氮化硼，这种经反应生成的氮化硼具有较高的活性，可促进氮化硼涂料的烧结，由于大粒度氮化硼粉的存在，最终形成的涂层不会烧结致密，涂层烧成收缩率小，避免与基体脱离。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于耐火材料领域，主要涉及一种。该涂料主要用于特种耐火材料，通过附着在耐火材料表面或者渗透于耐火材料工作层，来提高耐火材料的使用性能，氮化硼粒度介于20微米至50微米之间，所述氮化硼的质量含量30%～85%，涂料中的氧化硼质量含量在2%到5%之间。本专利技术以大粒度氮化硼粉和氧化硼为主体，低温阶段，氧化硼熔化，形成高粘度熔体，强化氮化硼涂料的附着力，同时由于液相的存在，氧化硼也起到助烧的作用，高温时，氧化硼发生氮化反应转化成氮化硼，这种经反应生成的氮化硼具有较高的活性，可促进氮化硼涂料的烧结，由于大粒度氮化硼粉的存在，最终形成的涂层不会烧结致密，涂层烧成收缩率小，避免与基体脱离。【专利说明】
本专利技术属于耐火材料领域，主要涉及一种。
技术介绍
氮化硼(化学式:BN)无明显熔点，最高使用温度可达到2800°C，具有六方和立方两种晶体，常见的为六方晶体，六方氮化硼属于片状六方结构，它具有熔点高、线膨胀系数小、热导率大等优点，还具有抗热震性好、高温绝缘性高、高温润滑性和抗侵蚀性好等优点。近些年，一些科研工作者利用氮化硼的这些特性研制出各种氮化硼涂料，通过将氮化硼涂抹在耐火材料表面来利用氮化硼的上述优点，由于六方氮化硼也存在难于烧结的问题，一般在涂料中加入各种“易烧结体”或者使用超细微粉来实现烧结，缺点在于加入“易烧结体”易引入杂质，造成使用温度不高，如常见的氮化硼一氧化铝体系的氮化硼涂料，就是在涂料中加入一定比例的氧化铝，由于氧化铝在1600°C即可烧结，实现涂层的硬化，但由于氧化铝的耐高温性能较氮化硼低，纯氧化铝耐火材料使用温度在1800°C以下，这就决定这种涂料的使用温度不会超过2000°C ;而加入超细微粉会造成烧成收缩比大，如以5微米以下粒度的氮化硼为主体、以纳米氮化硼促烧的纯氮化硼涂料，这种涂料优点在于最终形成的氮化硼涂层中，氮化硼含量高，耐温高，缺点在于涂层致密化，烧成收缩大，如氧化锆砂砖的烧成收缩率在0.5%到1%之间，而这种易致密化的涂层烧成收缩在3%以上，如使用这种涂料涂抹在氧化锆砂砖表面，两种材质烧成收缩率差异很大，很容易造成涂层裂纹或与所涂抹的基体材料分层脱离。氧化硼(B2O3),又称三氧化二硼，硼酐等，熔点470°C，在耐火材料领域，常被用做助烧剂来使用，如在硅质干式捣打料中，引入少量的氧化硼，在颗粒与基质之间形成一个润湿带，促进烧结。在耐火材料领域，氮化硼涂料在使用时，一般是直接涂抹在耐火材料制品表面上，经干燥后直接使用，工序较简单，操作性强，缺点在于涂层没有硬化，如果使用温度低于涂料的烧结温度，会造成涂层强度不高，易粉化、脱落。
技术实现思路
为解决氮化硼涂料在使用过程中遇到的上述问题，本专利技术提出一种，该种涂料以大粒度氮化硼粉和氧化硼为主体，低温阶段，氧化硼熔化，形成高粘度熔体，强化氮化硼涂料的附着力，同时由于液相的存在，氧化硼也起到助烧的作用，高温时，氧化硼发生氮化反应转化成氮化硼，这种经反应生成的氮化硼具有较高的活性，可促进氮化硼涂料的烧结，由于大粒度氮化硼粉的存在，最终形成的涂层不会烧结致密，涂层烧成收缩率小，避免与基体脱离。本专利技术是通过以下技术方案来实现其专利技术目的的:一种氮化硼涂料，通过附着在耐火材料表面或者渗透于耐火材料工作层，来提高耐火材料的使用性能，其特征在于:所述涂料中具有氮化硼和氧化硼，所述氮化硼粒度介于20微米至50微米之间，所述氮化硼的质量含量30%~85%，所述氧化硼质量含量在2%到5%之间。所述的氮化硼为六方氮化硼。所述的氧化硼可以是直接添加的，也可以是由先加入硼酸经脱水转换形成的。本专利技术还涉及一种氮化硼涂料的使用方法，主要包括以下步骤: 1、将涂料搅拌2分钟至15分钟； 2、将涂料均匀涂抹在基体表面，或者浸入基体工作面； 3、将涂抹完毕的基体放于干燥箱，110°C干燥2小时至5小时； 4、干燥后的基体放入氨气炉，通氨气于900°C~1000°C进行氮化反应2小时至5小时； 5、通氮气保护，继续加热至1600°C，并保温3小时至5小时，氮化硼涂层烧结硬化； 6、氮气保护，根据基体材质继续加热至基体烧成温度或完成烧结。采用本涂料及使用方法，当温度超过470°C，氧化硼转化成液态，氧化硼熔体具有较高的粘度，提高氮化硼与基体材料的附着力防止脱落，氧化硼熔体存在于氮化硼周围，整个涂层及基体就处于液相一固相的烧结状态，可促进氮化硼及基体在低温段的烧结，当温度达到1000°c，氧化硼完成氮化，形成氮化硼分子，这种反应生成的氮化硼分子具有极高的活性，可以促进氮化硼在中高温阶段的烧结。 采用本涂料及使用方法，涂层经1600°C~1800°C烧成，具有一定的强度，在应用于1600°C以下的环境时，不会造成涂层的脱落，粉化；在应用于1600°C以上环境时，涂层会进一步烧结，但因大粒度氮化硼的存在而不会因烧结致密引起收缩过大。采用本种涂料及使用方法，无需将氮化硼加工成超细微粉，无需添加其他易烧结体，既能解决氮化硼难烧结的问题，又因大粒度氮化硼的存在防止涂层烧结收缩过大造成裂纹，采用本涂料及使用方法，最终经高温处理形成的涂层，不同于一般的氮化硼涂层表面致密化，本种涂层由于大粒度氮化硼的存在，氮化硼粒之间搭建一个个密闭的小空间，使整个涂层会有一定量的气孔，可有效减小热应力对涂层的损坏，并可降低涂层的导热系数，氧化硼转化成氮化硼，最终形成的涂层中氮化硼含量会达到98%以上，有效提高整个耐火材料的使用效果。【具体实施方式】结合给出的实施例，对本专利技术加以说明: 实施例1，以中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司生产的氧化锆空心球砖(ZBB-98)为基体，该空心球制品，氧化锆含量为98% (质量百分比)显气孔率为63% 1、首先将基体在110°C下干燥3小时备用； 2、配制氮化硼涂料，粒度为50微米~40微米的氮化硼占涂料质量的30%，粒度为40微米~30微米的氮化硼占涂料质量的20%,粒度为30微米~20微米的氮化硼占涂料质量的35%，氧化硼占涂料质量的2%，水占涂料质量的10%，添加剂絮凝剂聚乙烯醇1%，减水剂三聚磷酸钠1%，消泡剂异辛醇1%，搅拌15分钟备用； 3、将基体工作面向下浸泡在氮化硼涂料中2小时，涂料渗透入工作层，取出基体，将表层涂抹平整，放入烘箱110°C干燥3个小时； 4、将基体放入氨气炉，通入氨气，以5°C /min的速度升温至500°C，在500°C下保温2小时，氧化硼完全液化，继续以2°C /min的速度升温至1000°C，在1000°C下保温2小时，保证氧化硼氮化完毕，改通氮气，继续以5°C /min的速度升温至1600°C，在1600°C保温3小时，完成涂料在氧化锆空心球砖上的烧结。以此种方法制备的氧化锆空心球一氮化硼涂层复合砖，由于空心球砖显气孔率比较高，涂料很容易渗透到空心球砖内部，可以配制固含量较高的涂料，氮化硼涂料既存在于空心球砖表面，部分渗透于空心球砖工作层，在表面，氮化硼涂料起到防护作用，防止耐火材料与炉膛之间的交叉污染，在工作层内的氮化硼成为表层工作层的氮化硼在空心球砖上的“根”，牢牢将表层氮化硼固定在一起，防止剥落。实施例2，以中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司生产的氧化锆砖(ZB-98)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化硼涂料，该涂料主要用于特种耐火材料，通过附着在耐火材料表面或者渗透于耐火材料工作层，来提高耐火材料的使用性能，其特征在于：所述涂料中具有氮化硼和氧化硼，所述氮化硼粒度介于20微米至50微米之间，所述氮化硼的质量含量30%～85%，所述氧化硼质量含量在2%到5%之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：闫双志，孙红刚，李鹏涛，谭清华，胡飘，王刚，施飞，方旭，
申请(专利权)人：中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41