[发明专利]超疏金属熔体的Si3N4-BN多孔陶瓷及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种超疏金属熔体的Si₃N₄-BN多孔陶瓷及其制备方法和用途，属于多孔陶瓷陶瓷领域。 

背景技术

Cu、Ag、Au是与人类生活密不可分的三种高熔点金属，它们在冶金行业中占有着重要的市场份额。在商业竞争日趋激烈的今天，利用高技术降低这三种金属的生产成本，成为诸多厂家向前发展的必由之路。对于熔铸Cu、Ag、Au三种高熔点金属而言，合理地选用坩埚、耐火砖和分离环是节能降耗、缩减成本的一个重要环节。而采用传统材料所制的坩埚、耐火砖等器件存在着诸多问题，如，传统的石墨坩埚易氧化、易污染金属、易与熔融的金属润湿粘结；传统的Al₂O₃坩埚亦会污染金属、与熔融的金属润湿粘结。这些缺点会导致成品率的降低、坩埚使用寿命的缩短及生产成本的提高。因此，为了尽量地降低生产成本，要求所用的坩埚、耐火砖和分离环应耐高温、抗热震、耐腐蚀、不与金属熔体润湿(与金属熔体的润湿角越大越好)，具有更长的使用寿命。氮化硅、氮化硼作为先进的陶瓷材料，具有耐高温、耐腐蚀、不与金属熔体润湿等一系列优点(G.Petzow，and M.Herrmann，“Silicon Nitride Ceramics”，Structure andBonding，2002，102，47-167.R.Haubner，M.Wilhelm，R.Weissenbacher，and B.Lux，“Boron Nitrides-properties，synthesis and applications”，Structure and Bonding，2002，102 1-45.M.G.Nicholas，D.A.Mortimer，L.M.Jones，and R.M.Crispin，“Someobservations on the wetting and bonding of nitride ceramics”，Journal of MaterialsScience，1990，25 2679-2689.)，是熔炼Cu、Ag、Au所用坩埚和耐火砖的优秀候选材料。但是，目前Si₃N₄、BN陶瓷材料仍存在以下几点不足：(1)虽然Si₃N₄陶瓷材料可耐高温，但其抗热震性较差；(2)Si₃N₄陶瓷材料硬度较大，难于加工。(3)BN陶瓷材料难烧结。(4)尽管Si₃N₄陶瓷及BN陶瓷都不与Cu熔体润湿，但Si₃N₄陶瓷与Cu熔体的润湿角仅在110～135°之间(R.Sangiorgi，R.Sangiorgi，M.L.Muolo，and A.Bellosi，“Wettability of hot-pressed silicon nitride materials by liquid copper”，Materials Science and Engineering，1988，A103277-283.)，BN陶瓷与Cu熔体的润湿角也仅为142°，均未超过150°，即未达到超疏液状态。 

Si₃N₄/BN陶瓷将Si₃N₄、BN复合在一起，克服了BN的难烧结，提高Si₃N₄的抗热震性，而且由于Si₃N₄与BN弱界面的形成，使得Si₃N₄/BN陶瓷具有了优良的可加工性能，这为制造复杂形状的耐火砖、分离环等器件提供了便利，Si₃N₄/BN陶瓷是一种很有应用潜力的新材料。但，美中不足的是，与单相的Si₃N₄陶瓷、BN陶瓷一样，Si₃N₄/BN陶瓷与金属熔体之间的润湿也未能达到超疏液状态，这就使得熔铸过程中会有少量金属残留在坩埚的内表面上，影响材料的性能，缩短坩埚的使用寿命。因此，设计一种与金属熔体之间的润湿角大于150°、呈超疏液状态的陶瓷材料具有十分重要的意义。