东北大学成功合成用于火车高磨合成闸瓦的硫酸钙晶须材料
在近日召开的第十四届非金属矿加工利用技术交流会上，东北大学的朱一民教授代表韩跃新教授课题组，介绍了东北大学矿物与粉体技术研究中心在水热法合成硫酸钙晶须及其在火车高磨合成闸瓦中的应用的相关研究。
晶须是具有均一的横截面、完整的外形、完善的内部结构，长径比达到5～1000甚至更高的纤维状单晶体。由于晶须在结晶时原子结构排列高度有序，使得其内部存在的缺陷非常少，因而其强度接近于材料原子间价键的理论强度，其机械强度等于邻接原子间力，是一种强度很高的材料。晶须可作为一种高强度、高模量、耐热、耐磨的高性能新型增强材料，可对基体材料实现增强，从而得到质量较高的产品。
硫酸钙晶须是目前研究较多的一种常见的矿物晶须，东北大学的韩跃新教授带领的团队，以石膏(CaSO4·2H2O)为原料,采用水热法合成了超细硫酸钙晶须。制备超细硫酸钙晶须的最优工艺条件为反应温度120℃、料浆初始pH值9.8~10.1、料浆质量分数5%、原料粒度18.1μm。在此条件下,制备出了平均直径为0.19μm,长径比为98的超细硫酸钙晶须产品，添加到火车高磨合成闸瓦中表现出了优异的性能。
高磨合成闸瓦是火车制动器的核心部件。要实现火车的制动，闸瓦要有一定的摩擦系数，同时要给闸瓦施加压力。高摩闸瓦一般的摩擦系数 应该在0.3以上。我国每年需要火车闸瓦数千万块，价值数十亿元人民币。国外使用的闸瓦绝大部分材质为无石棉的合成闸瓦：99%为无石棉、树脂基合成闸瓦;铸铁闸瓦小于1%;粉末冶金闸瓦小于0.1%。而我国石棉基的高磨闸瓦至今仍占很大比例。
东北大学与浙江三门哈达摩擦材料厂联合研制的添加硫酸钙晶须的“HD型铁路货车高摩合成闸瓦”先后通过了铁道部的审查和验收，并且在使用中表现出了优异的性能。硫酸钙晶须在其中体现出了优良的增强和散热性能。
(1)导热性好、温升低：制动台架试验表明，车轮踏面最高温升为167℃，一般温升在70-106℃，远低于《铁路货车高摩擦系数合成闸瓦技术条件》规定的不高于400℃的温升值。
(2)耐磨性好：制动台架上一次停车制动试验，闸瓦的磨耗量总和为0.08cm3/mJ，远低于标准规定的磨耗量总和不大于1.5cm3/mJ的规定。
(3)摩擦系数变化平稳：制动台架实验数据和曲线表明，随着速度和温度的变化，闸瓦的摩擦系数变化十分平稳。
(4)通过在一些机车和一些企业自备车上数年的运行结果表明：HD型高摩瓦不龟裂、不掉块、不镶嵌、不粘辊，且防老化性好。
(5)有利于环境保护：HD高摩瓦不含石棉和铅等有害物质，在生产和使用中不会造成环境污染，不会影响生产工人和列车检查人员的身体健康。
2006年7月，硫酸钙晶须增强的高摩合成火车闸瓦开始在神华公司神木北段至黄骅港线使用，3800辆车装用30400块闸瓦;该路段车辆运转周期为 2.7天，月运行约2万公里，年运行里程约23万公里。该线路状况复杂，桥梁、隧道、小曲线、长大坡道居多，全长815公里，其中坡度达到12‰的连续坡道有300多公里。为了保证运用安全，避免出现磨托等故障，神华公司规定闸瓦的运行限度为20mm，比《铁路货车运用维修规程》规定的闸瓦运用限度 14mm更严格。
