CN111574204A - 氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其溶胶-凝胶纺丝制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其溶胶‑凝胶纺丝制备方法。所述制备方法包括：步骤(1)将线形有机硅齐聚物与铝源均匀分散在有机溶剂中，加入催化剂，反应一定时间，制备得到溶胶；步骤(2)将所述溶胶纺丝在凝固浴中，形成凝胶纤维；(3)将凝胶纤维经溶剂置换、超临界流体干燥、煅烧制备得到连续氧化铝陶瓷气凝胶纤维。本发明具有原料简便易的、工艺简单、制备周期短、成本低等特点，所制备的氧化铝气凝胶纤维直径在1～500微米，长度为100～10000米，耐温性能大于1200℃，密度为0.05～0.35g/cm3，比表面积为500～100m2/g。

Description

氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其溶胶-凝胶纺丝制备方法
技术领域
本发明属于陶瓷领域，尤其涉及一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其制备方法。
背景技术
氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主要成份的陶瓷材料，具有良好的传导性，优良的机械强度、和耐高温性能，同时具有耐磨性好、硬度大、质量轻等特点，被广泛应用在国防、航空航天、交通、石油、建筑、汽车、工业、特种设备等领域。在国民经济和日常生活中的应用也越来越广泛。从成份上分，氧化铝陶瓷分为普通型和高纯型两种：(1)普通型氧化铝陶瓷系按氧化铝含量不同分为99瓷、95瓷、90瓷、85瓷等品种，其中99氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料；95氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；85瓷中由于常掺入部分滑石，提高机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接。(2)高纯型氧化铝陶瓷为氧化铝含量在99.9％以上的陶瓷材料。从结构上分，氧化铝陶瓷又可分为体型陶瓷和陶瓷纤维。
其中，氧化铝纤维是一种新型的高性能无机纤维，具有高模量、高强度、优异的耐热和耐高温氧化等性能，常用作耐高温绝热材料和增强材料，广泛应用于军工、航空航天和民用工业等领域。溶胶-凝胶法是制备氧化铝陶瓷纤维的常用方法，制备出的纤维均匀性好，纯度高，可设计性强。溶胶-凝胶法制备氧化铝纤维一般以铝的醇盐或无机盐为原料，加入酸催化剂和水等，在一定条件下混合反应得到溶胶，经过浓缩处理达到一定粘度后成为可纺凝胶，再经过纺丝、干燥及烧结等步骤得到氧化铝纤维。烧结过程中，在较低温度段，溶剂和有机添加物等组分被去除，并伴随着较大的体积收缩和致密化；在较高温度段，纤维晶化且具有多种晶型相。尽管如此，如何制备连续的长达万米的氧化铝纤维，以及纤维直径的可控设计，稳定剂的均匀引入和分散，都是本领域面临的技术难题。此外，氧化铝陶瓷气凝胶热导率较高，达20W/mK以上，密度也高达3.6g/cm3以上。因此当氧化铝陶瓷作为功能材料(非结构材料)时，其起到的隔热和减重作用则非常薄弱。
发明内容
针对现有技术的不足和材料的局限性，本发明的主要目的在于提供一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其的溶胶-凝胶纺丝制备方法。
本发明的增益效果为：通过结构设计合成一种线形有机硅聚合物短链(齐聚物)与氧化铝纳米颗粒的溶胶，该纳米颗粒可稳定分散，且浓度可调，从而实现对目前氧化铝纤维直径大小和稳定性的调控；另一方面，将氧化铝陶瓷纤维制备成多孔气凝胶结构，在降低可接受的力学性能之内，实现氧化铝陶瓷的超轻化、超级隔热保温功能，可以将氧化铝陶瓷的应用范围从传统的结构材料扩展到功能材料领域，颠覆传统陶瓷纤维的质量和热导率上的局限。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案如下所示。
根据本公开的一个方面，一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，包括以下步骤：
(1)将线形有机硅齐聚物与铝源均匀分散在有机溶液中，加入催化剂，反应一定时间，制备得到溶胶；
(2)将所述溶胶纺丝在凝固浴中，形成凝胶纤维；
(3)将凝胶纤维经溶剂置换、超临界流体干燥，最后煅烧制备得到连续氧化铝陶瓷气凝胶纤维。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述线形有机硅齐聚物为聚二乙氧基硅氧烷，聚二甲氧基硅氧烷，聚甲基乙氧基硅氧烷，聚甲基甲氧基硅氧烷，聚已基乙氧基硅氧烷，聚已基甲氧基硅氧烷，和烷氧基硅氧烷共聚物中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述有机硅聚合物的重复单元为5-20。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述铝源包括：铝粉、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、异丙醇铝、九水硝酸铝的任意一种或两种以上的组合；和/或所述铝源与有机硅齐聚物的摩尔比大于10∶1；和/或所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇，叔丁醇，正己烷，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，丙酮，二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺；和/或所用溶剂用量为有机硅聚合物的10倍以上。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述催化剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、氨水、吡啶、三甲基氯化铵、和三乙胺中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述催化剂与有机硅齐聚物的摩尔比为0.01∶1～0.1∶1。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(1)所述反应时间为3～10小时，反应温度为室温至80℃。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(2)所述凝固浴为甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇、叔丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、甲苯、四氢呋喃、异苯甲醇和水中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述凝固浴的温度为40℃～80℃。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述溶剂置换包括：溶剂种类为甲醇、乙醇、丙酮中的任意一种；置换时间为5～12小时；置换次数为3～4次。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述凝胶纤维干燥方法为超临界流体干燥；所述超临界流体包括超临界二氧化碳、超临界甲醇、超临界乙醇；所述干燥时间为5～24小时。
根据本公开的至少一个实施方式，步骤(3)所述煅烧步骤不少于2次；和/或煅烧温度为800～1300℃；和/或煅烧时间为5～100分钟。
根据本公开的另一方面，一种如上所述方法制备的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，其特征在于：所述陶瓷纤维主要成分为氧化铝，内部均匀分散少量二氧化硅，氧化铝气凝胶纤维直径在1～500微米，长度为100～10000米，耐温性能大于1200℃，密度为0.05～0.35g/cm3，比表面积为500～100m2/g。
附图说明
图1为本发明实施列1中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；
图2为本发明实施列2中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；
图3为本发明实施例3中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；
图4为本发明实施例4中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；
图5为本发明实施例5中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；
图6为本发明实施例6中所获氧化铝陶瓷气凝胶纤维的扫描电镜图；
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。首先提供了一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维及其溶胶-凝胶纺丝制备方法。
本发明实施例的一个方面提供了一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，包括三个关键步骤：
(1)将线形有机硅齐聚物与铝源均匀分散在有机溶液中，加入催化剂，反应一定时间，制备得到溶胶；
(2)将所述溶胶纺丝在凝固浴中，形成凝胶纤维；
(3)将凝胶纤维经溶剂置换、超临界流体干燥，最后煅烧制备得到连续氧化铝陶瓷气凝胶纤维。
在一些实施例中，所述有机硅烷齐聚物包括聚二乙氧基硅氧烷，聚二甲氧基硅氧烷，聚甲基乙氧基硅氧烷，聚甲基甲氧基硅氧烷，聚已基乙氧基硅氧烷，聚已基甲氧基硅氧烷，烷氧基硅氧烷共聚物，且不限于此。
进一步地，所述有机硅聚合物的重复单元为5-20。
进一步地，所述铝源包括铝粉、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、异丙醇铝、九水硝酸铝的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述铝源与有机硅齐聚物的摩尔比大于10∶1。
进一步地，所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇，叔丁醇，正己烷，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，丙酮，二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，且不限于此。
进一步地，所述溶剂用量为有机硅聚合物的10倍以上。
作为优选的实施方案之一，所述催化剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、氨水、吡啶、三甲基氯化铵、和三乙胺中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述催化剂与有机硅齐聚物的摩尔比为0.01∶1～0.1∶1。
进一步地，所述反应时间为3～10小时。
进一步地，所述反应温度为室温至80℃。
在一些实施例中，所述凝固浴为甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇、叔丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、甲苯、四氢呋喃、异苯甲醇和水中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。
进一步地，所述凝固浴的温度为40℃～80℃。
在一些实施例中，所述溶剂置换采用的溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮，且不限于此。
进一步地，所述溶剂置换的时间为5～12小时。
进一步地，置换次数为3～4次。
进一步地，所述干燥方法为超临界流体干燥。
进一步地，所述超临界流体包括超临界二氧化碳，超临界甲醇，超临界乙醇，且不限于此。
进一步地，所述超临界干燥时间为5～24小时。
进一步地，所述煅烧步骤不少于2次。
进一步地，所述煅烧温度为800～1300℃。
进一步地，所述煅烧时间为5～100分钟。
以下通过若干实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
实施例1
(1)氧化铝陶瓷前驱体溶胶的合成：取1mol平均重复单元数为5的聚二乙氧基硅氧烷，8mol的铝粉和2mol的九水硝酸铝，分散在12mol甲醇当中，剧烈搅拌，再加入0.01mol的氢氧化钾，在室温搅拌10小时，获得前驱体溶胶，该前驱体结构示意图参见图1。
(2)纺丝：配置1L乙醇为凝固浴，加热并维持40℃，将上述前驱体溶胶纺丝到此凝固浴中并用滚筒收集，获得氧化铝凝胶纤维。
(3)溶剂置换、干燥与煅烧：将所得氧化铝凝胶纤维在甲醇中置换3次，每次置换时间为5小时，置换结束后采用超临界甲醇干燥5小时得到氧化铝气凝胶纤维，随后在800℃煅烧10分钟，再于1200℃煅烧30分钟，获得长度为10000米的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，该纤维直径约5微米，具有多孔结构，密度为0.05g/cm3，比表面积为520m2/g，其扫描电镜图参见图1。
实施例2
(1)氧化铝陶瓷前驱体溶胶的合成：取1mol平均重复单元为8的聚二甲氧基硅氧烷，10mol的氯化铝和3mol的硫酸铝，分散在15mol丁醇中，搅拌均匀后加入0.03mol的氨水，在50℃搅拌3小时，获得前驱体溶胶，该前驱体结构示意图参见图1。
(2)纺丝：配置2L正己烷为凝固浴，加热并维持50℃，将上述前驱体溶胶纺丝到此凝固浴中并用滚筒收集，获得氧化铝凝胶纤维。
(3)溶剂置换、干燥与煅烧：将所得氧化铝凝胶纤维在乙醇中置换4次，每次置换时间为12小时，置换结束后采用超临界乙醇干燥24小时得到氧化铝气凝胶纤维，随后在900℃煅烧30分钟，再于1300℃煅烧10分钟，获得长度为8000米的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，该纤维直径约45微米，具有多孔结构，密度为0.29g/cm3，比表面积为927m2/g，其扫描电镜图参见图2。
实施例3
(1)氧化铝陶瓷前驱体溶胶的合成：取1mol平均重复单元数为12的聚甲基乙氧基硅氧烷，10mol的硝酸铝和5mol的硅酸铝，分散在13mol的二甲基亚砜中，搅拌均匀后加入0.08mol的吡啶，在80℃搅拌5小时，获得前驱体溶胶，该前驱体结构示意图参见图1。
(2)纺丝：配置2L甲苯为凝固浴，加热并维持80℃，将上述前驱体溶胶纺丝到此凝固浴中并用滚筒收集，获得氧化铝凝胶纤维。
(3)溶剂置换、干燥与煅烧：将所得氧化铝凝胶纤维在丙酮中置换4次，每次置换时间为8小时，置换结束后采用超临界二氧化碳干燥14小时得到氧化铝气凝胶纤维，随后在900℃煅烧50分钟，再于1100℃煅烧100分钟，获得长度为5000米的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，该纤维直径约100微米，具有多孔结构，密度为0.346g/cm3，比表面积为765m2/g，其扫描电镜图参见图3。
实施例4
(1)氧化铝陶瓷前驱体溶胶的合成：取1mol平均重复单元为18的聚甲基甲氧基硅氧烷，10mol的硫化铝和8mol的异丙醇铝，分散在15mol N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀后加入0.1mol的尿素，在60℃搅拌5小时，获得前驱体溶胶，该前驱体结构示意图参见图1。
(2)纺丝：配置2L乙腈为凝固浴，加热并维持70℃，将上述前驱体溶胶纺丝到此凝固浴中并用滚筒收集，获得氧化铝凝胶纤维。
(3)溶剂置换、干燥与煅烧：将所得氧化铝凝胶纤维在丙酮中置换3次，每次置换时间为10小时，置换结束后采用超临界二氧化碳干燥10小时得到氧化铝气凝胶纤维，随后在1000℃煅烧20分钟，再于1200℃煅烧80分钟，获得长度为2500米的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，该纤维直径约200微米，具有多孔结构，密度为0.154g/cm3，比表面积为634m2/g，其扫描电镜图参见图4。
实施例5
(1)氧化铝陶瓷前驱体溶胶的合成：取1mol平均重复单元数为20的聚已基乙氧基硅氧烷，10mol的铝粉和3mol的异丙醇铝，分散在12mol的甲醇中，搅拌均匀后加入0.08mol的三乙胺，在30℃搅拌8小时，获得前驱体溶胶，该前驱体结构示意图参见图1。
(2)纺丝：配置2L异苯甲醇为凝固浴，加热并维持60℃，将上述前驱体溶胶纺丝到此凝固浴中并用滚筒收集，获得氧化铝凝胶纤维。
(3)溶剂置换、干燥与煅烧：将所得氧化铝凝胶纤维在甲醇中置换3次，每次置换时间为7小时，置换结束后采用超临界二氧化碳干燥9小时得到氧化铝气凝胶纤维，随后在800℃煅烧20分钟，再于1200℃煅烧30分钟，获得长度为800米的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，该纤维直径约300微米，具有多孔结构，密度为0.238g/cm3，比表面积为817m2/g，其扫描电镜图参见图5。
实施例6
(1)氧化铝陶瓷前驱体溶胶的合成：取1mol平均重复单元数为18的聚已基甲氧基硅氧烷，10mol的铝粉和5mol的九水硝酸铝，分散在14mol的叔丁醇中，搅拌均匀后加入0.05mol的氢氧化钠，在40℃搅拌10小时，获得前驱体溶胶，该前驱体结构示意图参见图1。
(2)纺丝：配置2L环己烷为凝固浴，加热并维持50℃，将上述前驱体溶胶纺丝到此凝固浴中并用滚筒收集，获得氧化铝凝胶纤维。
(3)溶剂置换、干燥与煅烧：将所得氧化铝凝胶纤维在乙醇中置换4次，每次置换时间为6小时，置换结束后采用超临界二氧化碳干燥8小时得到氧化铝气凝胶纤维，随后在900℃煅烧45分钟，再于1200℃煅烧30分钟，获得长度为200米的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，该纤维直径约500微米，具有多孔结构，密度为0.328g/cm3，比表面积为927m2/g，其扫描电镜图参见图6。
应当理解，以上所述的仅是本发明的一些实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的创造构思的前提下，还可以做出其它变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将线形有机硅齐聚物与铝源均匀分散在有机溶液中，加入催化剂，反应一定时间，制备得到溶胶；
(2)将所述溶胶纺丝在凝固浴中，形成凝胶纤维；
(3)将凝胶纤维经溶剂置换、超临界流体干燥，最后煅烧制备得到连续氧化铝陶瓷气凝胶纤维。
2.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(1)所述线形有机硅齐聚物为聚二乙氧基硅氧烷，聚二甲氧基硅氧烷，聚甲基乙氧基硅氧烷，聚甲基甲氧基硅氧烷，聚已基乙氧基硅氧烷，聚已基甲氧基硅氧烷，和烷氧基硅氧烷共聚物中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述有机硅聚合物的重复单元为5-20。
3.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(1)所述铝源包括：铝粉、氯化铝、硫酸铝、硝酸铝、硅酸铝、硫化铝、异丙醇铝、九水硝酸铝的任意一种或两种以上的组合；和/或所述铝源与有机硅齐聚物的摩尔比大于10∶1；和/或所述溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇，叔丁醇，正己烷，四氢呋喃，N-甲基吡咯烷酮，丙酮，二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺；和/或所用溶剂用量为有机硅聚合物的10倍以上。
4.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(1)所述催化剂包括：氢氧化钠、氢氧化钾、尿素、氨水、吡啶、三甲基氯化铵、和三乙胺中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述催化剂与有机硅齐聚物的摩尔比为0.01∶1～0.1∶1。
5.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(1)所述反应时间为3～10小时，反应温度为室温至80℃。
6.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(2)所述凝固浴为甲醇、乙醇、异丙醇、丙醇、丁醇、叔丁醇、正己烷、环己烷、正庚烷、乙腈、甲苯、四氢呋喃、异苯甲醇和水中的任意一种或两种以上的组合；和/或所述凝固浴的温度为40℃～80℃。
7.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(3)所述溶剂置换包括：溶剂种类为甲醇、乙醇、丙酮中的任意一种；置换时间为5～12小时；置换次数为3～4次。
8.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(3)所述凝胶纤维干燥方法为超临界流体干燥；所述超临界流体包括超临界二氧化碳、超临界甲醇、超临界乙醇；所述干燥时间为5～24小时。
9.根据权利要求1所述的氧化铝陶瓷气凝胶纤维的溶胶-凝胶纺丝制备方法，其特征在于，步骤(3)所述煅烧步骤不少于2次；和/或煅烧温度为800～1300℃；和/或煅烧时间为5～100分钟。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述方法制备的氧化铝陶瓷气凝胶纤维，其特征在于：所述陶瓷纤维主要成分为氧化铝，内部均匀分散少量二氧化硅，氧化铝气凝胶纤维直径在1～500微米，长度为100～10000米，耐温性能大于1200℃，密度为0.05～0.35g/cm3，比表面积为500～100m2/g。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113122001A (zh) * 2021-04-20 2021-07-16 浙江清优材料科技有限公司 一种耐火隔热的电芯间用有机硅泡棉及其制备方法
CN114292113A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东华大学 一种陶瓷纳米纤维低温煅烧成型装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1484980A (en) * 1974-02-08 1977-09-08 Sumitomo Chemical Co Composite material comprising reinforced aluminum or aluminum-base alloy
CN1434156A (zh) * 2002-01-21 2003-08-06 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种氧化铝－氧化硅纤维的制备方法
CN101381225A (zh) * 2008-10-10 2009-03-11 厦门大学 一种连续氧化铝基陶瓷纤维的制备方法
CN107805064A (zh) * 2017-11-01 2018-03-16 南京工业大学 一种纤维增强耐高温镁铝尖晶石气凝胶的制备方法
CN110041055A (zh) * 2019-04-24 2019-07-23 国装新材料技术(江苏)有限公司 一种氧化铝陶瓷长丝及其溶胶-凝胶纺丝制备方法
CN110711543A (zh) * 2019-11-07 2020-01-21 南京工业大学 一种纤维复合碳化硼-氧化铝气凝胶材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1484980A (en) * 1974-02-08 1977-09-08 Sumitomo Chemical Co Composite material comprising reinforced aluminum or aluminum-base alloy
CN1434156A (zh) * 2002-01-21 2003-08-06 中国科学院山西煤炭化学研究所 一种氧化铝－氧化硅纤维的制备方法
CN101381225A (zh) * 2008-10-10 2009-03-11 厦门大学 一种连续氧化铝基陶瓷纤维的制备方法
CN107805064A (zh) * 2017-11-01 2018-03-16 南京工业大学 一种纤维增强耐高温镁铝尖晶石气凝胶的制备方法
CN110041055A (zh) * 2019-04-24 2019-07-23 国装新材料技术(江苏)有限公司 一种氧化铝陶瓷长丝及其溶胶-凝胶纺丝制备方法
CN110711543A (zh) * 2019-11-07 2020-01-21 南京工业大学 一种纤维复合碳化硼-氧化铝气凝胶材料的制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113122001A (zh) * 2021-04-20 2021-07-16 浙江清优材料科技有限公司 一种耐火隔热的电芯间用有机硅泡棉及其制备方法
CN114292113A (zh) * 2021-11-19 2022-04-08 东华大学 一种陶瓷纳米纤维低温煅烧成型装置

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