一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法与流程

1.本发明属于碳化硅多孔材料技术领域。尤其涉及一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。


背景技术：

2.高温热工装备是冶金、建材、化工等国民经济支柱行业的基础，燃烧系统作为高温热工装备最核心部分，其提质升级对热工行业节能降碳至关重要。在钢铁、汽车、化工、纺织等行业涉及熔炼、热处理和加热等众多工序中，多孔介质燃烧技术因存在热量回流，能促使燃料在燃烧器内发生“过焓”燃烧，进而提高燃烧器的加热效率并减少烟气中co2和nox的含量，受到技术人员的广泛关注。
3.作为多孔介质燃烧器的核心部件，多孔介质材料需具备高的气孔率(＞80％)以及三维通孔结构促进燃料在通孔内燃烧；同时，多孔介质材料还需具备优异的抗热震性能，赋予燃烧器在频繁启停过程中不发生热震损毁。碳化硅材质以其低线膨胀系数、高热导率和优异的抗热震性能，被认为是多孔介质燃烧器用介质材料的首选。通常，碳化硅网状多孔陶瓷是以聚氨酯海绵为模板，经浆料涂覆和高温烧结而成，所制备的多孔陶瓷与模板具有相同的孔结构。然而，受聚氨酯海绵模板的制约，碳化硅网状多孔陶瓷的孔结构呈现随机分布，致使多孔介质燃烧器内燃烧不均，进而降低燃烧器的燃烧效率。
4.如“一种al2o
3-sic泡沫陶瓷及其制备方法”(cn104402517b)的专利技术，公开了一种以聚氨酯海绵为模板，经碳化硅浆料涂覆、高温烧结制备了多孔介质燃烧用碳化硅网状多孔陶瓷。该技术制得的碳化硅网状多孔陶瓷因采用聚氨酯海绵为模板，导致其三维网状结构处于随机分布状态，无法设计孔结构。
5.截止目前，技术人员还未对多孔介质燃烧器用多孔介质材料的孔结构进行设计和技术开发：
6.如“多孔介质燃烧器和燃料气体的处理方法”(cn112032713a)的专利技术，公开了一种多孔介质燃烧器的多孔介质材料的结构为颗粒堆积型、直孔网格型、纤维网格型和泡沫型中一种或多种。该技术所涉及的多孔介质材料虽然为不同类型的结构，但是仍然无法对介质材料的孔结构进行优化设计。颗粒堆积型的多孔介质材料，是通过球形颗粒的堆积而成，气体燃料在颗粒间隙内燃烧，这种结构的介质材料压降大、气孔率较低，不利于多孔介质燃烧器燃烧效率的提高；直孔网格型的多孔介质材料内无三维网状结构的通孔，导致火焰无法在直孔网格内燃烧而停留在多孔介质材料的表面，这种燃烧方式的多孔介质燃烧器极易发生“脱火”现象，制约着燃烧器功率的提高；纤维网格型的多孔介质材料，虽存在较好的三维网状通孔结构，但是纤维网格的孔径较小、孔结构随机分布，导致该燃烧器的热功率不高；泡沫型多孔介质材料，虽能通过采用不同尺寸孔径的聚氨酯海绵为模板制备，但是介质材料的孔结构仍然为随机分布，无法对孔结构进行调控设计，也限制了燃烧器的燃烧效率。
7.如“一种3d成型制备孔径可控的碳化硅陶瓷的方法”(cn108439987b)的专利技术，
公开了一种以聚碳硅烷复合二氧化硅包裹球形碳化硅粉体为打印粉，经聚碳硅烷的四氢呋喃溶液进行直接三维打印成型，通过合理选择碳化硅粉的粒度、级配以及合理设计3d打印的“墨水”，制得孔径分布窄的碳化硅制品，并可调控粗碳化硅粉的中位粒径来控制碳化硅制品的孔径。该发明制备的碳化硅陶瓷因采用粉体颗粒级配调控孔结构分布，能达到调控碳化硅陶瓷内微米孔的目的；但是，所制备的碳化硅陶瓷因采用粉体颗粒级配的调控实现孔径的控制，这种工艺技术对材料内的微米、纳米孔较为有效，无法适用于多孔介质燃烧器用碳化硅多孔陶瓷的三维通孔/宏观孔的调控。同时，该工艺采用直接3d打印陶瓷浆料而成，成型效率受到限制、且制备成本大幅提升，制约着其在多孔介质燃烧器的工业化应用。


技术实现要素：

8.本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和生产成本低的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料的制备方法，用该方法制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料孔结构均匀、燃烧效率高和使用寿命长。
9.为实现上述目的，本发明采用的技术方案的步骤是：
10.步骤一、以75～95质量份的碳化硅细粉、5～13质量份的氧化铝微粉、2～7质量份的二氧化硅微粉和3～5质量份的改性铝粉为原料，搅拌10～20min，制得混合料；再向所述混合料中加入1～4质量份的结合剂、0.1～0.6质量份的聚羧酸盐和24～36wt％质量份的水，搅拌30～50min，即得碳化硅浆料。
11.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍5～10min，离心甩浆，在80～100℃条件下干燥12～20h，得到预处理的多孔材料坯体。
12.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在90～110℃条件下干燥12～24h，得到多孔材料坯体。
13.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为10～20cm，喷涂流量为0.5～1l/min，喷涂时间为0.5～3min。
14.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和0.5～2.5℃/min条件下升温至660～800℃，再于空气气氛和2～5℃/min条件下升温至1300～1450℃，保温2～4h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
15.所述碳化硅的平均粒度≤45μm；所述碳化硅的sic含量≥98wt％。
16.所述氧化铝粉的平均粒度≤1.2μm；所述氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％。
17.所述二氧化硅微粉的平均粒度≤0.5μm；所述二氧化硅微粉的sio2含量≥97wt％。
18.改性铝粉为球形；所述改性铝粉的表面包覆有硅溶胶或铝溶胶，包覆厚度为0.1～0.5μm，硅溶胶或铝溶胶的ph≥8。
19.所述结合剂为木质素磺酸铵和糊精中的一种以上，所述结合剂的ph≥9。
20.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为正六面体胞元、正八面体胞元、十二面体胞元或十四面体胞元中的一种阵列；所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板中胞元的棱长为4～10mm、棱的横截面为圆形，圆直径为0.3～0.8mm。
21.由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
22.本发明先将碳化硅、氧化铝、二氧化硅、改性金属铝粉、木质素磺酸铵或糊精、聚羧酸盐和水混合，制得碳化硅浆料；再将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅
浆料中，经离心甩浆和喷涂工艺，制得胞元结构与模板相同的有序孔碳化硅多孔材料坯体；最后在空气气氛下经1300～1500℃热处理2～4h，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料，故能显著降低成本和简化工艺。
23.本发明制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料具备孔结构均匀、燃烧效率高和使用寿命长的特点。其理由是：
24.首先，本发明采用3d打印有序孔网状多孔树脂模板制备而成。与现有聚氨酯海绵的随机分布的孔结构不同的是，经3d打印有序孔网状多孔树脂模板具有均匀的胞元结构，能赋予碳化硅多孔材料均匀的孔结构，进而促进燃料在多孔介质内的均匀稳定燃烧，能显著提高燃烧器的燃烧效率和降低污染物排放。此外，本发明采用的3d打印有序孔网状多孔树脂模板是为正六面体胞元、正八面体胞元、十二面体胞元或十四面体胞元中的一种阵列，能通过变换胞元的阵列角度，强化燃气在多孔介质内的扰动效应，进而达到燃气在多孔介质材料内的湍流燃烧，提高燃烧器的燃烧效率。
25.其次，现有聚氨酯海绵通常经发泡工艺制得，其海绵骨架在三个气泡的交界处形成，导致其海绵的骨架表现出具有三角尖端的“类三角形”截面；以此为模板制备的碳化硅网状多孔材料，因海绵模板的高温烧失而形成含三角尖端的中空碳化硅孔筋，极易引起应力集中而显著降低多孔介质材料的强度和抗热震性能。而本发明采用的3d打印有序孔网状多孔树脂模板为具有均匀孔结构的三维网状多孔模板，其胞元中棱的横截面为圆形，能消除传统海绵因“类三角形”截面带来碳化硅多孔材料的孔筋缺陷，提高多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料的强度和抗热性能。
26.本发明制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率≥93％；体积密度为0.15～0.36g/cm2；常温耐压强度为2.5～3.9mpa；1000℃耐压强度为2.5～3.0mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为16～22次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高6～12％。
27.因此，本发明具有工艺简单和生产成本低的特点，制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料的孔结构均匀、燃烧效率高和使用寿命长。
附图说明
28.图1是本发明制备的一种十四面体胞元陈列的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料；
29.图2是本发明制备的正八面体胞元陈列的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料；
30.图3是本发明制备的正六面体胞元陈列的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料；
31.图4为图3所示正六面体胞元陈列绕x轴或y轴旋转45
°
的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
33.为避免重复，先将本具体实施方式涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述。
34.所述碳化硅的平均粒度≤45μm；所述碳化硅的sic含量≥98wt％。
35.所述氧化铝粉的平均粒度≤1.2μm；所述氧化铝微粉的al2o3含量≥99wt％。
36.所述二氧化硅微粉的平均粒度≤0.5μm；所述二氧化硅微粉的sio2含量≥97wt％。
37.改性铝粉为球形。
38.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板中胞元的棱长为4～10mm、棱的横截面为圆形，圆直径为0.3～0.8mm。
39.实施例1
40.一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
41.步骤一、以75～80质量份的碳化硅细粉、10～13质量份的氧化铝微粉、4～7质量份的二氧化硅微粉和3～4质量份的改性铝粉为原料，搅拌13～18min，制得混合料；再向所述混合料中加入1～3质量份的结合剂、0.1～0.4质量份的聚羧酸盐和24～30wt％质量份的水，搅拌30～40min，即得碳化硅浆料。
42.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍5～8min，离心甩浆，在80～90℃条件下干燥12～17h，得到预处理的多孔材料坯体。
43.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在90～100℃条件下干燥12～20h，得到多孔材料坯体。
44.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为12～16cm，喷涂流量为0.7～1l/min，喷涂时间为0.5～1.5min。
45.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和0.5～1.5℃/min条件下升温至660～750℃，再于空气气氛和2～4℃/min条件下升温至1300～1400℃，保温2～3h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
46.所述改性铝粉的表面包覆有铝溶胶，包覆厚度为0.1～0.3μm；铝溶胶的ph≥8。
47.所述结合剂为木质素磺酸铵。
48.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为正六面体胞元阵列。
49.本实施例制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率为94～96％；体积密度为0.15～0.30g/cm2；常温耐压强度为2.5～3.4mpa；1000℃耐压强度为2.5～2.8mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为18～22次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高8～12％。
50.实施例2
51.一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
52.步骤一、以80～85质量份的碳化硅细粉、8～11质量份的氧化铝微粉、3～6质量份的二氧化硅微粉和3.6～4.5质量份的改性铝粉为原料，搅拌14～19min，制得混合料；再向所述混合料中加入1～3质量份的结合剂、0.2～0.5质量份的聚羧酸盐和25～31wt％质量份的水，搅拌35～45min，即得碳化硅浆料。
53.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍6～9min，离心甩浆，在85～95℃条件下干燥13～18h，得到预处理的多孔材料坯体。
54.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在95～105℃条件下干燥12～22h，得到多孔材料坯体。
55.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为10～14cm，喷涂流量为0.5～0.8l/min，喷涂时间为1～2min。
56.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和0.8～1.8℃/min条件下升温至680～770℃，再于空气气氛和3～5℃/min条件下升温至1350～1450℃，保温2.5～3.5h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
57.所述改性铝粉的表面包覆有铝溶胶，包覆厚度为0.2～0.4μm；铝溶胶的ph≥8。
58.所述结合剂为木质素磺酸铵。
59.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为正六面体胞元阵列。
60.本实施例制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率为93～96％；体积密度为0.18～0.35g/cm2；常温耐压强度为2.5～3.5mpa；1000℃耐压强度为2.7～3.0mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为16～20次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高7～11％。
61.实施例3
62.一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
63.步骤一、以85～90质量份的碳化硅细粉、7～10质量份的氧化铝微粉、2～5质量份的二氧化硅微粉和4～5质量份的改性铝粉为原料，搅拌15～20min，制得混合料；再向所述混合料中加入2～4质量份的结合剂、0.3～0.6质量份的聚羧酸盐和26～32wt％质量份的水，搅拌40～50min，即得碳化硅浆料。
64.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍7～10min，离心甩浆，在90～100℃条件下干燥14～19h，得到预处理的多孔材料坯体。
65.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在100～110℃条件下干燥16～24h，得到多孔材料坯体。
66.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为14～18cm，喷涂流量为0.6～0.9l/min，喷涂时间为2～3min。
67.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和1～2℃/min条件下升温至700～790℃，再于空气气氛和2.5～4.5℃/min条件下升温至1300～1400℃，保温3～4h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
68.所述改性铝粉的表面包覆有铝溶胶，包覆厚度为0.3～0.5μm；铝溶胶的ph≥8。
69.所述结合剂为糊精。
70.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为正八面体胞元阵列。
71.本实施例制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率为94～96％；体积密度为0.15～0.32g/cm2；常温耐压强度为2.5～3.2mpa；1000℃耐压强度为2.6～2.8mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为19～22次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高8～12％。
72.实施例4
73.一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。本实施例所述制备方
法的步骤是：
74.步骤一、以90～95质量份的碳化硅细粉、6～9质量份的氧化铝微粉、2～5质量份的二氧化硅微粉和3～4质量份的改性铝粉为原料，搅拌10～15min，制得混合料；再向所述混合料中加入2～4质量份的结合剂、0.2～0.5质量份的聚羧酸盐和30～36wt％质量份的水，搅拌30～40min，即得碳化硅浆料。
75.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍5～8min，离心甩浆，在80～90℃条件下干燥15～20h，得到预处理的多孔材料坯体。
76.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在90～100℃条件下干燥12～20h，得到多孔材料坯体。
77.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为10～14cm，喷涂流量为0.5～0.8l/min，喷涂时间为0.8～1.8min。
78.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和1.5～2.5℃/min条件下升温至690～780℃，再于空气气氛和2～4℃/min条件下升温至1350～1450℃，保温2～3h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
79.所述改性铝粉的表面包覆有硅溶胶，包覆厚度为0.1～0.3μm；硅溶胶的ph≥8。
80.所述结合剂为糊精。
81.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为十二面体胞元阵列。
82.本实施例制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率为93～94％；体积密度为0.2～0.36g/cm2；常温耐压强度为3.0～3.9mpa；1000℃耐压强度为2.5～2.9mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为16～20次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高6～11％。
83.实施例5
84.一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
85.步骤一、以80～85质量份的碳化硅细粉、5～8质量份的氧化铝微粉、4～7质量份的二氧化硅微粉和3.6～4.5质量份的改性铝粉为原料，搅拌11～16min，制得混合料；再向所述混合料中加入2～4质量份的结合剂、0.2～0.5质量份的聚羧酸盐和28～34wt％质量份的水，搅拌35～45min，即得碳化硅浆料。
86.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍6～9min，离心甩浆，在85～95℃条件下干燥13～18h，得到预处理的多孔材料坯体。
87.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在95～105℃条件下干燥14～22h，得到多孔材料坯体。
88.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为16～20cm，喷涂流量为0.6～0.9l/min，喷涂时间为1.4～2.4min。
89.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和1.0～2.0℃/min条件下升温至710～800℃，再于空气气氛和3～5℃/min条件下升温至1350～1450℃，保温2.5～3.5h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
90.所述改性铝粉的表面包覆有硅溶胶，包覆厚度为0.2～0.4μm；硅溶胶的ph≥8。
91.所述结合剂为木质素磺酸铵。
92.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为十四面体胞元中的一种阵列。
93.本实施例制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率为93～95％；体积密度为0.17～0.35g/cm2；常温耐压强度为2.8～3.6mpa；1000℃耐压强度为2.6～2.9mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为18～21次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高6～11％。
94.实施例6
95.一种多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
96.步骤一、以85～90质量份的碳化硅细粉、8～10质量份的氧化铝微粉、3～6质量份的二氧化硅微粉和4～5质量份的改性铝粉为原料，搅拌12～17min，制得混合料；再向所述混合料中加入1～3质量份的结合剂、0.1～0.4质量份的聚羧酸盐和27～33wt％质量份的水，搅拌40～50min，即得碳化硅浆料。
97.步骤二、将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，浸渍7～10min，离心甩浆，在90～100℃条件下干燥14～19h，得到预处理的多孔材料坯体。
98.步骤三、用所述碳化硅浆料对所述预处理的多孔材料坯体进行喷涂，然后在100～110℃条件下干燥16～24h，得到多孔材料坯体。
99.喷涂时：喷枪与所述预处理的多孔材料坯体的距离为11～15cm，喷涂流量为0.6～0.9l/min，喷涂时间为1.8～2.8min。
100.步骤四、将所述多孔材料坯体置入高温炉内，先于空气气氛和0.8～1.8℃/min条件下升温至660～750℃，再于空气气氛和2.5～4.5℃/min条件下升温至1300～1400℃，保温3～4h，随炉冷却，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
101.所述改性铝粉的表面包覆有硅溶胶，包覆厚度为0.3～0.5μm；硅溶胶的ph≥8。
102.所述结合剂为糊精。
103.所述3d打印有序孔网状多孔树脂模板为十二面体胞元阵列。
104.本实施例制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率为93～95％；体积密度为0.15～0.33g/cm2；常温耐压强度为2.9～3.9mpa；1000℃耐压强度为2.5～2.7mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为17～20次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高6～10％。
105.本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
106.本具体实施方式先将碳化硅、氧化铝、二氧化硅、改性金属铝粉、木质素磺酸铵或糊精、聚羧酸盐和水混合，制得碳化硅浆料；再将3d打印有序孔网状多孔树脂模板浸没于所述碳化硅浆料中，经离心甩浆和喷涂工艺，制得胞元结构与模板相同的有序孔碳化硅多孔材料坯体；最后在空气气氛下经1300～1500℃热处理2～4h，制得多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料，故能显著降低成本和简化工艺。
107.本具体实施方式制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料具备孔结构均匀、燃烧效率高和使用寿命长的特点。其理由是：
108.首先，本具体实施方式采用3d打印有序孔网状多孔树脂模板制备而成。与现有聚氨酯海绵的随机分布的孔结构不同的是，经3d打印有序孔网状多孔树脂模板具有均匀的胞元结构，能赋予碳化硅多孔材料均匀的孔结构，进而促进燃料在多孔介质内的均匀稳定燃
烧，能显著提高燃烧器的燃烧效率和降低污染物排放。此外，本具体实施方式采用的3d打印有序孔网状多孔树脂模板是为正六面体胞元、正八面体胞元、十二面体胞元和十四面体胞元中的一种阵列，所制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料如附图所示：
109.图1为实施例5制备的一种十四面体胞元陈列的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料；
110.图2为实施例3制备的正八面体胞元陈列的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料；
111.图3为实施例1或实施例2制备的正六面体胞元陈列的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料；
112.图4为图3所示正六面体胞元陈列绕x轴或y轴旋转45
°
的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料。
113.图1、图2和图3可以看出，采用本具体实施方式制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料具有可设计性，能准确设计并制备含十四面体胞元、正八面体胞元和正六面体胞元的碳化硅多孔材料；这种特定有序的胞体结构能促进燃气在多孔介质材料内均匀、稳定燃烧，赋予多孔介质燃烧器更均匀的表面温度和更高的燃烧效率。从图4可以看出，采用该技术还能制备出大尺寸、胞体结构可控的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料，能广泛应用于大尺寸、异型多孔介质燃烧器。
114.本具体实施方式能通过变换胞元的阵列角度，强化燃气在多孔介质内的扰动效应，进而达到燃气在多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料内的湍流燃烧，提高燃烧器的燃烧效率。
115.其次，现有聚氨酯海绵通常经发泡工艺制得，其海绵骨架在三个气泡的交界处形成，导致其海绵的骨架表现出具有三角尖端的“类三角形”截面；以此为模板制备的碳化硅网状多孔材料，因海绵模板的高温烧失而形成含三角尖端的中空碳化硅孔筋，极易引起应力集中而显著降低多孔介质材料的强度和抗热震性能。而本具体实施方式采用的3d打印有序孔网状多孔树脂模板为具有均匀孔结构的三维网状多孔模板，其胞元中棱的横截面为圆形，能消除传统海绵因“类三角形”截面带来碳化硅多孔材料的孔筋缺陷，提高多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料的强度和抗热性能。
116.本具体实施方式制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料经检测：通孔率≥93％；体积密度为0.15～0.36g/cm2；常温耐压强度为2.5～3.9mpa；1000℃耐压强度为2.5～3.0mpa；1000℃和25℃风冷循环次数为16～22次；相同工况下，多孔介质燃烧器的燃烧效率较自由火焰燃烧器的效率高6～12％。
117.因此，本具体实施方式具有工艺简单和生产成本低的特点，制备的多孔介质燃烧用有序孔碳化硅多孔材料的孔结构均匀、燃烧效率高和使用寿命长。