東北大學成功合成用于火車高磨合成閘瓦的硫酸鈣晶須材料
在近日召開的第十四屆非金屬礦加工利用技術交流會上，東北大學的朱一民教授代表韓躍新教授課題組，介紹了東北大學礦物與粉體技術研究中心在水熱法合成硫酸鈣晶須及其在火車高磨合成閘瓦中的應用的相關研究。
晶須是具有均一的橫截面、完整的外形、完善的內部結構，長徑比達到5～1000甚至更高的纖維狀單晶體。由于晶須在結晶時原子結構排列高度有序，使得其內部存在的缺陷非常少，因而其強度接近于材料原子間價鍵的理論強度，其機械強度等于鄰接原子間力，是一種強度很高的材料。晶須可作為一種高強度、高模量、耐熱、耐磨的高性能新型增強材料，可對基體材料實現增強，從而得到質量較高的產品。
硫酸鈣晶須是目前研究較多的一種常見的礦物晶須，東北大學的韓躍新教授帶領的團隊，以石膏(CaSO4·2H2O)為原料,采用水熱法合成了超細硫酸鈣晶須。制備超細硫酸鈣晶須的最優工藝條件為反應溫度120℃、料漿初始pH值9.8~10.1、料漿質量分數5%、原料粒度18.1μm。在此條件下,制備出了平均直徑為0.19μm,長徑比為98的超細硫酸鈣晶須產品，添加到火車高磨合成閘瓦中表現出了優異的性能。
高磨合成閘瓦是火車制動器的核心部件。要實現火車的制動，閘瓦要有一定的摩擦系數，同時要給閘瓦施加壓力。高摩閘瓦一般的摩擦系數 應該在0.3以上。我國每年需要火車閘瓦數千萬塊，價值數十億元人民幣。國外使用的閘瓦絕大部分材質為無石棉的合成閘瓦：99%為無石棉、樹脂基合成閘瓦;鑄鐵閘瓦小于1%;粉末冶金閘瓦小于0.1%。而我國石棉基的高磨閘瓦至今仍占很大比例。
東北大學與浙江三門哈達摩擦材料廠聯合研制的添加硫酸鈣晶須的“HD型鐵路貨車高摩合成閘瓦”先后通過了鐵道部的審查和驗收，并且在使用中表現出了優異的性能。硫酸鈣晶須在其中體現出了優良的增強和散熱性能。
(1)導熱性好、溫升低：制動臺架試驗表明，車輪踏面最高溫升為167℃，一般溫升在70-106℃，遠低于《鐵路貨車高摩擦系數合成閘瓦技術條件》規定的不高于400℃的溫升值。
(2)耐磨性好：制動臺架上一次停車制動試驗，閘瓦的磨耗量總和為0.08cm3/mJ，遠低于標準規定的磨耗量總和不大于1.5cm3/mJ的規定。
(3)摩擦系數變化平穩：制動臺架實驗數據和曲線表明，隨著速度和溫度的變化，閘瓦的摩擦系數變化十分平穩。
(4)通過在一些機車和一些企業自備車上數年的運行結果表明：HD型高摩瓦不龜裂、不掉塊、不鑲嵌、不粘輥，且防老化性好。
(5)有利于環境保護：HD高摩瓦不含石棉和鉛等有害物質，在生產和使用中不會造成環境污染，不會影響生產工人和列車檢查人員的身體健康。
2006年7月，硫酸鈣晶須增強的高摩合成火車閘瓦開始在神華公司神木北段至黃驊港線使用，3800輛車裝用30400塊閘瓦;該路段車輛運轉周期為 2.7天，月運行約2萬公里，年運行里程約23萬公里。該線路狀況復雜，橋梁、隧道、小曲線、長大坡道居多，全長815公里，其中坡度達到12‰的連續坡道有300多公里。為了保證運用安全，避免出現磨托等故障，神華公司規定閘瓦的運行限度為20mm，比《鐵路貨車運用維修規程》規定的閘瓦運用限度 14mm更嚴格。
