本发明属于火车闸瓦(刹车片)领域，具体地说就是一种微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片及其制备方法。
背景技术：
目前使用的火车制动闸瓦，多是高磷铸铁粉与橡胶、塑料为粘结剂的复合材料组成，在货车时速从50公里发展到120公里、客车时速从60公里发展到350公里的情况下，对火车制动闸瓦的安全性和环保性要求越来越高，原来的低速闸瓦在高速条件下会产生高磨损产生的粉尘和温度升高所产生的有害气体，并且安全性能降低，频繁的更换闸瓦也浪费了人工。国外现在已采用铜基粉末冶金闸瓦，不但价格昂贵，在时速超过120公里后突然制动产生的摩擦高温会降低摩擦系数影响制动效果，给安全制动带来隐患。
1949年新中国成立时仅有1.1万公里铁路可以勉强通车，那时的车速仅有40～50公里，单车载重仅有30～40吨。截止到2014年12月末，我国铁路通车里程已达到12万公里，普通车速已达到160公里，高铁达到350公里，单车载重已达70吨。作为机车安全运行的关键，制动闸瓦也经历从低级向高级的进化。1954年在前苏联专家的帮助下，铁道部制定了闸瓦的检验标准。当时正值第一个五年计划建设高潮，铁路运输量大幅度增加，迫切需要提高行车速度和加大单车载重量，这就需要更好的闸瓦制动材料。铁道研究院的科研人员和基层司机，共同发明了铁基加磷的中磷闸瓦，后来又发明高磷闸瓦及复合材料基的闸瓦。随着六次大提速，闸瓦的要求越来越高，粉末冶金闸瓦也应运而生。现在中国是世界上拥有高铁最多的国家，也是世界上客、货运最繁忙的国家。可是，我们的闸瓦且不能适应铁路部门的需求。高铁不但轴承要进口，闸瓦也不得不进口。这是因为我们的闸瓦虽然安全性较高，但因强度小、使用时间短，粉尘大、噪音大，环保不过关。如果进口西方国家的粉末冶金闸瓦，要1千亿以上的市场份额，使用现在的低值闸瓦虽然只要100亿左右，但频繁换瓦的人工和机械费剧增，特别是刹车 粉尘和废气对环境的危害相当严重。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片及其制备方法，解决现有技术中存在频繁换瓦的人工和机械费剧增，以及刹车粉尘和废气对环境的危害等问题。
本发明的技术方案是：
一种微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，按重量百分比计，微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉35～42％、玄武岩短切纤维10～15％、粉煤灰30～35％、石墨粉5～7％、重晶石粉9～15％、调节剂1～3％。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，原料粉：微晶玻璃粉、粉煤灰、石墨粉、重晶石粉的粒度为200目～500目。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，玄武岩短切纤维的规格为：长度5～15mm，直径0.02～0.1毫米；调节剂为凹凸棒土。
一种微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，按重量百分比计，微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉35～42％、玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维10～13％、漂珠粉23～28％、鳞片石墨粉4～5％、长石粉9～12％、滑石粉5～7％、调节剂0.8～1.5％。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，原料粉：微晶玻璃粉、漂珠粉、鳞片石墨粉、长石粉、滑石粉的粒度为200目～500目。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，玄武岩短切纤维的规格为：长度5～15mm，直径0.02～0.1毫米；玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维重量比例为1：1；调节剂为凹凸棒土。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，按重量百分比计，微晶玻璃粉的组成为：二氧化硅33～38％，三氧化二铝14～19％，二氧化铅8～13％，氧化锌25～28％，氟化钙7～9％，氟化镁4～7％，氧化铜2～3％。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片，按重量百分比计，微晶玻璃粉的莫氏硬度低于铸铁，微晶玻璃粉的莫氏硬度＜5.5，微晶玻璃粉的晶化温度不超过700℃。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片的制备方法，具体步骤如下：
(1)混料：按微晶玻璃复合材料的组成，将所需原料称量放进干式球磨机， 混磨1～3小时后，放进密封的真空挤出机混料槽里，添加占原料总量18～20wt％的水分，随机挤出与火车闸瓦或刹车片厚度、宽度相符的条板，采用钢丝锯切割成火车闸瓦或刹车片长度，然后进入烘干温度为50～90℃的链式低温烘干窑，烘干至含水率6～10wt％；采用100吨级液压机用钢模压出拱形和安装螺栓孔，再进入烘干温度为100～200℃的链式高温烘干窑，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后进入烧结晶化窑，在100℃～300℃预热1～3小时，400℃核化1～3小时，750℃烧结1～3小时，700℃晶化1～3小时，500℃退火1～3小时，50℃出窑，从进窑到出窑10～15小时，出窑后放置在30～50℃恒温库里2～4天后包装出厂。
所述的微晶玻璃复合材料的火车闸瓦或刹车片的制备方法，火车闸瓦或刹车片规格为：货车440mm×86mm×50mm，客车314mm×80mm×47mm；烧结晶化窑为推板窑、网带窑或梭式窑。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明采用低晶化点(＜750℃)微晶玻璃粉、粉煤灰、玄武岩短切纤维、重晶石粉为主体材料用热压铸法制造的微晶复合闸瓦，不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系数提高2～3倍，而且安全性能优于粉末冶金闸瓦，成本降低70％以上，粉尘和有害气体排出率降低90％以上。
2、本发明采用低晶化点(＜750℃)微晶玻璃粉、玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维、漂珠粉等为主体材料用热压铸法制造的微晶复合闸瓦，不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系数提高2～3倍，而且安全性能优于粉末冶金闸瓦，成本降低70％以上，粉尘和有害气体排出率降低90％以上。
具体实施方式
在具体实施方式中，本发明使用的低晶化点微晶玻璃，莫氏硬度只有5.5的特种配方的微晶玻璃。因为硬度高于铸钢就会对钢轴造成磨耗，而不能做闸瓦和轴承材料，这种低晶化点微晶玻璃必需使用低熔点金属，而这些低熔点金属可以从垃圾和污泥焚烧炉的尾气处理飞灰中获得，也可以从尾矿和低品位玻璃层中获得。
配方一，按重量百分比计，微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉35～42％、玄武岩短切纤维10～15％、粉煤灰30～35％、石墨粉5～7％、重晶石粉9～15％、调节剂1～3％。除低晶化点微晶玻璃粉外，最多的成份是发电厂粉煤灰，粉煤灰 是煤粉高温燃烧时烟囱蒸汽除尘的副产物，由于1450℃以上的高温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，所以与微晶玻璃粉亲和力很强，具有很大的力学强度。添加石墨粉是为了提高闸瓦的散热能力，但比例不能过高，因为石墨粉会降低摩擦系数，所以要控制在7％以下。玄武岩短切纤维起到增韧作用，重晶石粉是为了增大粘结性。此配方主要应用在载重量大的货车上。
配方二，按重量百分比计，微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉35～42％、玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维10～13％、漂珠粉23～28％、鳞片石墨粉4～5％、长石粉9～12％、滑石粉5～7％、调节剂0.8～1.5％。除了低晶化点微晶玻璃粉外，漂珠粉的成份多，将粉煤灰换成漂珠就是为了降低密度，将玻璃纤维与玄武岩短切纤维混杂使用既是为了增韧效果更好，也是为了调整耐温性。此配方主要应用在客车上。
下面，通过实施例对本发明进一步详细说明。
实施例1
本实施例中，按重量百分比计，火车闸瓦(刹车片)用微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃40％、玄武岩短切纤维11％、粉煤灰32％、石墨粉6％、重晶石粉10％、调节剂1％。其中，按重量百分比计，微晶玻璃粉的组成为：二氧化硅35％，三氧化二铝16％，二氧化铅10％，氧化锌24％，氟化钙8％，氟化镁4％，氧化铜3％。微晶玻璃粉、粉煤灰、石墨粉、重晶石粉的粒度为300目，玄武岩短切纤维的规格为：长度5～15mm，直径0.1毫米，调节剂为凹凸棒土(凹凸棒土又称坡缕石Palygorskite或坡缕缟石，是一种具链层状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物)。
本实施例中，微晶玻璃复合材料火车闸瓦(刹车片)的制备方法，具体步骤如下：
(1)混料：按微晶玻璃复合材料的组成，将所需原料称量放进干式球磨机，混磨2小时后，放进密封的真空挤出机混料槽里，添加占原料19wt％的水分，随机挤出与火车闸瓦(刹车片)厚度、宽度相符的条板，采用钢丝锯切割成火车闸瓦(刹车片)长度，然后进入烘干温度为70℃的链式低温烘干窑，烘干至含水率8wt％；采用100吨级液压机用钢模压出拱形和安装螺栓孔，再进入烘干温度为200℃的链式高温烘干窑，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后进入烧结晶化窑(推板窑、网带窑或梭式窑)，在200℃预热2小时，400℃核化3小时，750℃烧结3小时，700℃晶化3小时，500℃退火2小时，50℃出窑，放置在50℃恒温库里3天后包装出厂，获得火车闸瓦(刹车片)规格为：货车440mm×86mm×50mm。
本实施例的火车闸瓦(刹车片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系数提高2～3倍，而且安全性能优于粉末冶金闸瓦，成本降低70％以上，粉尘和有害气体排出率降低90％以上。
实施例2
本实施例中，按重量百分比计，火车闸瓦(刹车片)用微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉38％、玄武岩短切纤维12％、粉煤灰32％、石墨粉5％、重晶石粉11.5％、调节剂1.5％。其中，按重量百分比计，微晶玻璃粉的组成为：二氧化硅35％，三氧化二铝15％，二氧化铅9％，氧化锌26％，氟化钙8％，氟化镁5％，氧化铜2％。微晶玻璃粉、粉煤灰、石墨粉、重晶石粉的粒度为400目，玄武岩短切纤维的规格为：长度5～15mm，直径0.1毫米，调节剂为凹凸棒土。
本实施例中，微晶玻璃复合材料火车闸瓦(刹车片)的制备方法，具体步骤如下：
(1)混料：按微晶玻璃复合材料的组成，将所需原料称量放进干式球磨机，混磨3小时后，放进密封的真空挤出机混料槽里，添加占原料18wt％的水分，随机挤出与火车闸瓦(刹车片)厚度、宽度相符的条板，采用钢丝锯切割成火车闸瓦(刹车片)长度，然后进入烘干温度为60℃的链式低温烘干窑，烘干至含水率7wt％；采用100吨级液压机用钢模压出拱形和安装螺栓孔，再进入烘干温度为150℃的链式高温烘干窑，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后进入烧结晶化窑(推板窑、网带窑或梭式窑)，在180℃预热2小时，400℃核化2小时，750℃烧结3小时，700℃晶化2小时，500℃退火2小时，50℃出窑，放置在35℃恒温库里4天后包装出厂，获得火车闸瓦(刹车片)规格为：货车440mm×86mm×50mm。
本实施例的火车闸瓦(刹车片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系数提高2～3倍，而且安全性能优于粉末冶金闸瓦，成本降低70％以上，粉尘和有害气体排出率降低90％以上。
实施例3
本实施例中，按重量百分比计，火车闸瓦(刹车片)用微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉37％、玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维13％、漂珠粉28％、鳞片石墨粉4％、长石粉10％、滑石粉7％、调节剂1％。其中，按重量百分比计，微晶玻璃粉的组成为：二氧化硅33％，三氧化二铝17％，二氧化铅9％，氧化锌27％，氟化钙7％，氟化镁4％，氧化铜3％。微晶玻璃粉、漂珠粉、鳞片石墨粉、长石粉、滑石粉的粒度为300目，玄武岩短切纤维的规格为：长度5～15mm，直径0.1毫米，玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维重量比例为1：1，调节剂为凹凸棒土。
本实施例中，微晶玻璃复合材料火车闸瓦(刹车片)的制备方法，具体步骤如下：
(1)混料：按微晶玻璃复合材料的组成，将所需原料称量放进干式球磨机，混磨2小时后，放进密封的真空挤出机混料槽里，添加占原料20wt％的水分，随机挤出与火车闸瓦(刹车片)厚度、宽度相符的条板，采用钢丝锯切割成火车闸瓦(刹车片)长度，然后进入烘干温度为80℃的链式低温烘干窑，烘干至含水率9wt％；采用100吨级液压机用钢模压出拱形和安装螺栓孔，再进入烘干温度为250℃的链式高温烘干窑，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后进入烧结晶化窑(推板窑、网带窑或梭式窑)，在200℃预热2小时，400℃核化2小时，750℃烧结2小时，700℃晶化2小时，500℃退火2小时，50℃出窑，放置在50℃恒温库里2天后包装出厂，获得火车闸瓦(刹车片)规格为：客车314mm×80mm×47mm。
本实施例的火车闸瓦(刹车片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系数提高2～3倍，而且安全性能优于粉末冶金闸瓦，成本降低70％以上，粉尘和有害气体排出率降低90％以上。
实施例4
本实施例中，按重量百分比计，火车闸瓦(刹车片)用微晶玻璃复合材料的组成为：微晶玻璃粉36％、玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维13％、漂珠粉25.5％、鳞片石墨粉5％、长石粉12％、滑石粉7％、调节剂1.5％。其中，按重量百分比计，微晶玻璃粉的组成为：二氧化硅33％，三氧化二铝16％，二氧化铅12％，氧化锌26％，氟化钙7％，氟化镁4％，氧化铜2％。微晶玻璃粉、漂珠粉、鳞片石墨粉、长石粉、滑石粉的粒度为300目，玄武岩短切纤维的规格为：长度5～ 15mm，直径0.1毫米，玻璃纤维与玄武岩短切纤维的混杂纤维重量比例为1：1，调节剂为凹凸棒土。
本实施例中，微晶玻璃复合材料火车闸瓦(刹车片)的制备方法，具体步骤如下：
(1)混料：按微晶玻璃复合材料的组成，将所需原料称量放进干式球磨机，混磨1小时后，放进密封的真空挤出机混料槽里，添加占原料18wt％的水分，随机挤出与火车闸瓦(刹车片)厚度、宽度相符的条板，采用钢丝锯切割成火车闸瓦(刹车片)长度，然后进入烘干温度为55℃的链式低温烘干窑，烘干至含水率7wt％；采用100吨级液压机用钢模压出拱形和安装螺栓孔，再进入烘干温度为180℃的链式高温烘干窑，烘干至含水率低于1wt％；
(2)烘干后进入烧结晶化窑(推板窑、网带窑或梭式窑)，在150℃预热2小时，400℃核化3小时，750℃烧结3小时，700℃晶化3小时，500℃退火2小时，50℃出窑，放置在38℃恒温库里3天后包装出厂，获得火车闸瓦(刹车片)规格为：客车314mm×80mm×47mm。
本实施例的火车闸瓦(刹车片)不但抗磨能力提高5～10倍、摩擦系数提高2～3倍，而且安全性能优于粉末冶金闸瓦，成本降低70％以上，粉尘和有害气体排出率降低90％以上。
实施例结果表明，本发明采用常用的陶瓷工业用机械和窑炉，主要难度在挤出成型工艺的物料粘度及湿度调节，粘度大脱模不利，湿度小挤不出、湿度大易变型。两次烘干工艺也十分复杂，第一次要求不能太急，内、外部水分差距不能超过0.2wt％，第二次烘干切忌爆裂纹的发生会影响产品的使用寿命。