CN107903080A - 一种氧化锆‑莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化锆‑莫来石多孔陶瓷材料的制备方法，以氧化铝、锆英砂为主要原料，以氧化钇为稳定剂，以氟化铝为添加剂，采用聚氨酯泡沫浸渍和凝胶固化相结合的成型方式，通过原位合成技术制备具有针状莫来石晶须结构的氧化锆‑莫来石多孔陶瓷材料，坯体中的溶剂挥发和有机物高温分解形成多孔结构，具有孔隙率高(大于80％)、孔径分布均匀、高温力学性能和抗热冲击性优良的特点。

Description

一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法
技术领域
本发明属于无机陶瓷材料技术领域，具体涉及到一种氧化锆-莫来石多孔陶瓷材料的制备方法。
背景技术
随着国民经济的发展，工业化进程的加快，我国能源供需矛盾日益突出，环境污染问题凸现。当前，环境污染防护与治理已成为我国政府的重要抓手，也是供给侧改革的重要手段之一。因此，寻求有利于环境保护的高效洁净燃烧技术，挖掘和开发使用低品位或低热值的能源，对于我国能源结构的调整和生态环境的可持续发展具有十分迫切和重要的意义。作为一种新型的燃烧技术，多孔介质燃烧技术由于具有燃烧效率高、NOx等污染物排放含量低、温度均匀性好以及可实现低热值燃料的燃烧利用等特点，集节能、减排、环保于一身，具有广泛的市场应用前景，因而受到学术界、政府和市场的大量关注。但是，燃烧器燃烧温度高(≥1500℃)、启停温差大的特点，对用于燃烧器内芯的多孔介质陶瓷的服役性能提出了极高的要求，不然容易导致燃烧器多孔陶瓷内芯的破裂和损毁。
目前，用于燃烧器内芯的多孔陶瓷主要是以氧化铝、氧化锆或碳化硅为基体的材料制备而成。尽管氧化铝、氧化锆等材料的熔点很高，但是由于在制造过程中使用粘接剂或者低熔点助剂，或者易氧化烧损，降低了多孔陶瓷的高温耐热性，致使多孔陶瓷在一般燃烧温度范围内发生熔化，从而导致多孔陶瓷骨架软塌或分散为颗粒而失效。另外，氧化铝等材料的热膨胀系数较大，在温度急剧变化时，由于材料热应力过大而容易导致结构破坏。
针对上述多孔陶瓷材料的不足，通过对燃烧器内芯服役性能的要求分析，认为多孔陶瓷不仅要有高的开口气孔率(>80％)，还要有良好的耐高温性能和优良的抗热震性能以及一定的高温强度。在现有材料体系中，莫来石材料由于具有较低的热膨胀系数、良好的抗高温蠕变性能和热震稳定性以及化学稳定性和高温强度等，是用作燃烧器内芯的理想材料。然而，目前的莫来石质多孔陶瓷普遍存在孔结构不合理、孔隙率较低、因玻璃相较多而使用温度低以及高温强韧度较低等不足，成为制约其作为燃烧器内芯高温长时间应用的瓶颈之一。
中国专利申请CN102173857A公开了一种莫来石网状泡沫陶瓷的制备方法，它以电熔莫来石粉为主要原料，高岭土、膨润土、滑石粉作为浆料流变控制剂，硅溶胶、聚乙烯醇、糊精作为粘结剂，聚乙二醇、聚丙烯酸盐作为分散剂，水作为溶剂，经有机泡沫浸渍法成型后烧结而成。这种莫来石网状陶瓷具有开口气孔率高(70％～90％)的特点，但是强度和抗热冲击性能较差。
中国专利CN103833400B公开了一种自增强莫来石多孔陶瓷的制备方法，它以含硅铝氧化物的矿物或固体废气物、工业氧化铝及淀粉为原料，以无机铵盐为添加剂，经混合和成型后烧结而成。由于原位晶须的强韧化作用，这种莫来石多孔陶瓷具有较高强度，但气孔率较低，不足60％，而且高温下存在一定的玻璃相，高温性能较差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，以氧化铝、锆英砂为主要原料，以氧化钇为稳定剂，以氟化铝为添加剂，采用聚氨酯泡沫浸渍和凝胶固化相结合的成型方式，通过原位合成技术制备具有针状莫来石晶须结构的氧化锆-莫来石多孔陶瓷材料，坯体中的溶剂挥发和有机物高温分解形成多孔结构，具有孔隙率高(大于80％)、孔径分布均匀、高温力学性能和抗热冲击性优良的特点，以克服目前莫来石基多孔陶瓷孔结构不合理、孔隙率较低、使用温度低以及高温强韧度较低的缺点。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种氧化锆-莫来石陶瓷材料的制备方法，主要步骤如下：
(1)配料：按重量百分比计为：锆英砂45～55％、氧化铝35～45％、氧化钇1～5％、添加剂氟化铝1～10％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到复合粉体；氟化铝在步骤(6)中使用；
(2)浆料制备：按照重量百分比，有机单体丙烯酰胺9～18份、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1～2份、去离子水80～90份，配制成预混液；在100份的预混液中加入步骤(1)中所述的复合粉体50～100份，再加入0.1～1份的柠檬酸铵分散剂，高速球磨20～40小时，得到浆料；
(3)生坯制备：将步骤(2)所得浆料滤出，注入高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1～4份过硫酸铵引发剂和0.5～2份N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，常温固化成型后取出生坯；
(4)生坯干燥：将步骤(3)所得生坯置入常温控湿设备进行干燥，然后转移至烘箱保温，得到干燥后的生坯；
(5)排胶：将步骤(4)所得干燥后的生坯排胶；
(6)烧结：步骤(5)所得排胶后的坯样置入已预装有一定量氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚进行烧结，随炉冷却即可得到氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料制品。
在本发明所述制备方法中，氧化铝粉体为α-Al2O3，纯度大于99％；氧化钇粉纯度大于99％，氟化铝纯度大于98％。
在本发明所述制备方法中，锆英砂的化学组成为：ZrO2 66～67wt％、SiO2 32～33wt％、TiO2 0.1～0.15wt％、Fe2O3 0.01～0.05wt％、Al2O3 0.5～1wt％、CaO 0.01～0.03wt％。
在本发明所述制备方法中，步骤(2)中，高能球磨速度为500-750转/分。
在本发明所述制备方法中，步骤(3)中，高弹性聚氨酯泡沫为孔径为10-40PPI经碱液预处理后的高弹性聚氨酯泡沫
在本发明所述制备方法中，步骤(4)生坯干燥的具体操作为：将步骤(3)所得生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度100～90％，每小时降低5～10％至相对湿度40～50％，保持2～5小时，然后转移至烘箱升温至60～80℃，保温5～8小时，得到干燥后的生坯。
在本发明所述制备方法中，步骤(5)中，排胶温度为500℃～700℃，升温速度0.5～3℃/min，保温时间1～3小时。
在本发明所述制备方法中，步骤(6)中，烧结温度1300℃～1500℃，烧结时间1～5小时。
进一步地，本发明提供一种更为优选地氧化锆-莫来石陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
(1)配料：按重量百分比计为：锆英砂45～55％、氧化铝35～45％、氧化钇1～5％、添加剂氟化铝1～10％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到复合粉体；氟化铝在步骤(6)中使用；
(2)浆料制备：按照重量百分比，有机单体丙烯酰胺9～18份、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1～2份、去离子水80～90份，配制成预混液；在100份的预混液中加入步骤(1)中所述的复合粉体50～100份，再加入0.1～1份的柠檬酸铵分散剂，高速球磨20～40小时，得到浆料；
(3)生坯制备：将步骤(2)所得浆料滤出，注入孔径为10-40PPI经碱液预处理后的高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1～4份过硫酸铵引发剂和0.5～2份N,N,N’,N’-四甲基乙二胺催化剂，常温固化成型后取出生坯；
(4)生坯干燥：将步骤(3)所得生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度100～90％，每小时降低5～10％至相对湿度40～50％，保持2～5小时，然后转移至烘箱升温至60～80℃，保温5～8小时，得到干燥后的生坯；
(5)排胶：将步骤(4)所得干燥后的生坯在马弗炉中排胶，排胶温度为500℃～700℃，升温速度0.5～3℃/min，保温时间1～3小时，得到排胶后的坯样；
(6)烧结：将步骤(5)所得排胶后的坯样置入已预装有一定量氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚，然后置于高温炉中于1300℃～1500℃烧结1～5小时，随炉冷却即可得到制品。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明通过高纯度原料反应设计和原位复合技术，获得高熔点的莫来石和氧化锆，避免了材料中低熔点相的引入，提高了材料的耐高温性能；
(2)本发明采用高能球磨方式对原料进行混合和破碎，提高了混料的分散均匀性，同时促进了原料颗粒的细化和活化，降低了颗粒表面物质扩散势垒，有利于莫来石化温度的降低；
(3)本发明采用有机泡沫浸渍和凝胶固化相结合的成型方法，一次成型，避免了单一泡沫浸渍成型多次涂覆和生坯强度低的缺陷，提高了材料性能的稳定性和可靠性；
(4)与现有技术中将氟化铝直接添加到原料中混匀的方式相比，本发明采用原料反应体系与氟化铝分开放置的方式，避免了混匀体系中因氟化铝熔化对气孔结构和气相渗透过程不利的影响，实现气相的均匀渗透与反应扩散，利于晶须的生长。
(5)本发明原位生成的针状莫来石弥散分布在莫来石基体中，提高了多孔陶瓷的强韧性；同时，原位生成的稳定氧化锆晶粒细小、均匀分散在莫来石构成的骨架结构中，有协同补强增韧的作用，提高了多孔陶瓷的高温强度和抗热冲击性能；
(6)本发明所获得的多孔陶瓷开口气孔率高、孔径级配均匀合理、利于介质内气流的贯通与燃烧。
附图说明
图1是采用本发明制备的高气孔率陶瓷的典型显微结构图。
图2是采用本发明所制备多孔陶瓷孔筋骨架的典型显微结构图，其中，针状物为莫来石晶须，亮白色球状颗粒为ZrO2。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
下述实施例中，氧化铝粉体为α-Al2O3，纯度大于99％；氧化钇粉纯度大于99％，氟化铝纯度大于98％；锆英砂的化学组成为：ZrO2 66～67wt％、SiO2 32～33wt％、TiO20.1～0.15wt％、Fe2O3 0.01～0.05wt％、Al2O3 0.5～1wt％、CaO 0.01～0.03wt％。
下述实施例中，有机单体选用丙烯酰胺，交联剂选用N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，分散剂选用柠檬酸铵，引发剂选用过硫酸铵和催化剂选用N,N,N’,N’-四甲基乙二胺。
实施例1
一种氧化锆-莫来石陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
1、配料：按重量百分比计为：锆英砂48％、氧化铝40％、氧化钇4％、添加剂氟化铝8％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝粉体；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到混合粉体；氟化铝在步骤6中使用；
2、按照重量比有机单体：交联剂：去离子水＝9：1：90制备预混液，在重量为100份预混液中加入重量为60份步骤1的混合粉体，再加入0.5份分散剂，然后置入高能球磨机上球磨30小时，球磨转速500转/分，得到浆料；
3、将球磨后的浆料滤出，注入孔径为20PPI经15wt％NaOH溶液浸泡预处理3h后的高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1份引发剂和0.5份催化剂，常温固化成型后取出生坯；
4、成型后的生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度90％，每小时降低10％至相对湿度50％，保持3小时，然后转移至烘箱升温至60℃，保温6小时，得到干燥后的生坯；
5、将干燥后的生坯在马弗炉中排胶，排胶温度600℃，升温速度0.5℃/min，保温时间2小时，得到排胶后的坯样；
6、排胶后的坯样置入已预装有氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚，然后置于高温炉中缓慢升温至1500℃保温4小时，随炉冷却后得到具有针状莫来石晶须结构的氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料。
实施例2
一种氧化锆-莫来石陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
1、配料：按重量百分比计为：锆英砂48％、氧化铝40％、氧化钇6％、添加剂氟化铝6％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝粉体；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到混合粉体；氟化铝在步骤6中使用；
2、按照重量比有机单体：交联剂：去离子水＝9：1：90制备预混液，在重量为100份预混液中加入重量为80份步骤1的混合粉体，再加入0.5份分散剂，然后置入高能球磨机上球磨24小时，球磨转速600转/分，得到浆料；
3、将球磨后的浆料滤出，注入孔径为30PPI经15wt％NaOH溶液浸泡预处理3h后的高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1份引发剂和0.5份催化剂，常温固化成型后取出生坯；
4、成型后的生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度90％，每小时降低10％至相对湿度50％，保持3小时，然后转移至烘箱升温至80℃，保温5小时，得到干燥后的生坯；
5、将干燥后的生坯在马弗炉中排胶，排胶温度700℃，升温速度1.5℃/min，保温时间2小时，得到排胶后的坯样；
6、排胶后的坯样置入已预装有氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚，然后置于高温炉中缓慢升温至1450℃保温4小时，随炉冷却后得到具有莫来石晶须结构的氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料。
实施例3
一种氧化锆-莫来石陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：
1、配料：按重量百分比计为：锆英砂48％、氧化铝40％、氧化钇4％、添加剂氟化铝8％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝粉体；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到混合粉体；氟化铝在步骤6中使用；
2、按照重量比有机单体：交联剂：去离子水＝18：2：80制备预混液，在重量为100份预混液中加入重量为70份步骤1的混合粉体，再加入1份分散剂，然后置入高能球磨机上球磨30小时，球磨转速650转/分，得到浆料；
3、将球磨后的浆料滤出，注入孔径为10PPI经15wt％NaOH溶液浸泡预处理3h后的高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1份引发剂和0.5份催化剂，常温固化成型后取出生坯；
4、成型后的生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度90％，每小时降低5％至相对湿度45％，保持2小时，然后转移至烘箱升温至80℃，保温5小时，得到干燥后的生坯；
5、将干燥后的生坯在马弗炉中排胶，排胶温度650℃，升温速度1℃/min，保温时间2小时，得到排胶后的坯样；
6、排胶后的坯样置入已预装有氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚，然后置于高温炉中缓慢升温至1400℃保温3小时，随炉冷却后得到具有莫来石晶须结构的氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料。
上述实施例所制备的氧化锆-莫来石陶瓷材料，孔隙率在75～87％，耐压强度4～15MPa，1500℃抗热震次数大于15次，可满足燃烧器服役环境的性能要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于它以氧化铝、锆英砂为主要原料，以氧化钇为稳定剂，以氟化铝为添加剂，采用聚氨酯泡沫浸渍和凝胶固化相结合的成型方式，通过原位合成技术制备氧化锆-莫来石多孔陶瓷材料。
2.一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于它的主要步骤如下：
(1)配料：按重量百分比计为：锆英砂45～55％、氧化铝35～45％、氧化钇1～5％、添加剂氟化铝1～10％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝粉体；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到复合粉体；氟化铝粉体在步骤(6)中使用；
(2)浆料制备：按照重量百分比，有机单体丙烯酰胺9～18份、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1～2份、去离子水80～90份，配制成预混液；在100份的预混液中加入步骤(1)中所述的复合粉体50～100份，再加入0.1～1份的柠檬酸铵分散剂，高速球磨20～40小时，得到浆料；
(3)生坯制备：将步骤(2)所得浆料滤出，注入高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1～4份过硫酸铵引发剂和0.5～2份N,N,N’,N’-四甲基乙二胺催化剂，常温固化成型后取出生坯；
(4)生坯干燥：将步骤(3)所得生坯置入常温控湿设备进行干燥，然后转移至烘箱保温，得到干燥后的生坯；
(5)排胶：将步骤(4)所得干燥后的生坯排胶；
(6)烧结：步骤(5)所得排胶后的坯样置入已预装有一定量氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚进行烧结，随炉冷却即可得到氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料制品。
3.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述锆英砂的化学组成为：ZrO2 66～67wt％、SiO2 32～33wt％、TiO2 0.1～0.15wt％、Fe2O3 0.01～0.05wt％、Al2O3 0.5～1wt％、CaO 0.01～0.03wt％。
4.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述氧化铝粉体为α-Al2O3，纯度大于99％；氧化钇粉纯度大于99％，氟化铝纯度大于98％。
5.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中，高能球磨速率为500-750转/分。
6.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(3)中，高弹性聚氨酯泡沫为孔径为10-40PPI经碱液预处理后的高弹性聚氨酯泡沫。
7.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(4)生坯干燥的具体操作为：将步骤(3)所得生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度100～90％，每小时降低5～10％至相对湿度40～50％，保持2～5小时，然后转移至烘箱升温至60～80℃，保温5～8小时，得到干燥后的生坯。
8.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(5)中，排胶温度为500℃～700℃，升温速度0.5～3℃/min，保温时间1～3小时。
9.根据权利要求2所述的一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于所述步骤(6)中，烧结温度1300℃～1500℃，烧结时间1～5小时。
10.一种氧化锆-莫来石高气孔率陶瓷材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配料：按重量百分比计为：锆英砂45～55％、氧化铝35～45％、氧化钇1～5％、添加剂氟化铝1～10％，准备氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体和氟化铝；将氧化铝粉体、锆英砂粉体、氧化钇粉体按配比要求称量，混合得到复合粉体；氟化铝在步骤(6)中使用；
(2)浆料制备：按照重量百分比，有机单体丙烯酰胺9～18份、交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1～2份、去离子水80～90份，配制成预混液；在100份的预混液中加入步骤(1)中所述的复合粉体50～100份，再加入0.1～1份的柠檬酸铵分散剂，高速球磨20～40小时，得到浆料；
(3)生坯制备：将步骤(2)所得浆料滤出，注入孔径为10-40PPI经碱液预处理后的高弹性聚氨酯泡沫，充分浸渍后再加入1～4份过硫酸铵引发剂和0.5～2份N,N,N’,N’-四甲基乙二胺催化剂，常温固化成型后取出生坯；
(4)生坯干燥：将步骤(3)所得生坯置入常温控湿设备进行干燥，起始相对湿度100～90％，每小时降低5～10％至相对湿度40～50％，保持2～5小时，然后转移至烘箱升温至60～80℃，保温5～8小时，得到干燥后的生坯；
(5)排胶：将步骤(4)所得干燥后的生坯在马弗炉中排胶，排胶温度为500℃～700℃，升温速度0.5～3℃/min，保温时间1～3小时，得到排胶后的坯样；
(6)烧结：将步骤(5)所得排胶后的坯样置入已预装有一定量氟化铝粉体的坩埚并密封坩埚，然后置于高温炉中于1300℃～1500℃烧结1～5小时，随炉冷却即可得到制品。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109532189A (zh) * 2017-09-22 2019-03-29 非翌股份有限公司 触控显示面板装置的立体贴合器件
CN110483087A (zh) * 2019-09-16 2019-11-22 郑州航空工业管理学院 燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法
CN113754456A (zh) * 2021-11-09 2021-12-07 长沙中瓷新材料科技有限公司 一种莫来石基陶瓷材料及其制备方法
CN113788702A (zh) * 2021-09-26 2021-12-14 江苏华之杰环境科技有限公司 具有多形状及弧度的微通孔泡沫陶瓷吸音材料及制备方法
CN115073190A (zh) * 2022-06-23 2022-09-20 登封市宏源耐火材料有限公司 一种阳极炉出铜溜槽用铝镁锆质浇注料及其制备方法
CN116003159A (zh) * 2022-12-15 2023-04-25 西北工业大学 一种莫来石-氧化锆多孔陶瓷及其制备方法和应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0276913A2 (en) * 1987-01-27 1988-08-03 Corning Glass Works Mullite ceramic whisker composite article exhibiting high-temperature strength
CN1350996A (zh) * 2001-10-08 2002-05-29 穆柏春 一种高强度耐高温陶瓷催化净化过滤器及其生产方法
CN101066885A (zh) * 2007-05-25 2007-11-07 清华大学 利用胶态成型工艺制备轻质、高强度陶瓷材料的方法
CN101962299A (zh) * 2009-07-23 2011-02-02 宝山钢铁股份有限公司 一种多孔介质燃烧器材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0276913A2 (en) * 1987-01-27 1988-08-03 Corning Glass Works Mullite ceramic whisker composite article exhibiting high-temperature strength
CN1350996A (zh) * 2001-10-08 2002-05-29 穆柏春 一种高强度耐高温陶瓷催化净化过滤器及其生产方法
CN101066885A (zh) * 2007-05-25 2007-11-07 清华大学 利用胶态成型工艺制备轻质、高强度陶瓷材料的方法
CN101962299A (zh) * 2009-07-23 2011-02-02 宝山钢铁股份有限公司 一种多孔介质燃烧器材料及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HASSNA REHMAN RAMAY等: "Preparation of porous hydroxyapatite scaffolds by combination of the gel-casting and polymer sponge methods", 《BIOMATERIALS》 *
江伟辉等: "非水解溶胶-凝胶法制备莫来石晶须", 《无机材料学报》 *
黄丽等: "《聚合物复合材料》", 31 January 2012, 中国轻工业出版社 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109532189A (zh) * 2017-09-22 2019-03-29 非翌股份有限公司 触控显示面板装置的立体贴合器件
CN109532189B (zh) * 2017-09-22 2020-09-08 非翌股份有限公司 触控显示面板装置的立体贴合器件
CN110483087A (zh) * 2019-09-16 2019-11-22 郑州航空工业管理学院 燃气轮机涡轮叶片精密铸造用氧化铝基陶瓷型芯制造方法
CN113788702A (zh) * 2021-09-26 2021-12-14 江苏华之杰环境科技有限公司 具有多形状及弧度的微通孔泡沫陶瓷吸音材料及制备方法
CN113788702B (zh) * 2021-09-26 2022-07-19 江苏华之杰环境科技有限公司 具有多形状及弧度的微通孔泡沫陶瓷吸音材料及制备方法
CN113754456A (zh) * 2021-11-09 2021-12-07 长沙中瓷新材料科技有限公司 一种莫来石基陶瓷材料及其制备方法
CN115073190A (zh) * 2022-06-23 2022-09-20 登封市宏源耐火材料有限公司 一种阳极炉出铜溜槽用铝镁锆质浇注料及其制备方法
CN115073190B (zh) * 2022-06-23 2023-04-21 登封市宏源耐火材料有限公司 一种阳极炉出铜溜槽用铝镁锆质浇注料及其制备方法
CN116003159A (zh) * 2022-12-15 2023-04-25 西北工业大学 一种莫来石-氧化锆多孔陶瓷及其制备方法和应用
CN116003159B (zh) * 2022-12-15 2024-03-12 西北工业大学 一种莫来石-氧化锆多孔陶瓷及其制备方法和应用

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