CN117229079B - 一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料及其制备方法，该浇注料由包括如下重量份数的原料制备得到：憎水珍珠岩20‑35份，CA70铝酸盐水泥20‑30份，页岩陶粒5‑15份，纳米级稀土材料5‑10份，粉煤灰5‑10份，硅微粉3‑6份，三聚磷酸钠0.5‑1份，六偏磷酸钠1‑3份，防爆纤维0.1‑0.4份，分散剂0.2‑0.5份，水20‑35份；其中，憎水珍珠岩为由憎水溶液处理珍珠岩后使其表面带有憎水基团，憎水溶液中含有棒状稀土纳米材料。本发明所制备的浇注料在拥有极低的体积密度和热导率的同时，也拥有足够高的力学性能，其抗压强度可达8MPa。
Description
技术领域
本发明涉及耐火材料领域，尤其是涉及一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料及其制备方法。
背景技术
高温工业窑炉是高耗能行业中最重要的热工设备之一，在冶金、陶瓷以及化工等热加工过程中，我国工业窑炉的能耗约占行业总能耗的40~70%，相比于美日等发达国家在工业窑炉方面的能耗要高出30~80%，分析其原因为我国工业窑炉的热效率较低，大多数情况下其能源利用率不到30%，因此针对工业窑炉的节能材料和节能技术展开相关研究显得越来越迫切和重要。
一般来说，工业窑炉的热损耗主要集中在窑炉烟气带走的热量以及炉墙和炉顶散热带走的热量等方面，因此工业窑炉节能降耗措施也针对这两个方面展开。其中，降低排烟温度的主要途径是高效的烟气换热，例如采用蓄热体的间歇式高温空气燃烧技术等，具有良好的效果；而降低散热损耗的主要技术是采用低体积密度、低导热率的材料（如纤维、轻质砖和空心球砖等）替代高密度、高导热率的窑炉炉墙材料。
耐火材料通常是指能够耐高温的无机材料，它是工业窑炉、燃烧室以及其它耐高温设备的建筑材料。根据傅立叶定律内容，在热传导过程中，单位时间内通过给定截面的热量正比于垂直于该截面方向上的温度变化率和截面面积。由此可以推导得出，工业窑炉的散热损失与炉衬耐高温材料的热导率成正比，因此降低窑炉炉衬耐高温材料的热导率是减少工业窑炉的散热损失有效手段之一。
浇注料是一种由耐火物质混合制成的粒状和粉状材料，向其中加入一定量的结合剂和水，搅拌均匀后，以浇注的方式施工，一般无需加热即可硬化。在使用现场可以以浇注、震动的方法浇筑成型，也可以制成预制件使用。
耐火浇注料一般多用于高炉炉体修补，当高炉的重质耐火砖或轻质保温砖发生坍塌时，可使用耐火浇注料在坍塌的位置进行浇注修补。耐火浇注料也可直接作为高炉炉体的建材使用。耐火浇注料的热导率高低，直接决定着高炉的节能性和经济性。而现有的轻质保温浇注料，其热导率不够低，只能达到0.4W·m-1·K-1，体积密度一般在1g·cm-3以上。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料及其制备方法，该浇注料热导率可低至0.1W·m-1·K-1，体积密度可达0.5g·cm-3以下，且浇注料内部为轻质多孔结构，同时其抗压强度可达8Mpa。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料，该浇注料由包括如下重量份数的原料制备得到：憎水珍珠岩20-35份，CA70铝酸盐水泥20-30份，页岩陶粒5-15份，纳米级稀土材料5-10份，粉煤灰5-10份，硅微粉3-6份，三聚磷酸钠0.5-1份，六偏磷酸钠1-3份，防爆纤维0.1-0.4份，分散剂0.2-0.5份，水20-35份；
其中，憎水珍珠岩为由憎水溶液处理珍珠岩后使其表面带有憎水基团，憎水溶液中含有棒状稀土纳米材料。
进一步，憎水珍珠岩的制备方法为：在常温下，将珍珠岩浸渍于憎水溶液中48-72h，过滤后，再于110-150℃烘干48-72h。
进一步，憎水溶液中包括如下重量份数的原料：棒状稀土纳米材料5-10份，水玻璃10-20份，硬脂酸5-15份，液体石蜡5-15份，聚醋酸乙烯乳液15-30份，苯丙乳液10-20份，有机硅乳液15-30份。
进一步，棒状稀土纳米材料的制备方法为：
1）将稀土原料溶于水中，制成质量浓度5%-15%的水溶液，搅拌状态下快速向其中加入质量浓度10%-20%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，加入过程应在1-2秒内完成；
2）再继续搅拌1-2h，将溶液转移至高压反应釜内，密封，升温至180℃-220℃反应2-3h；
3）冷却后经过滤、洗涤、烘干，再将所得固体粉末在300-400℃下煅烧2-3h，即得棒状稀土纳米材料。
进一步，棒状稀土纳米材料的长度为20-100nm，横截面直径4-6nm。
进一步，所述稀土原料为氯化镧和/或氯化铈。
进一步，所述憎水珍珠岩粒径为150-250目，所述页岩陶粒粒径小于3mm。
进一步，纳米级稀土材料的制备方法为：
（1）以抛光粉废料为原料，过100目筛后，用质量浓度为5%-10%的烧碱溶液浸泡，加热至80-90℃，200-300r/min的搅拌速度下搅拌2-3h；
（2）用水洗3次后，转移至卧式砂磨机中，以粒径1mm的氧化锆珠为研磨球，以水为研磨介质，加入待研磨物质和研磨介质总质量的5%-10%的分散剂，在2000-2500r/min的转速下连续研磨48h以上；其中分散剂可以为三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、羧甲基纤维素中的一种或多种；
（3）再经3次水洗、干燥、破碎、研磨得到的粉状稀土纳米材料，材料粒径D50为52-68nm，D90为97-113nm。
进一步，分散剂为木质素磺酸钠、聚羧酸、萘磺酸钠、氨基磺酸钠中的一种或多种。
本发明还提供了如上述所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料的制备方法，将配方中各原料先在干燥状态下混合均匀，再加入水，充分混合均匀后，浇注成型，常温放置24-48h，110-150℃烘干12-24h，再于750-800℃煅烧3-5h，即得到稀土纳米材料改性超轻质浇注料。
相对于现有技术，本发明所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料及其制备方法具有以下优势：
（1）本发明所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料的热导率可低至0.1W·m-1·K-1，体积密度可达0.5g·cm-3以下，在拥有极低的体积密度和热导率的同时，也拥有足够高的力学性能，其抗压强度可达8MPa。
（2）本发明所述的憎水珍珠岩是将珍珠岩经过憎水处理后，其吸水率大大降低，可有效减少浇注用水量，从而有效提高浇注料的力学性能，并降低烘干时间。而且，憎水溶液中添加了棒状稀土纳米材料，棒状稀土纳米材料能够吸附在多孔的珍珠岩表面，形成纳米簇，进一步有效降低珍珠岩的吸水率，提高珍珠岩的憎水性。
（3）本发明所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料中采用了纳米级稀土材料，其粒径达到纳米级，表面有非常高的反应活性，且能非常均匀分散在浇注料体系中。同时在高温下，纳米级的稀土材料能起到助熔作用，促进浇注料中的其他组分熔融反应，形成釉制表面的封闭气孔，从而增加浇注料内部孔隙率，有效降低热导率。
（4）本发明所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料所使用的原料中抛光粉废料和粉煤灰均为工业废物，将这些工业废物经过适当处理，应用于保温层浇注料中，可有效降低热导率，使工业窑炉更加节能，降低生产成本。同时，将这些工业废物进行回收利用，可大幅减少环境污染。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料，该浇注料由包括如下重量份数的原料制备得到：憎水珍珠岩35份，CA70铝酸盐水泥30份，页岩陶粒10份，纳米级稀土材料10份（D50为58nm，D90为105nm），粉煤灰6.5份，硅微粉6份，三聚磷酸钠0.5份，六偏磷酸钠1.5份，防爆纤维0.2份，分散剂聚羧酸0.3份，水30份；
其中，憎水珍珠岩的制备方法如下：
A、制备棒状稀土纳米材料
1）将稀土原料氯化铈溶于水中，制成质量浓度10%的水溶液，搅拌状态下快速向其中加入浓度20%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，加入过程应在2秒内完成；
2）再继续搅拌1.5h，将溶液转移至高压反应釜内，密封，升温至180℃反应3h；
3）冷却后经过滤、洗涤、烘干，再将所得固体粉末在300℃下煅烧3h，即得棒状稀土纳米材料。
4）得到的棒状稀土纳米材料的长度为20-100nm，横截面直径4-6nm。
B、制备憎水溶液
憎水溶液中包括如下重量份数的原料：棒状稀土纳米材料10份，水玻璃15份，硬脂酸10份，液体石蜡10份，聚醋酸乙烯乳液20份，苯丙乳液15份，有机硅乳液20份；
按上面所述含量先称取聚醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、有机硅乳液，将三者混合，在600r/min的高速搅拌下逐次加入硬脂酸、液体石蜡、水玻璃，每种物质加入时间相隔0.5h，最后加入棒状稀土纳米材料，再搅拌1h。
C、在常温下，将珍珠岩浸渍于憎水溶液中48h，过滤后，再于110℃烘干48h，得到憎水珍珠岩。
所使用的憎水珍珠岩粒径为150-250目，页岩陶粒粒径小于3mm。
纳米级稀土材料的制备方法如下：
（1）以稀土抛光粉废料为原料，过100目筛后，用10%的烧碱溶液浸泡，加热至80℃，200r/min的搅拌速度下搅拌2h；
（2）用水洗3次后，转移至卧式砂磨机中，以粒径1mm的氧化锆珠为研磨球，以水为研磨介质，加入5%%的分散剂六偏磷酸钠，在2000r/min的转速下连续研磨48h以上；
（3）再经3次水洗、干燥、破碎、研磨得到的粉状纳米级稀土材料，材料粒径D50为58nm，D90为105nm。
上述所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料的制备方法如下：
按上述比例称取各原料，在干燥状态下，混合均匀，加入30份水，充分混合均匀后，浇注成型，常温放置24h，110℃烘干24h，再于800℃煅烧3h，即得到稀土纳米材料改性超轻质浇注料。
该浇注料体积密度0.5g·cm-3，热导率0.1W·m-1·K-1，抗压强度8MPa。
实施例2
一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料，该浇注料由包括如下重量份数的原料制备得到：憎水珍珠岩32份，CA70铝酸盐水泥28份，页岩陶粒15份，纳米级稀土材料9份（D50为60nm，D90为109nm），粉煤灰7.5份，硅微粉5份，三聚磷酸钠1份，六偏磷酸钠2份，防爆纤维0.3份，分散剂萘磺酸钠0.2份，水28份。
其中，憎水珍珠岩的制备方法如下：
A、制备棒状稀土纳米材料
1）将氯化铈溶于水中，制成质量浓度12%的水溶液，搅拌状态下快速向其中加入浓度15%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，加入过程应在1秒内完成；
2）再继续搅拌2h，将溶液转移至高压反应釜内，密封，升温至200℃反应2.5h；
3）冷却后经过滤、洗涤、烘干，再将所得固体粉末在350℃下煅烧2.5h，即得棒状稀土纳米材料。
4）得到的棒状稀土纳米材料的长度为20-100nm，横截面直径4-6nm。
B、制备憎水溶液
憎水溶液中包括如下重量份数的原料：棒状稀土纳米材料8份，水玻璃17份，硬脂酸5份，液体石蜡15份，聚醋酸乙烯乳液15份，苯丙乳液10份，有机硅乳液30份；
憎水溶液制备方法：按上面所述含量先称取聚醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、有机硅乳液，将三者混合，在600r/min的高速搅拌下逐次加入硬脂酸、液体石蜡、水玻璃，每种物质加入时间相隔0.5h，最后加入棒状稀土纳米材料，再搅拌1h。
C、在常温下，将珍珠岩浸渍于憎水溶液中60h，过滤后，再于120℃烘干60h，得到憎水珍珠岩。
所使用的憎水珍珠岩粒径为150-250目，页岩陶粒粒径为小于3mm。
纳米级稀土材料的制备方法如下：
（1）以稀土抛光粉废料为原料，过100目筛后，用8%的烧碱溶液浸泡，加热至85℃，240r/min的搅拌速度下搅拌2.5h；
（2）用水洗3次后，转移至卧式砂磨机中，以粒径1mm的氧化锆珠为研磨球，以水为研磨介质，加入8%的三聚磷酸钠，在2200r/min的转速下连续研磨48h以上；
（3）再经3次水洗、干燥、破碎、研磨得到的粉状纳米级稀土材料，材料粒径D50为60nm，D90为109nm。
上述所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料的制备方法如下：
按上述比例称取各原料，在干燥状态下，混合均匀，加入28份水，充分混合均匀后，浇注成型，常温放置36h，120℃烘干36h，再于780℃煅烧2.5h，即得到稀土纳米材料改性超轻质浇注料。
该浇注料体积密度0.49g·cm-3，热导率0.1W·m-1·K-1，抗压强度8.1MPa。
实施例3
一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料，该浇注料由包括如下重量份数的原料制备得到：憎水珍珠岩33份，CA70铝酸盐水泥27份，页岩陶粒14份，纳米级稀土材料10份（D50为62nm，D90为99nm），粉煤灰8份，硅微粉3.6份，三聚磷酸钠0.5份，六偏磷酸钠3份，防爆纤维0.4份，分散剂氨基磺酸钠0.5份，水27份。
其中，憎水珍珠岩的制备方法如下：
A、制备棒状稀土纳米材料
1）将氯化镧溶于水中，制成质量浓度9%的水溶液，搅拌状态下快速向其中加入浓度18%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，加入过程应在1.5秒内完成；
2）再继续搅拌1.5h，将溶液转移至高压反应釜内，密封，升温至220℃反应2h；
3）冷却后经过滤、洗涤、烘干，再将所得固体粉末在400℃下煅烧2h，即得棒状稀土纳米材料。
4）得到的棒状稀土纳米材料的长度为20-100nm，横截面直径4-6nm。
B、制备憎水溶液
憎水溶液中包括如下重量份数的原料：棒状稀土纳米材料9份，水玻璃16份，硬脂酸15份，液体石蜡5份，聚醋酸乙烯乳液25份，苯丙乳液15份，有机硅乳液15份；
憎水溶液制备方法：按上面所述含量先称取聚醋酸乙烯乳液、苯丙乳液、有机硅乳液，将三者混合，在600r/min的高速搅拌下逐次加入硬脂酸、液体石蜡、水玻璃，每种物质加入时间相隔0.5h，最后加入棒状稀土纳米材料，再搅拌1h。
C、在常温下，将珍珠岩浸渍于憎水溶液中72h，过滤后，再于140℃烘干72h，得到憎水珍珠岩。
所使用的憎水珍珠岩粒径为150-250目，页岩陶粒粒径小于3mm。
纳米级稀土材料的制备方法如下：
（1）以稀土抛光粉废料为原料，过100目筛后，用7%的烧碱溶液浸泡，加热至90℃，200r/min的搅拌速度下搅拌3h；
（2）用水洗3次后，转移至卧式砂磨机中，以粒径1mm的氧化锆珠为研磨球，以水为研磨介质，加入7%的聚乙烯吡咯烷酮，在2400r/min的转速下连续研磨48h以上；
（3）再经3次水洗、干燥、破碎、研磨得到的粉状纳米级稀土材料，材料粒径D50为62nm，D90为99nm。
上述所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料的制备方法如下：
按上述比例称取各原料，在干燥状态下，混合均匀，再加入27份水，充分混合均匀后，浇注成型，常温放置48h，140℃烘干48h，再于750℃煅烧2.3h，即得到稀土纳米材料改性超轻质浇注料。
该浇注料体积密度0.5g·cm-3，热导率0.1W·m-1·K-1，抗压强度8.1MPa。
对比例1
与实施例1的区别在于，将憎水珍珠岩换成普通珍珠岩，其他条件相同。
该浇注料体积密度0.55g·cm-3，热导率0.13W·m-1·K-1，抗压强度2.1MPa。
对比例2
与实施例1的区别在于，憎水溶液中不添加棒状稀土纳米材料，其他条件相同。
该浇注料体积密度0.53g·cm-3，热导率0.12W·m-1·K-1，抗压强度3.3MPa。
对比例3
与实施例1的区别在于，憎水溶液中的棒状稀土纳米材料替换成普通稀土纳米材料，其他条件相同。
该浇注料体积密度0.52g·cm-3，热导率0.11W·m-1·K-1，抗压强度4.5MPa。
对比例4
与实施例1的区别在于，棒状稀土纳米材料的长度为10-20nm，横截面直径为8-10nm，其他条件相同。
该浇注料体积密度0.6g·cm-3，热导率0.2W·m-1·K-1，抗压强度4.2MPa。
对比例5
与实施例1的区别在于，纳米级稀土材料的粒径为D50为265nm，D90为646nm，其他条件相同。
该浇注料体积密度0.8g·cm-3，热导率0.3W·m-1·K-1，抗压强度5.2MPa。
对比例6
与实施例1的区别在于，将纳米级稀土材料替换成微米级稀土材料，粒径为D50为1.5μm，D90为9.4μm，其他条件相同。
该浇注料体积密度1.5g·cm-3，热导率0.6W·m-1·K-1，抗压强度3.3MPa。
对比例7
与实施例1的区别在于，将纳米级稀土材料替换成普通粒度的稀土材料。
该浇注料体积密度1.8g·cm-3，热导率0.8W·m-1·K-1，抗压强度2.3MPa。
通过上述实施例1-3可以得出，稀土纳米材料改性的超轻质浇注料，其配方和工艺在本申请要求范围内，均能展现出较好的性能，体积密度≤0.5g·cm-3，热导率≤0.1W·m-1·K-1，抗压强度≥8MPa。
通过对比例1可以发现，将憎水珍珠岩换成普通珍珠岩，所得浇注料的抗压强度急剧下降。这是因为普通珍珠岩的吸水性更强，导致水泥的结合力显著下降。
通过对比例2-4可以发现，棒状稀土纳米材料在憎水溶液中有着至关重要的作用。若憎水溶液中的不添加棒状稀土纳米材料，或换为普通稀土纳米材料，则珍珠岩表面无法形成完整的纳米簇，其憎水性能会大大下降，吸水率增强，从而进一步导致浇注料中水泥的结合力显著下降，表现为浇注料的抗压强度降低。棒状稀土纳米材料的长度和横截面积同样会影响珍珠岩表面纳米簇的形成，过短的长度和过大的横截面积都是不利的。
通过对比例5-7可以发现，超轻质浇注料配方中的纳米级稀土材料的加入有着不可替代的重要意义，其足够小的纳米级粒径是非常关键的技术参数。足够小的纳米级粒径使得其表面有非常高的反应活性，且能非常均匀分散在浇注料体系中。同时在高温下，纳米级的稀土材料能起到助熔作用，促进浇注料中的其他组分熔融反应，形成釉制表面的封闭气孔，从而增加浇注料内部孔隙率，有效降低热导率、提高力学性能。若使用粒径较大的稀土纳米材料、或微米级稀土材料、或普通粒度的稀土材料，则表面反应活性、助熔作用都会大打折扣，表现为浇注料热导率变高、同时力学性能下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：该浇注料由包括如下重量份数的原料制备得到：憎水珍珠岩20-35份，CA70铝酸盐水泥20-30份，页岩陶粒5-15份，纳米级稀土材料5-10份，粉煤灰5-10份，硅微粉3-6份，三聚磷酸钠0.5-1份，六偏磷酸钠1-3份，防爆纤维0.1-0.4份，分散剂0.2-0.5份，水20-35份；
其中，憎水珍珠岩为由憎水溶液处理珍珠岩后使其表面带有憎水基团，憎水溶液中含有棒状稀土纳米材料；
棒状稀土纳米材料的长度为20-100nm，横截面直径4-6nm；
纳米级稀土材料的制备方法为：
（1）以稀土抛光粉废料为原料，过100目筛后，用质量浓度为5%-10%的烧碱溶液浸泡，加热至80-90℃，200-300r/min的搅拌速度下搅拌2-3h；
（2）用水洗3次后，转移至卧式砂磨机中，以粒径1mm的氧化锆珠为研磨球，以水为研磨介质，加入待研磨物质和研磨介质总质量的5%-10%的分散剂，在2000-2500r/min的转速下连续研磨48h以上；
（3）再经3次水洗、干燥、破碎、研磨得到的粉状稀土纳米材料，材料粒径D50为52-68nm，D90为97-113nm；
该浇注料由如下方法制备：将配方中各原料先在干燥状态下混合均匀，再加入水，充分混合均匀后，浇注成型，常温放置24-48h，110-150℃烘干12-24h，再于750-800℃煅烧3-5h，即得到稀土纳米材料改性超轻质浇注料。
2.根据权利要求1所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：憎水珍珠岩的制备方法为：在常温下，将珍珠岩浸渍于憎水溶液中48-72h，过滤后，再于110-150℃烘干48-72h。
3.根据权利要求1或2所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：憎水溶液中包括如下重量份数的原料：棒状稀土纳米材料5-10份，水玻璃10-20份，硬脂酸5-15份，液体石蜡5-15份，聚醋酸乙烯乳液15-30份，苯丙乳液10-20份，有机硅乳液15-30份。
4.根据权利要求3所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：棒状稀土纳米材料的制备方法为：
1）将稀土原料溶于水中，制成质量浓度5%-15%的水溶液，搅拌状态下快速向其中加入质量浓度10%-20%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液，加入过程应在1-2秒内完成；
2）再继续搅拌1-2h，将溶液转移至高压反应釜内，密封，升温至180℃-220℃反应2-3h；
3）冷却后经过滤、洗涤、烘干，再将所得固体粉末在300-400℃下煅烧2-3h，即得棒状稀土纳米材料。
5.根据权利要求4所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：所述稀土原料为氯化镧和/或氯化铈。
6.根据权利要求4所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：所述憎水珍珠岩粒径为150-250目，所述页岩陶粒粒径小于3mm。
7.根据权利要求1所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料，其特征在于：分散剂为木质素磺酸钠、聚羧酸、萘磺酸钠、氨基磺酸钠中的一种或多种。
8.如权利要求1-7任一项所述的稀土纳米材料改性超轻质浇注料的制备方法，其特征在于：将配方中各原料先在干燥状态下混合均匀，再加入水，充分混合均匀后，浇注成型，常温放置24-48h，110-150℃烘干12-24h，再于750-800℃煅烧3-5h，即得到稀土纳米材料改性超轻质浇注料。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013035734A (ja) * | 2011-08-10 | 2013-02-21 | Toyota Motor Corp | セリアナノ粒子の製造方法 |
| CN104844237A (zh) * | 2015-05-23 | 2015-08-19 | 青岛国航祥玉技术服务有限公司 | 一种耐火的陶瓷纤维材料 |
| CN107417271A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-01 | 东北大学 | 一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法 |
| CN115304407A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-08 | 天津包钢稀土研究院有限责任公司 | 一种失效稀土抛光粉在制备辐射材料中的应用 |
| CN115650635A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-01-31 | 天津包钢稀土研究院有限责任公司 | 一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备方法 |
| WO2023082911A1 (zh) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | 上海巴洛特新材料研究有限公司 | 一种隔热涂料及其制备方法和应用方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006096936A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-09-21 | Advanced Nanotechnology Limited | Rare earth nanorods |
| WO2014186687A1 (en) * | 2013-05-16 | 2014-11-20 | Bnz Materials, Inc. | Refractory castables with hydrophobic aggregates |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013035734A (ja) * | 2011-08-10 | 2013-02-21 | Toyota Motor Corp | セリアナノ粒子の製造方法 |
| CN104844237A (zh) * | 2015-05-23 | 2015-08-19 | 青岛国航祥玉技术服务有限公司 | 一种耐火的陶瓷纤维材料 |
| CN107417271A (zh) * | 2017-08-24 | 2017-12-01 | 东北大学 | 一种稀土铝(硅)酸盐棒状晶增强镁铝尖晶石材料的制备方法 |
| WO2023082911A1 (zh) * | 2021-11-11 | 2023-05-19 | 上海巴洛特新材料研究有限公司 | 一种隔热涂料及其制备方法和应用方法 |
| CN115304407A (zh) * | 2022-09-29 | 2022-11-08 | 天津包钢稀土研究院有限责任公司 | 一种失效稀土抛光粉在制备辐射材料中的应用 |
| CN115650635A (zh) * | 2022-11-25 | 2023-01-31 | 天津包钢稀土研究院有限责任公司 | 一种利用抛光粉废料制备的高性能稀土纳米涂料及其制备方法 |
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