本發(fā)明屬于火車閘瓦(剎車片)領(lǐng)域，具體地說(shuō)就是一種微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片及其制備方法。
背景技術(shù)：
目前使用的火車制動(dòng)閘瓦，多是高磷鑄鐵粉與橡膠、塑料為粘結(jié)劑的復(fù)合材料組成，在貨車時(shí)速?gòu)?0公里發(fā)展到120公里、客車時(shí)速?gòu)?0公里發(fā)展到350公里的情況下，對(duì)火車制動(dòng)閘瓦的安全性和環(huán)保性要求越來(lái)越高，原來(lái)的低速閘瓦在高速條件下會(huì)產(chǎn)生高磨損產(chǎn)生的粉塵和溫度升高所產(chǎn)生的有害氣體，并且安全性能降低，頻繁的更換閘瓦也浪費(fèi)了人工。國(guó)外現(xiàn)在已采用銅基粉末冶金閘瓦，不但價(jià)格昂貴，在時(shí)速超過(guò)120公里后突然制動(dòng)產(chǎn)生的摩擦高溫會(huì)降低摩擦系數(shù)影響制動(dòng)效果，給安全制動(dòng)帶來(lái)隱患。
1949年新中國(guó)成立時(shí)僅有1.1萬(wàn)公里鐵路可以勉強(qiáng)通車，那時(shí)的車速僅有40～50公里，單車載重僅有30～40噸。截止到2014年12月末，我國(guó)鐵路通車?yán)锍桃堰_(dá)到12萬(wàn)公里，普通車速已達(dá)到160公里，高鐵達(dá)到350公里，單車載重已達(dá)70噸。作為機(jī)車安全運(yùn)行的關(guān)鍵，制動(dòng)閘瓦也經(jīng)歷從低級(jí)向高級(jí)的進(jìn)化。1954年在前蘇聯(lián)專家的幫助下，鐵道部制定了閘瓦的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)正值第一個(gè)五年計(jì)劃建設(shè)高潮，鐵路運(yùn)輸量大幅度增加，迫切需要提高行車速度和加大單車載重量，這就需要更好的閘瓦制動(dòng)材料。鐵道研究院的科研人員和基層司機(jī)，共同發(fā)明了鐵基加磷的中磷閘瓦，后來(lái)又發(fā)明高磷閘瓦及復(fù)合材料基的閘瓦。隨著六次大提速，閘瓦的要求越來(lái)越高，粉末冶金閘瓦也應(yīng)運(yùn)而生。現(xiàn)在中國(guó)是世界上擁有高鐵最多的國(guó)家，也是世界上客、貨運(yùn)最繁忙的國(guó)家。可是，我們的閘瓦且不能適應(yīng)鐵路部門的需求。高鐵不但軸承要進(jìn)口，閘瓦也不得不進(jìn)口。這是因?yàn)槲覀兊拈l瓦雖然安全性較高，但因強(qiáng)度小、使用時(shí)間短，粉塵大、噪音大，環(huán)保不過(guò)關(guān)。如果進(jìn)口西方國(guó)家的粉末冶金閘瓦，要1千億以上的市場(chǎng)份額，使用現(xiàn)在的低值閘瓦雖然只要100億左右，但頻繁換瓦的人工和機(jī)械費(fèi)劇增，特別是剎車 粉塵和廢氣對(duì)環(huán)境的危害相當(dāng)嚴(yán)重。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在頻繁換瓦的人工和機(jī)械費(fèi)劇增，以及剎車粉塵和廢氣對(duì)環(huán)境的危害等問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉35～42％、玄武巖短切纖維10～15％、粉煤灰30～35％、石墨粉5～7％、重晶石粉9～15％、調(diào)節(jié)劑1～3％。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，原料粉：微晶玻璃粉、粉煤灰、石墨粉、重晶石粉的粒度為200目～500目。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，玄武巖短切纖維的規(guī)格為：長(zhǎng)度5～15mm，直徑0.02～0.1毫米；調(diào)節(jié)劑為凹凸棒土。
一種微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉35～42％、玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維10～13％、漂珠粉23～28％、鱗片石墨粉4～5％、長(zhǎng)石粉9～12％、滑石粉5～7％、調(diào)節(jié)劑0.8～1.5％。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，原料粉：微晶玻璃粉、漂珠粉、鱗片石墨粉、長(zhǎng)石粉、滑石粉的粒度為200目～500目。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，玄武巖短切纖維的規(guī)格為：長(zhǎng)度5～15mm，直徑0.02～0.1毫米；玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維重量比例為1：1；調(diào)節(jié)劑為凹凸棒土。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃粉的組成為：二氧化硅33～38％，三氧化二鋁14～19％，二氧化鉛8～13％，氧化鋅25～28％，氟化鈣7～9％，氟化鎂4～7％，氧化銅2～3％。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃粉的莫氏硬度低于鑄鐵，微晶玻璃粉的莫氏硬度＜5.5，微晶玻璃粉的晶化溫度不超過(guò)700℃。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片的制備方法，具體步驟如下：
(1)混料：按微晶玻璃復(fù)合材料的組成，將所需原料稱量放進(jìn)干式球磨機(jī)， 混磨1～3小時(shí)后，放進(jìn)密封的真空擠出機(jī)混料槽里，添加占原料總量18～20wt％的水分，隨機(jī)擠出與火車閘瓦或剎車片厚度、寬度相符的條板，采用鋼絲鋸切割成火車閘瓦或剎車片長(zhǎng)度，然后進(jìn)入烘干溫度為50～90℃的鏈?zhǔn)降蜏睾娓筛G，烘干至含水率6～10wt％；采用100噸級(jí)液壓機(jī)用鋼模壓出拱形和安裝螺栓孔，再進(jìn)入烘干溫度為100～200℃的鏈?zhǔn)礁邷睾娓筛G，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后進(jìn)入燒結(jié)晶化窯，在100℃～300℃預(yù)熱1～3小時(shí)，400℃核化1～3小時(shí)，750℃燒結(jié)1～3小時(shí)，700℃晶化1～3小時(shí)，500℃退火1～3小時(shí)，50℃出窯，從進(jìn)窯到出窯10～15小時(shí)，出窯后放置在30～50℃恒溫庫(kù)里2～4天后包裝出廠。
所述的微晶玻璃復(fù)合材料的火車閘瓦或剎車片的制備方法，火車閘瓦或剎車片規(guī)格為：貨車440mm×86mm×50mm，客車314mm×80mm×47mm；燒結(jié)晶化窯為推板窯、網(wǎng)帶窯或梭式窯。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果是：
1、本發(fā)明采用低晶化點(diǎn)(＜750℃)微晶玻璃粉、粉煤灰、玄武巖短切纖維、重晶石粉為主體材料用熱壓鑄法制造的微晶復(fù)合閘瓦，不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系數(shù)提高2～3倍，而且安全性能優(yōu)于粉末冶金閘瓦，成本降低70％以上，粉塵和有害氣體排出率降低90％以上。
2、本發(fā)明采用低晶化點(diǎn)(＜750℃)微晶玻璃粉、玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維、漂珠粉等為主體材料用熱壓鑄法制造的微晶復(fù)合閘瓦，不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系數(shù)提高2～3倍，而且安全性能優(yōu)于粉末冶金閘瓦，成本降低70％以上，粉塵和有害氣體排出率降低90％以上。
具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明使用的低晶化點(diǎn)微晶玻璃，莫氏硬度只有5.5的特種配方的微晶玻璃。因?yàn)橛捕雀哂阼T鋼就會(huì)對(duì)鋼軸造成磨耗，而不能做閘瓦和軸承材料，這種低晶化點(diǎn)微晶玻璃必需使用低熔點(diǎn)金屬，而這些低熔點(diǎn)金屬可以從垃圾和污泥焚燒爐的尾氣處理飛灰中獲得，也可以從尾礦和低品位玻璃層中獲得。
配方一，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉35～42％、玄武巖短切纖維10～15％、粉煤灰30～35％、石墨粉5～7％、重晶石粉9～15％、調(diào)節(jié)劑1～3％。除低晶化點(diǎn)微晶玻璃粉外，最多的成份是發(fā)電廠粉煤灰，粉煤灰 是煤粉高溫燃燒時(shí)煙囪蒸汽除塵的副產(chǎn)物，由于1450℃以上的高溫和蒸汽膨化作用形成了空心微球，其主要成份跟微晶玻璃相差不多，所以與微晶玻璃粉親和力很強(qiáng)，具有很大的力學(xué)強(qiáng)度。添加石墨粉是為了提高閘瓦的散熱能力，但比例不能過(guò)高，因?yàn)槭蹠?huì)降低摩擦系數(shù)，所以要控制在7％以下。玄武巖短切纖維起到增韌作用，重晶石粉是為了增大粘結(jié)性。此配方主要應(yīng)用在載重量大的貨車上。
配方二，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉35～42％、玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維10～13％、漂珠粉23～28％、鱗片石墨粉4～5％、長(zhǎng)石粉9～12％、滑石粉5～7％、調(diào)節(jié)劑0.8～1.5％。除了低晶化點(diǎn)微晶玻璃粉外，漂珠粉的成份多，將粉煤灰換成漂珠就是為了降低密度，將玻璃纖維與玄武巖短切纖維混雜使用既是為了增韌效果更好，也是為了調(diào)整耐溫性。此配方主要應(yīng)用在客車上。
下面，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例中，按重量百分比計(jì)，火車閘瓦(剎車片)用微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃40％、玄武巖短切纖維11％、粉煤灰32％、石墨粉6％、重晶石粉10％、調(diào)節(jié)劑1％。其中，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃粉的組成為：二氧化硅35％，三氧化二鋁16％，二氧化鉛10％，氧化鋅24％，氟化鈣8％，氟化鎂4％，氧化銅3％。微晶玻璃粉、粉煤灰、石墨粉、重晶石粉的粒度為300目，玄武巖短切纖維的規(guī)格為：長(zhǎng)度5～15mm，直徑0.1毫米，調(diào)節(jié)劑為凹凸棒土(凹凸棒土又稱坡縷石Palygorskite或坡縷縞石，是一種具鏈層狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽粘土礦物)。
本實(shí)施例中，微晶玻璃復(fù)合材料火車閘瓦(剎車片)的制備方法，具體步驟如下：
(1)混料：按微晶玻璃復(fù)合材料的組成，將所需原料稱量放進(jìn)干式球磨機(jī)，混磨2小時(shí)后，放進(jìn)密封的真空擠出機(jī)混料槽里，添加占原料19wt％的水分，隨機(jī)擠出與火車閘瓦(剎車片)厚度、寬度相符的條板，采用鋼絲鋸切割成火車閘瓦(剎車片)長(zhǎng)度，然后進(jìn)入烘干溫度為70℃的鏈?zhǔn)降蜏睾娓筛G，烘干至含水率8wt％；采用100噸級(jí)液壓機(jī)用鋼模壓出拱形和安裝螺栓孔，再進(jìn)入烘干溫度為200℃的鏈?zhǔn)礁邷睾娓筛G，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后進(jìn)入燒結(jié)晶化窯(推板窯、網(wǎng)帶窯或梭式窯)，在200℃預(yù)熱2小時(shí)，400℃核化3小時(shí)，750℃燒結(jié)3小時(shí)，700℃晶化3小時(shí)，500℃退火2小時(shí)，50℃出窯，放置在50℃恒溫庫(kù)里3天后包裝出廠，獲得火車閘瓦(剎車片)規(guī)格為：貨車440mm×86mm×50mm。
本實(shí)施例的火車閘瓦(剎車片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系數(shù)提高2～3倍，而且安全性能優(yōu)于粉末冶金閘瓦，成本降低70％以上，粉塵和有害氣體排出率降低90％以上。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，按重量百分比計(jì)，火車閘瓦(剎車片)用微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉38％、玄武巖短切纖維12％、粉煤灰32％、石墨粉5％、重晶石粉11.5％、調(diào)節(jié)劑1.5％。其中，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃粉的組成為：二氧化硅35％，三氧化二鋁15％，二氧化鉛9％，氧化鋅26％，氟化鈣8％，氟化鎂5％，氧化銅2％。微晶玻璃粉、粉煤灰、石墨粉、重晶石粉的粒度為400目，玄武巖短切纖維的規(guī)格為：長(zhǎng)度5～15mm，直徑0.1毫米，調(diào)節(jié)劑為凹凸棒土。
本實(shí)施例中，微晶玻璃復(fù)合材料火車閘瓦(剎車片)的制備方法，具體步驟如下：
(1)混料：按微晶玻璃復(fù)合材料的組成，將所需原料稱量放進(jìn)干式球磨機(jī)，混磨3小時(shí)后，放進(jìn)密封的真空擠出機(jī)混料槽里，添加占原料18wt％的水分，隨機(jī)擠出與火車閘瓦(剎車片)厚度、寬度相符的條板，采用鋼絲鋸切割成火車閘瓦(剎車片)長(zhǎng)度，然后進(jìn)入烘干溫度為60℃的鏈?zhǔn)降蜏睾娓筛G，烘干至含水率7wt％；采用100噸級(jí)液壓機(jī)用鋼模壓出拱形和安裝螺栓孔，再進(jìn)入烘干溫度為150℃的鏈?zhǔn)礁邷睾娓筛G，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后進(jìn)入燒結(jié)晶化窯(推板窯、網(wǎng)帶窯或梭式窯)，在180℃預(yù)熱2小時(shí)，400℃核化2小時(shí)，750℃燒結(jié)3小時(shí)，700℃晶化2小時(shí)，500℃退火2小時(shí)，50℃出窯，放置在35℃恒溫庫(kù)里4天后包裝出廠，獲得火車閘瓦(剎車片)規(guī)格為：貨車440mm×86mm×50mm。
本實(shí)施例的火車閘瓦(剎車片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系數(shù)提高2～3倍，而且安全性能優(yōu)于粉末冶金閘瓦，成本降低70％以上，粉塵和有害氣體排出率降低90％以上。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中，按重量百分比計(jì)，火車閘瓦(剎車片)用微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉37％、玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維13％、漂珠粉28％、鱗片石墨粉4％、長(zhǎng)石粉10％、滑石粉7％、調(diào)節(jié)劑1％。其中，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃粉的組成為：二氧化硅33％，三氧化二鋁17％，二氧化鉛9％，氧化鋅27％，氟化鈣7％，氟化鎂4％，氧化銅3％。微晶玻璃粉、漂珠粉、鱗片石墨粉、長(zhǎng)石粉、滑石粉的粒度為300目，玄武巖短切纖維的規(guī)格為：長(zhǎng)度5～15mm，直徑0.1毫米，玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維重量比例為1：1，調(diào)節(jié)劑為凹凸棒土。
本實(shí)施例中，微晶玻璃復(fù)合材料火車閘瓦(剎車片)的制備方法，具體步驟如下：
(1)混料：按微晶玻璃復(fù)合材料的組成，將所需原料稱量放進(jìn)干式球磨機(jī)，混磨2小時(shí)后，放進(jìn)密封的真空擠出機(jī)混料槽里，添加占原料20wt％的水分，隨機(jī)擠出與火車閘瓦(剎車片)厚度、寬度相符的條板，采用鋼絲鋸切割成火車閘瓦(剎車片)長(zhǎng)度，然后進(jìn)入烘干溫度為80℃的鏈?zhǔn)降蜏睾娓筛G，烘干至含水率9wt％；采用100噸級(jí)液壓機(jī)用鋼模壓出拱形和安裝螺栓孔，再進(jìn)入烘干溫度為250℃的鏈?zhǔn)礁邷睾娓筛G，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后進(jìn)入燒結(jié)晶化窯(推板窯、網(wǎng)帶窯或梭式窯)，在200℃預(yù)熱2小時(shí)，400℃核化2小時(shí)，750℃燒結(jié)2小時(shí)，700℃晶化2小時(shí)，500℃退火2小時(shí)，50℃出窯，放置在50℃恒溫庫(kù)里2天后包裝出廠，獲得火車閘瓦(剎車片)規(guī)格為：客車314mm×80mm×47mm。
本實(shí)施例的火車閘瓦(剎車片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系數(shù)提高2～3倍，而且安全性能優(yōu)于粉末冶金閘瓦，成本降低70％以上，粉塵和有害氣體排出率降低90％以上。
實(shí)施例4
本實(shí)施例中，按重量百分比計(jì)，火車閘瓦(剎車片)用微晶玻璃復(fù)合材料的組成為：微晶玻璃粉36％、玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維13％、漂珠粉25.5％、鱗片石墨粉5％、長(zhǎng)石粉12％、滑石粉7％、調(diào)節(jié)劑1.5％。其中，按重量百分比計(jì)，微晶玻璃粉的組成為：二氧化硅33％，三氧化二鋁16％，二氧化鉛12％，氧化鋅26％，氟化鈣7％，氟化鎂4％，氧化銅2％。微晶玻璃粉、漂珠粉、鱗片石墨粉、長(zhǎng)石粉、滑石粉的粒度為300目，玄武巖短切纖維的規(guī)格為：長(zhǎng)度5～ 15mm，直徑0.1毫米，玻璃纖維與玄武巖短切纖維的混雜纖維重量比例為1：1，調(diào)節(jié)劑為凹凸棒土。
本實(shí)施例中，微晶玻璃復(fù)合材料火車閘瓦(剎車片)的制備方法，具體步驟如下：
(1)混料：按微晶玻璃復(fù)合材料的組成，將所需原料稱量放進(jìn)干式球磨機(jī)，混磨1小時(shí)后，放進(jìn)密封的真空擠出機(jī)混料槽里，添加占原料18wt％的水分，隨機(jī)擠出與火車閘瓦(剎車片)厚度、寬度相符的條板，采用鋼絲鋸切割成火車閘瓦(剎車片)長(zhǎng)度，然后進(jìn)入烘干溫度為55℃的鏈?zhǔn)降蜏睾娓筛G，烘干至含水率7wt％；采用100噸級(jí)液壓機(jī)用鋼模壓出拱形和安裝螺栓孔，再進(jìn)入烘干溫度為180℃的鏈?zhǔn)礁邷睾娓筛G，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后進(jìn)入燒結(jié)晶化窯(推板窯、網(wǎng)帶窯或梭式窯)，在150℃預(yù)熱2小時(shí)，400℃核化3小時(shí)，750℃燒結(jié)3小時(shí)，700℃晶化3小時(shí)，500℃退火2小時(shí)，50℃出窯，放置在38℃恒溫庫(kù)里3天后包裝出廠，獲得火車閘瓦(剎車片)規(guī)格為：客車314mm×80mm×47mm。
本實(shí)施例的火車閘瓦(剎車片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系數(shù)提高2～3倍，而且安全性能優(yōu)于粉末冶金閘瓦，成本降低70％以上，粉塵和有害氣體排出率降低90％以上。
實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明采用常用的陶瓷工業(yè)用機(jī)械和窯爐，主要難度在擠出成型工藝的物料粘度及濕度調(diào)節(jié)，粘度大脫模不利，濕度小擠不出、濕度大易變型。兩次烘干工藝也十分復(fù)雜，第一次要求不能太急，內(nèi)、外部水分差距不能超過(guò)0.2wt％，第二次烘干切忌爆裂紋的發(fā)生會(huì)影響產(chǎn)品的使用壽命。