一种连铸水口材料 本发明属于耐火材料及其制作方法。
连铸用浸入式水口材料经历了从熔融石英到Al2O3-C及ZrO2-C的发展。在我国，目前大多采用Al2O3-C。现在国外正研制或试用ZrO2-C-ZrB2、ZrO2-SiC-C、CaO-ZrO2-C、BN-AlN-C及Sialon(赛隆)-C等材料制作连铸水口。但这些材料都程度不同的存在着外壁渣线附近抗熔渣侵蚀较差、内壁因Al脱氧形成的未熔Al2O3的粘附堵塞以及自身强度较低的不足。目前采用在水口中吹氩尽管可以减少Al2O3粘附，但吹氩波动又带来新的问题，它导致结晶器中钢坯结晶状态受到破坏。
本发明的目的是提高水口强度对薄板连铸尤其重要、改善外壁受渣液的侵蚀和不用吹氩方法避免水口内壁Al2O3的粘附堵塞。
发明人采用以O′-Sialon为基，加入3-7wt％C和不同含量的ZrO2分别制成水口内壁和外壁，可弥补现有材料之不足，实现本发明的目的。
本发明的核心内容在于：
1、以O′-Sialon为基，加入5-15wt％ZrO2和3-7wt％C作为水口内壁。由于O′-Sialon与钢液中Al2O3反应可生成液相，从而避免了Al2O3在水口内壁的粘附堵塞。但因ZrO2及被钢液润湿，故其含量不宜超过15wt％。图1和图2分别为本发明所制成试样(10wt％ZrO2、5wt％C)和以Al2O3-C所制成的试样在1600℃下，经一小时后表面粘附情况的宏观结果(图2中a为粘附层)。两者相比，前者(图1)无粘附，后者(图2)粘附显著。
2、以O′-Sialon为基，加入25-40wt％ZrO2和3-7wt％C作为水口外壁，由于表层O′-Sialon被氧化(见图3a)使ZrO2富集，在熔渣外压下形成致密的抗氧层(见图3b)，从而减缓了熔渣对外壁渣线的进一步侵蚀。图3为以O′-Sialon为基，加入30wt％ZrO2和5wt％C，在1600℃下经2小时试验后的扫描电镜照片。图中a为侵蚀的O′-Sialon层，b为富集的抗侵蚀的ZrO2致密层。此外，还因为ZrO2中固溶了保护渣中的氧化物，使四方ZrO2转变为单斜ZrO2，其抗热振性能提高，使用寿命延长。
3、本发明地制作方法是：依据相图取2-7wt％Y2O3、30-50wt％SiN4、15-20wt％ZrO2(制作水口外壁材料)或25-40wt％ZrO2(制作水口内壁材料)，经球磨混匀、压制成型，再埋入SiC粉中通N2，在1660-1700℃下经2-3小时常压(即0.101MPa)烧结即可得理想的没有抗氧化较差的β-Sialon、β′-Sialon、ZrON及ZrON等杂相的应用于水口内壁或外壁材料的O′-Sialon-ZrO2-C。
4、亦可先在常压下合成O′-Sialon粉，再加入3-7wt％C、5-15wt％或25-40wt％ZrO2，随后再经球磨、混匀、压制成型、埋入SiC粉中，在保护气氛下(如通N2或Ar等等)，经1660-1700℃，2-3小时常压烧结，同样可得到理想的用于水口内壁或外壁材料的O′-Sialon-ZrO2-C。需要指出的是，本发明的前法通N2，不单为起保护作用，因为N2与其中的SiO2产生化学作用为获得O′-Sialon所必需，面后者通N2或Ar只起保护作用。
O′-Sialon的分子式为Si2-xAlxO1+xN2-x，其中x＝0-2。
实施例见表1、2。
表1 O′-Sialon-ZrO2-C合成(方法1.wt％) 序号 ZrO2 Y2O3 SiO2 Si3N4 Al2O3 C 气氛(SiC+N2) 温度 ℃ 时间 (小时)σr(20℃) MPaσf(1400℃) 空气中 K1e MPa.m1/2 注 1 2 3 4 5.0 15.0 25.0 40.0 5.6 7.0 2.0 5.8 17.4 20.0 15.0 19.2 50.0 38.7 41.5 30.0 15.0 14.8 12.7 2.0 7.0 4.3 3.8 3.0弱还原弱还原弱还原弱还原 1690 1660 1670 1700 2.5 2.0 3.0 2.5 250 180 228 317 135 173 148 142 3.2 2.4 2.7 2.9内壁内壁外壁外壁
表2 O′-Sialon-ZrO2-C合成(方法2.Wt％) 序号 O′-Sialon ZrO2 C 气氛(SiC+N2) 温度 (℃) 时间 (小时) σf(20℃) MPaσf(400℃) 空气中 MPa KIC MPa.m1/2 注 1 2 3 4 91.0 87.0 78.0 83.0 5.0 10.0 15.0 12.0 4.0 3.0 7.0 5.0 弱还原 弱还原 弱还原 弱还原 1670 1675 1660 1700 2.5 2.6 3.0 2.0 190 208 240 210 175 168 160 156 2.8 2.6 3.0 2.7 内壁 用材 5 6 7 71.2 63.0 57.0 25.0 30.0 40.0 3.8 7.0 3.0 弱还原 弱还原 弱还原 1660 1680 1700 3.0 2.0 2.5 188 208 254 155 166 157 2.9 3.1 3.0 外壁 用材