CN113370549A - 锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料、连续化生产方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料、连续化生产方法及装置。本发明首先配制锆酸镧前驱体溶胶，分别添加助纺剂和催化剂即可得到纺丝溶胶和气凝胶前驱体溶胶。在纺丝和连续烧结装置上进行连续化纤维制备后，纤维被送入模具型腔并合模，高压注入气凝胶前驱体溶胶，经过高温固化、干燥前处理和干燥步骤，得到锆酸镧陶瓷纤维增强的气凝胶复合材料。本发明利用耐温更好、使用温度更高的锆酸镧纤维对气凝胶进行复合增强，提高复合材料使用温度，防止高温下材料的力学性能恶化；并且纤维成纤后，经过连续化收集、热处理、自动铺放和复合气凝胶过程，提高了气凝胶复合材料成型的连续性，提高生产效率。

Description

锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料、连续化生产方法及装置
技术领域
本发明涉及一种复合材料、制备方法及连续化生产装置，具体来说涉及一种利用锆酸镧陶瓷纤维增强的气凝胶复合材料以及适宜于连续化生产的工业化装置。
背景技术
气凝胶复合材料具有超轻质、高强韧、低导热的特性，在尖端领域防隔热和工业节能降耗等都具有重要应用。在复合材料中，增强增韧纤维对材料的性能具有重要的影响：一方面通过纤维界面产生裂纹偏转、纤维拔出等吸能效应，对复合材料产生增强增韧作用；另一方面可以提高复合材料对辐射传热的抑制作用，提高复合材料高温隔热性能。传统用于增强气凝胶复合材料的陶瓷纤维包括：玻璃纤维、岩矿棉、硅酸铝纤维、石英纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维等。中国专利文件CN111703142A公开了一种高效隔热夹层结构气凝胶防热材料及其制备方法，利用氧化锆纤维毡、氧化铝纤维毡、莫来石纤维毡、石英纤维毡、硅酸铝纤维、高硅氧纤维、玄武岩纤维、玻璃纤维对气凝胶材料进行增强复合；然而这些陶瓷纤维的耐温使用极限小于1400℃，当用于复合增强气凝胶时，复合材料在高温下经受高温考核过程中，纤维的微观结构发生重大转变，力学性能急剧下降，导致复合材料性能恶化；尽管氧化锆纤维耐受温度高，但其高温条件下存在相变，需要加入稳定剂，进而影响复合材料的性能。中国专利文件CN111302827A公开了耐高温纤维增强二氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法，首先制备纤维预制体，然后通过真空浸渍的方法制备气凝胶复合材料；但是，这类过程采用真空浸渍法，生产效率低、成品率低，导致产品成本高。
同时，现有技术中气凝胶和增强纤维多为不同的材料，难以满足高温条件下的使用要求，而且气凝胶和增强纤维分散均匀性欠佳。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是气凝胶复合材料在高温下力学性能恶化，产品生产过程中的连续性差的问题，本发明提供一种锆酸镧纤维增强气凝胶复合材料、连续化的生产方法及装置。本发明的气凝胶材料和增强材料材质相同，均为锆酸镧，复合材料的热导率低、热膨胀系数低，锆酸镧纤维和气凝胶前驱体溶胶在模具中一步成型制备，得到的复合材料中气凝胶和增强材料均匀性好。
本发明的技术方案如下：
锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料，所述的复合材料为锆酸镧纤维和锆酸镧气凝胶均匀复合而成。
根据本发明，优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料常温导热系数最低可至0.021W/m·K，热面1000℃导热系数小于0.040W/m·K，热面1200℃导热系数小于0.070W/m·K。
根据本发明，优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的膨胀系数小于2.5×10-6/K。
根据本发明，优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的抗弯强度大于1MPa。
根据本发明，上述锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)将镧化合物和锆化合物加入酸式配体和溶剂，搅拌配位反应，得到锆酸镧前驱体溶胶，备用；
将锆酸镧前驱体溶胶加入催化剂，获得气凝胶前驱体溶胶，备用；
(2)在锆酸镧前驱体溶胶中加入助纺剂获得纺丝溶胶，通过成纤工艺将纺丝溶胶制成锆酸镧前驱体纤维，再经热处理后送入腔型模具中，将气凝胶前驱体溶胶注入腔型模具中，加热腔型模具，将气凝胶前驱体溶胶加热固化获得复合材料湿坯；
(3)将复合材料湿坯置于改性溶液中进行前处理，然后干燥，即得锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料。
根据本发明，步骤(1)中：
优选的，所述的镧化合物为氧化镧、碳酸镧、碱式碳酸镧、氢氧化镧、甲酸镧、醋酸镧及乙酰丙酮镧之一或其组合；
优选的，所述的锆化合物为碱式碳酸锆、氧氯化锆之一或其组合；
优选的，所述的溶剂为水、低碳醇、丙酸、氯代烷之一或其组合；进一步优选，述的低碳醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇之一或其组合；
优选的，所述的酸式配体为低碳饱或不饱和脂肪酸或其卤代酸中的之一或组合；进一步优选的，所述的低碳饱和或不饱和脂肪酸为丙烯酸、乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸或三甲基乙酸；
优选的，镧化合物、锆化合物、酸式配体的摩尔比为(1-3)：(2-4)：(5-8)；
优选的，搅拌配位反应时间为2～3小时；
优选的，搅拌配位反应温度为50～100℃；
优选的，催化剂为环氧丙烷、氨水、氢氧化钠的一种或组合，催化剂加入量为总溶液浓度的2wt％～5wt％。
根据本发明，步骤(2)中：
优选的，所述的助纺剂为聚氧化乙烯(PEO)或聚乙烯醇(PVA)，助纺剂与得到的纺丝液的质量比为(0.05～0.1):10；
优选的，所述成纤工艺为静电纺丝或离心甩丝；
优选的，热处理温度为600℃-1400℃，进一步优选800℃-1200℃；
优选的，所述的加热固化时间为12～24小时，加热固化温度为70～90℃。
根据本发明，步骤(3)中：
优选的，所述的改性溶液为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硼酸三甲酯或/和硼酸三乙酯的乙醇溶液；进一步优选的，上述物质与乙醇的体积比为1:(0.8-1.5)；
优选的，复合材料湿坯置于改性溶液中后，改性溶液液面高出复合材料湿坯高度1/3-1/2；
优选的，前处理时间为12-24小时；
优选的，干燥方式为乙醇超临界干燥、二氧化碳干燥、自然环境下蒸发干燥、烘箱中加热干燥、微波干燥的任意一种；进一步优选的，利用乙醇超临界干燥方式干燥，干燥温度为260-300℃，干燥釜压力为8-12MPa，干燥时间为2-4小时。
根据本发明，还提供锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料连续化生产装置，包括：传送带；
沿传送带行进方向，依次设置有成纤装置、辊道窑、摆锤、腔型模具、改性液槽和干燥装置；
所述的腔型模具包括相互配合的阴模和阳模，所述腔型模具上方设置有高压注塑装置。
根据本发明，优选的，所述的辊道窑设置有不同的温度区间，进一步优选的，温度区间为400-600℃、600-800℃、800-1000℃、1000-1200℃、1200-1400℃，每个温度区间长度为2米。
根据本发明，优选的，所述的腔型模具设置有加热装置。
利用上述装置，连续化生产锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料时，将纺丝溶胶通过成纤装置纺成纤维被接收于连续化运行的传送带上，被送入辊道窑中，辊道窑设置不同的温度区间，纤维穿越不同温度区间后出窑，然后通过摆锤将烧成纤维集棉成一定厚度，将堆积的纤维棉通过传送带送入腔型模具中，通过高压注塑装置将气凝胶前驱体溶胶注射进入腔型模具；通过电加热装置将腔型模具加热固化得到复合材料湿坯，取出复合材料湿坯并通过传动带送入改性溶液槽，在改性溶液槽中改性后取出，在干燥装置中干燥后，即得到锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料。
本发明未详尽说明的，均按本领域现有技术。
本发明的有益效果：
1、本发明的气凝胶材料和增强材料材质相同，均为锆酸镧，复合材料的热导率低、热膨胀系数低，利用耐温性更好、使用温度更高的锆酸镧纤维对气凝胶复合材料进行增强，提高复合材料的使用温度，防止高温下材料的力学性能急剧恶化。
2、本发明纤维成纤后，经过连续收集、热处理、自动铺放填充型腔后，通过液压合模、高压注塑过程，提高了气凝胶复合材料成型的连续性，提高生产效率。锆酸镧纤维和气凝胶前驱体溶胶在腔型模具中一步成型制备，得到的复合材料中气凝胶和增强材料均匀性好。
附图说明
图1.为本发明实施例2得到的复合材料的光学照片。
图2.为本发明实施例2得到的复合材料的扫描电镜照片。
图3.为本发明实施例3得到的锆酸镧纤维的扫描电镜照片。
图4.为本发明实施例3得到的复合材料的热导率随温度的变化曲线。
图5.为本发明实施例4得到的复合材料的热导率随温度的变化曲线。
图6.为本发明实施例4得到的复合材料在受到Z向的弯曲应力时表现出的应力-应变曲线。
图7.为本发明连续化生产装置结构示意图。
其中：1.成纤装置；2.传送带；3.辊道窑；4.摆锤；5.阴模；6.阳模；7.高压注塑装置；8.改性液槽。
具体实施方法
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。
实施例1
如图7所示，一种锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料连续化生产装置，包括：传送带2；
沿传送带2行进方向，依次设置有成纤装置1、辊道窑3、摆锤4、腔型模具、改性液槽8和干燥装置；
所述的腔型模具包括相互配合的阴模5和阳模6，所述腔型模具上方设置有高压注塑装置7；
所述的辊道窑3设置有不同的温度区间，温度区间为400-600℃、600-800℃、800-1000℃、1000-1200℃、1200-1400℃，每个温度区间长度为2米，所述的腔型模具还设置有加热装置。
实施例2：
锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)称取60g碱式碳酸镧和50g碱式碳酸锆，加入100g丙酸和200g甲醇，在60℃下搅拌反应2小时，获得锆酸镧前驱体溶胶，备用；
将锆酸镧前驱体溶胶加入催化剂，获得气凝胶前驱体溶胶，备用；所述的催化剂为环氧丙烷、氨水、氢氧化钠的一种或组合，催化剂加入量为总溶液浓度的2wt％～5wt％；
(2)在步骤(1)所述的锆酸镧前驱体溶胶中加入0.6g聚氧化乙烯PEO助纺剂获得纺丝溶胶，将纺丝溶胶转移到注射器上，以电源电压28kV，接收距离30cm，注射推进速度1mL/h的条件进行纺丝，环境条件为30℃，湿度为53％。纺成的纤维被接收于连续化运行的传送带2上，被送入辊道窑3中，辊道窑3的运行速度为3000mm/h，待烧成纤维穿越温区分别为600℃、800℃、1000℃、1200℃，每个温区长度为2米；
烧成的纤维从辊道窑3中出窑后，通过摆锤将烧成纤维集棉成一定厚度，将堆积的纤维棉通过传送带2送入腔型模具中，利用液压装置将腔型模具的阳模与阴模合模，通过高压注塑装置7将气凝胶前驱体溶胶注射进入腔型模具中，其中注射压力为2MPa，射流速度为2L/h。通过电加热装置将腔型模具加热2小时，加热温度为70℃，得到复合材料湿坯；
(3)打开腔型模具，将复合材料湿坯取出，在传动带2上被送入改性溶液槽8，其中改性溶液为硼酸三乙酯的乙醇溶液。在改性溶液槽8中改性12小时后取出；
将复合材料湿坯在乙醇超临界干燥反应釜中干燥，其中干燥条件为：干燥釜温度为270℃，干燥釜压力为8MPa，干燥时间为2小时，得到锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料。
本实施例得到的复合材料光学照片如图1所示。
本实施例得到的复合材料的扫描电子显微镜照片如图2所示。
实施例3：
锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)称取100g碱式碳酸镧和80g氧氯化锆，加入200g醋酸和200g乙醇，在80℃下搅拌反应3小时，获得锆酸镧前驱体溶胶，备用；
将锆酸镧前驱体溶胶加入催化剂，获得气凝胶前驱体溶胶，备用；所述的催化剂为环氧丙烷、氨水、氢氧化钠的一种或组合，催化剂加入量为总溶液浓度的2wt％～5wt％；
(2)在步骤(1)所述的锆酸镧前驱体溶胶中加入10g聚乙烯醇PVA助纺剂获得纺丝溶胶，将纺丝溶胶转移到甩丝盘上，甩丝盘纺丝孔径为60μm，设定甩丝盘转速9000转/分钟，进行甩丝，环境条件为20℃，湿度为25％。纺成的纤维被接收于连续化运行的传送带2上，被送入辊道窑3中，辊道窑3的运行速度为2000mm/h，待烧成纤维穿越温区分别为800℃、900℃、1100℃、1400℃，每个温区长度为2米；
烧成的纤维从辊道窑3中出窑后，通过摆锤将烧成纤维集棉成一定厚度，将堆积的纤维棉通过传送带2送入腔型模具中，利用液压装置将腔型模具的阳模与阴模合模，通过高压注塑装置7将气凝胶前驱体溶胶注射进入腔型模具中，其中注射压力为1MPa，射流速度为3L/h。通过电加热装置将腔型模具加热4小时，加热温度为70℃，得到复合材料湿坯；
(3)打开腔型模具，将复合材料湿坯取出，在传动带2上被送入改性溶液槽8，其中改性溶液为正硅酸甲酯的乙醇溶液，在改性溶液槽8中改性12小时后取出；
将复合材料湿坯在乙醇超临界干燥反应釜中干燥，其中干燥条件为：干燥釜温度为80℃，干燥釜压力为10MPa，干燥时间为6小时，得到锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料。
本实施例得到的锆酸镧纤维的扫描电子显微镜照片如图3所示。
本实施例得到的复合材料的热导率随温度的变化曲线如图4所示。由图4可知，随着温度的升高，复合材料导热系数逐步升高，热面1000℃导热系数达到0.240W/m·K。
实施例4：
锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)称取60g碱式碳酸镧和50g碱式碳酸锆，加入100g丙酸和200g甲醇，在60℃下搅拌反应2小时，获得锆酸镧前驱体溶胶，备用；
将锆酸镧前驱体溶胶加入催化剂，获得气凝胶前驱体溶胶，备用；所述的催化剂为环氧丙烷、氨水、氢氧化钠的一种或组合，催化剂加入量为总溶液浓度的2wt％～5wt％；
(2)在步骤(1)所述的锆酸镧前驱体溶胶中加入0.7g聚氧化乙烯PEO助纺剂获得纺丝溶胶，将纺丝溶胶转移到注射器上，以电源电压32kV，接收距离30cm，注射推进速度1mL/h的条件进行纺丝，环境条件为32℃，湿度为57％。纺成的纤维被接收于连续化运行的传送带2上，被送入辊道窑中，辊道窑的运行速度为3000mm/h，待烧成纤维穿越温区分别为600℃、800℃、1000℃、1200℃，每个温区长度为2米；
烧成的纤维从辊道窑3中出窑后，通过摆锤将烧成纤维集棉成一定厚度，将堆积的纤维棉通过传送带2送入腔型模具中，利用液压装置将腔型模具的阳模与阴模合模，通过高压注塑装置7将气凝胶前驱体溶胶注射进入腔型模具中，其中注射压力为2MPa，射流速度为2L/h。通过电加热装置将腔型模具加热2小时，加热温度为70℃，得到复合材料湿坯；
(3)打开腔型模具，将复合材料湿坯取出，在传动带2上被送入改性溶液槽8，其中改性溶液为正硅酸乙酯的乙醇溶液，在改性溶液槽8中改性12小时后取出；
将复合材料湿坯在乙醇超临界干燥反应釜中干燥，其中干燥条件为：干燥釜温度为270℃，干燥釜压力为8MPa，干燥时间为2小时，得到锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料。
本实施例得到的复合材料的热导率随温度的变化曲线如图5所示。由图5可知，相比实施例3，纤维体积分数提高，复合材料的导热系数显著降低，热面1000℃时，复合材料的导热系数降低至0.100W/m·K，随着复合材料中纤维体积分数的提高，复合材料的导热系数可进一步提高，获得最优的隔热性能。
本实施例得到的复合材料在受到Z向的弯曲应力时表现出的应力-应变曲线如图6所示。由图6可知，复合材料具有较大的形变能力，当应力达到1MPa时，复合材料发生脆性断裂。

Claims (10)

1.锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料，其特征在于，所述的复合材料为锆酸镧纤维和锆酸镧气凝胶均匀复合而成。
2.根据权利要求1所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料，其特征在于，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料常温导热系数最低可至0.021W/m·K，热面1000℃导热系数小于0.040W/m·K，热面1200℃导热系数小于0.070W/m·K；
优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的膨胀系数小于2.5×10-6/K；
优选的，所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的抗弯强度大于1MPa。
3.权利要求1所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)将镧化合物和锆化合物加入酸式配体和溶剂，搅拌配位反应，得到锆酸镧前驱体溶胶，备用；
将锆酸镧前驱体溶胶加入催化剂，获得气凝胶前驱体溶胶，备用；
(2)在锆酸镧前驱体溶胶中加入助纺剂获得纺丝溶胶，通过成纤工艺将纺丝溶胶制成锆酸镧前驱体纤维，再经热处理后送入腔型模具中，将气凝胶前驱体溶胶注入腔型模具中，加热腔型模具，将气凝胶前驱体溶胶加热固化获得复合材料湿坯；
(3)将复合材料湿坯置于改性溶液中进行前处理，然后干燥，即得锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料。
4.根据权利要求3所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：所述的镧化合物为氧化镧、碳酸镧、碱式碳酸镧、氢氧化镧、甲酸镧、醋酸镧及乙酰丙酮镧之一或其组合；
所述的锆化合物为碱式碳酸锆、氧氯化锆之一或其组合；
所述的溶剂为水、低碳醇、丙酸、氯代烷之一或其组合；优选的，所述的低碳醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇之一或其组合；
所述的酸式配体为低碳饱或不饱和脂肪酸或其卤代酸中的之一或组合；优选的，所述的低碳饱和或不饱和脂肪酸为丙烯酸、乙酸、丙酸、正丁酸、异丁酸或三甲基乙酸。
5.根据权利要求3所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：镧化合物、锆化合物、酸式配体的摩尔比为(1-3)：(2-4)：(5-8)；
优选的，搅拌配位反应时间为2～3小时；
优选的，搅拌配位反应温度为50～100℃；
优选的，催化剂为环氧丙烷、氨水、氢氧化钠的一种或组合，催化剂加入量为总溶液浓度的2wt％～5wt％。
6.根据权利要求3所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述的助纺剂为聚氧化乙烯或聚乙烯醇，助纺剂与得到的纺丝液的质量比为(0.05～0.1):10；
优选的，所述成纤工艺为静电纺丝或离心甩丝；
优选的，热处理温度为600℃-1400℃，进一步优选800℃-1200℃；
优选的，所述的加热固化时间为12～24小时，加热固化温度为70～90℃。
7.根据权利要求3所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料的制备方法，其特征在于，
步骤(3)中：所述的改性溶液为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、硼酸三甲酯或/和硼酸三乙酯的乙醇溶液；优选的，上述物质与乙醇的体积比为1:(0.8-1.5)；
优选的，复合材料湿坯置于改性溶液中后，改性溶液液面高出复合材料湿坯高度1/3-1/2；
优选的，前处理时间为12-24小时；
优选的，干燥方式为乙醇超临界干燥、二氧化碳干燥、自然环境下蒸发干燥、烘箱中加热干燥、微波干燥的任意一种；进一步优选的，利用乙醇超临界干燥方式干燥，干燥温度为260-300℃，干燥釜压力为8-12MPa，干燥时间为2-4小时。
8.锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料连续化生产装置，其特征在于，该装置包括：传送带；沿传送带行进方向，依次设置有成纤装置、辊道窑、摆锤、腔型模具、改性液槽和干燥装置；
所述的腔型模具包括相互配合的阴模和阳模，所述腔型模具上方设置有高压注塑装置。
9.根据权利要求8所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料连续化生产装置，其特征在于，所述的辊道窑设置有不同的温度区间；优选的，温度区间为400-600℃、600-800℃、800-1000℃、1000-1200℃、1200-1400℃，每个温度区间长度为2米。
10.根据权利要求8所述的锆酸镧纤维增强的气凝胶复合材料连续化生产装置，其特征在于，所述的腔型模具设置有加热装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115094544A (zh) * 2022-07-28 2022-09-23 中国人民解放军国防科技大学 一种锆酸镧纳米陶瓷纤维及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101792299A (zh) * 2010-01-08 2010-08-04 中国人民解放军国防科学技术大学 耐高温氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法
CN103360019A (zh) * 2013-07-18 2013-10-23 厦门大学 碳化硅纤维毡增强的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法
CN103553596A (zh) * 2013-10-29 2014-02-05 山东大学 锆酸镧陶瓷纤维的制备方法
CN105483597A (zh) * 2016-02-16 2016-04-13 哈尔滨工程大学 一种锆酸镧纤维掺杂锆酸镧的热障涂层的制备方法
CN112661482A (zh) * 2021-01-11 2021-04-16 中广核研究院有限公司 纤维复合气凝胶材料及其制备方法和应用
CN112813537A (zh) * 2021-04-08 2021-05-18 齐鲁工业大学 一种稀土锆酸盐无机纤维及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101792299A (zh) * 2010-01-08 2010-08-04 中国人民解放军国防科学技术大学 耐高温氧化铝-氧化硅气凝胶隔热复合材料的制备方法
CN103360019A (zh) * 2013-07-18 2013-10-23 厦门大学 碳化硅纤维毡增强的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法
CN103553596A (zh) * 2013-10-29 2014-02-05 山东大学 锆酸镧陶瓷纤维的制备方法
CN105483597A (zh) * 2016-02-16 2016-04-13 哈尔滨工程大学 一种锆酸镧纤维掺杂锆酸镧的热障涂层的制备方法
CN112661482A (zh) * 2021-01-11 2021-04-16 中广核研究院有限公司 纤维复合气凝胶材料及其制备方法和应用
CN112813537A (zh) * 2021-04-08 2021-05-18 齐鲁工业大学 一种稀土锆酸盐无机纤维及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115094544A (zh) * 2022-07-28 2022-09-23 中国人民解放军国防科技大学 一种锆酸镧纳米陶瓷纤维及其制备方法

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