本发明属于轨道交通装备领域，更具体地说，涉及一种陶瓷基踏面清扫器研磨子及其制作方法。
背景技术：
踏面清扫器起着清扫车轮、增加轮轨粘着系数以保证行车制动安全的作用，踏面清扫器直接作用于车轮上的部件被称作研磨子。研磨子是踏面清扫器中一个具有清扫、增粘、修圆等作用的一个摩擦部件，鉴于上述的功能，研磨子对压成型后固化而成，由于酚醛树脂的热分解特性，使得研磨子在长时间的拖磨过程中，由于研磨子对行车安全起到及其重要的作用。在研磨子的生产过程中，一般以酚醛树脂为结合剂进行热压成型，在摩擦的过程中温度急剧升高，使树脂产生热分解，造成结合力下降，进而造成研磨子的摩擦力迅速下降，研磨子掉渣现象严重，另外在树脂热分解的过程中有机物挥发产生的气味会分散在大气中，可能会对环境本身产生不良的影响。
为了解决上述问题，经检索，中国专利cn107915951a公开了一种高速动车用研磨子，该研磨子由酚醛树脂、钢纤维、铜铝粉末、碳纤维、碳化钨、芳纶、氧化铁黑、丁腈橡胶、促进剂组成的复合材料制成，本发明还提供一种制备研磨子方法；再如中国专利cn102432978a公开了一种用于动车踏面清扫器研磨子，该研磨子由复合材料制成，该复合材料的组分包括改性酚醛树脂6818、还原铁粉、铜纤维、钢纤维、海泡石、钾长石、石墨、冰晶石和氧化铝，本发明还提供了一种研磨子制备方法；再如cn108839640a公开了一种高速动车组用研磨子及其制备方法，研磨子由摩擦材料与钢背组成，摩擦材料由特定物理性能的酚醛树脂、增强纤维和填料等组分组成，摩擦材料组分需进行混合和烘干等预处理，钢背需经过喷砂和喷涂树脂胶水等预处理；然后将预处理过的摩擦材料和钢背一起通过特殊的热压成型和热处理等工艺，制备得到研磨子；再如中国专利cn108359212a公开了一种用于轨道车辆的研磨子及其制备方法，所述研磨子的原料包含：酚醛树脂、钾长石、硫酸钡、石墨、硅灰棉、铜纤维、铁粉、氧化铝以及海泡石；再如中国专利cn107188456a公开了一种动车踏面清扫器修形研磨子及其制备方法。首先按照重量百分比进行原料的配制：粘结剂10～35％，丁腈橡胶5～15％，碳纤维10～20％，芳纶纤维5～10％，修形助剂15～35％，石墨0～10％；然后将上述原料先按比例、分步骤的加入到高速犁耙式混料机中混合，混合5～10min，在室温～150℃下将物料在成型模具中以200～600kg/cm2的压力反应200～500秒，然后将成型的研磨子在高温下烧结，烧结温度为100～140℃，烧结时间5～20小时，即得到研磨子。
通过分析上述专利的内容，由于树脂在升到定温度后会进行缩合反应，同时放出气体，树脂多虽然能增加产品的强度但同时也会放出大量的气体，这些气体会造成研磨子内部产生裂纹，导致研磨子存在韧性差，以及热稳定性差，在使用过程容易产生掉渣，动车的行驶安全受到威胁。
技术实现要素：
1.要解决的问题
针对现有研磨子存在韧性差，以及热稳定性差，在使用过程容易产生掉渣，影响安全使用的问题，本发明提供一种陶瓷基踏面清扫器研磨子及其制作方法，研磨子的韧性好，具有很好的热稳定性，可以有效延长使用寿命。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
本发明提供一种陶瓷基踏面清扫器研磨子，包括组分按以下质量百分比：碳化硅晶须5～10％，氮化硅铁5～15％，石英粉5～20％，氧化铝粉5～10％，氧化钛5～8％，氧化锆粉15～25％，改性酚醛树脂10～20％，四氢呋喃5～10％，水5～10％。当然，存在上述组分之外，还可以添加少许的铜粉，具体的添加量为研磨子组分总量的0.1-0.2％。
当研磨子在预定量的范围内包含铜粉时，能够提高低温下的摩擦系数，并且抑制在高温和高速下摩擦系数的下降。可能的原因是：在研磨子与匹配材料(转子)之间摩擦的期间，由于摩擦材料中包含的铜的延展性，在匹配材料的表面上形成粘附被覆膜，并且起到保护膜的作用，从而能够在高温下保持高摩擦系数并抑制匹配材料的磨损。
此外，为了适应动车的高抗冲击强度，本发明的研磨子改变现有技术陶瓷基的摩擦材料不适用动车研磨子的使用要求，对其组分做出了明确的规定：
w(碳化硅晶须)+w(石英粉)+w(氧化钛)+w(氧化锆粉)+w(氮化硅铁)+w(氧化铝粉)的总量与w(改性酚醛树脂)的量比值范围为3-6：1。
作为本发明的进一步改进，所述的氧化铝粉为ρ-al2o3、α-al2o3和γ-al2o3中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述的氧化锆粉为钙钇复合稳定氧化锆、钙稳定氧化锆中的一种，采用粒度为100目与325目按3：2比例混合而成。
作为本发明的进一步改进，所述的氧化钛为钠米氧化钛。
作为本发明的进一步改进，所述的改性酚醛树脂为硅烷偶联剂改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂和尼龙改性酚醛树脂中的一种。
本发明提供一种陶瓷基踏面清扫器研磨子的制备方法，包括如下步骤：
(1)将陶瓷原料碳化硅晶须、氮化硅铁、石英粉、氧化铝粉、氧化钛、氧化锆粉，将上述原料投入混料机中，并加入改性酚醛树脂预混；
(2)预混完成后，加入四氢呋喃、水继续混合，造成直径约2～3mm的颗粒；
(3)将造粒后的混合料放入干燥箱中干燥2～3小时，检测挥发份小于1％即得合格陶瓷料；
(4)将上述合格料投入压机模具中，放入配套钢背进行真空热压成型，压机模具的真空度0.1～0.5mpa；
(5)将成型后的半成品置于燃气式固化炉中进行固化处理11小时，即得成品。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的陶瓷基踏面清扫器研磨子，以改性酚醛树脂为结合剂进行热压成型，增加产品强度以及提高研磨子的耐高温性能，对环境保护方面也可起到一定的社会效益；
(2)本发明的陶瓷基踏面清扫器研磨子，合理的热压压力和热处理时间可以减少树脂在升温过程中产生的气体，避免研磨子内部产生裂纹，可以提高研磨子的的韧性，具有很好的热稳定性，而且不易掉渣，可以有效延长使用寿命；
(3)本发明的陶瓷基踏面清扫器研磨子，其摩擦稳定性、韧性及热稳定性较好，由于不会对车轮造成异常磨耗，使得车轮的旋修周期延长，进而增加了车轮的运营里程，有着较大的经济效益；
(4)本发明的陶瓷基踏面清扫器研磨子的制备方法，步骤衔接有序，工艺简单，容易操作。
具体实施方式
下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围，而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述，以提出执行本发明的最佳方式，并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
实施例1
本实施例的一种陶瓷基踏面清扫器研磨子及其制作方法，具体包括如下步骤：
(1)按如下配比进行配料
碳化硅晶须8％，氮化硅铁10％，石英粉18％，ρ-al2o310％，钠米氧化钛8％，钙钇复合氧化锆粉20％，硅烷偶联剂改性酚醛树脂15％，四氢呋喃6％，水5％，其中w(碳化硅晶须)+w(石英粉)+w(氧化钛)+w(氧化锆粉)+w(氮化硅铁)+w(氧化铝粉)的总量与w(改性酚醛树脂)的量比值为4.9：1；
(2)将上述的陶瓷原料碳化硅晶须，氮化硅铁，石英粉，氧化铝粉，钠米氧化钛，钙钇复合氧化锆粉，将上述原料投入混料机中，并加入改性酚醛树脂预混；
(3)预混完成后，加入四氢呋喃、水继续混合，造成直径约2mm的颗粒；
(4)将造粒后的混合料放入干燥箱中干燥3小时，检测挥发份为0.8％，小于1％即得合格陶瓷料。
(5)将上述合格料投入压机模具中，放入配套钢背进行真空热压成型，真空度0.18mpa，按表1的压制曲线设定好之后，点击压机启动按扭。设定压制曲线如下表1：
表1设定的压制曲线
(6)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门，即得成品。
需要说明的是：由于树脂在升到定温度后会进行缩合反应，同时放出气体，树脂多虽然能增加产品的强度但同时也会放出大量的气体，这些气体会造成研磨子内部产生裂纹，导致研磨子存在韧性差，以及热稳定性差，在使用过程容易产生掉渣，动车的行驶安全受到威胁。
因此，发明人通过大量的试验和分析，对研磨子的固化温度曲线进行了设计，通过温度的不同设计，使得研磨子在热处理时及时放出气体，在压制时把温度提高到能使树脂全部固化的程度，使研磨子在压制时把改性树脂全部固化；但不能把温度调得太高，即不超过185℃，因为压制温度一高，研磨子表面会迅速固化，内部气体就不利于排出，压机出瓦后容易产生气泡和裂纹，反而对研磨子的性能不利。
实施例2
本实施例的一种陶瓷基踏面清扫器研磨子及其制作方法，具体包括如下步骤：
(1)按如下配比进行配料
碳化硅晶须5％，氮化硅铁15％，石英粉12％，ρ-al2o310％，钠米氧化钛7.9％，钙钇复合氧化锆粉20％，硅烷偶联剂改性酚醛树脂20％，四氢呋喃5％，水5％，铜粉0.1％；
(2)将上述的陶瓷原料碳化硅晶须，氮化硅铁，石英粉，氧化铝粉，钠米氧化钛，钙钇复合氧化锆粉，将上述原料投入混料机中，并加入改性酚醛树脂预混；
(3)预混完成后，加入四氢呋喃、水继续混合，造成直径约3mm的颗粒；
(4)将造粒后的混合料放入干燥箱中干燥2小时，检测挥发份为0.94％，小于1％即得合格陶瓷料。
(5)将上述合格料投入压机模具中，放入配套钢背进行真空热压成型，真空度0.3mpa，按表2的压制曲线设定好之后，点击压机启动按扭。设定压制曲线如下表2：
表2设定的压制曲线
(6)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门，即得成品。
实施例3
本实施例的一种陶瓷基踏面清扫器研磨子及其制作方法，具体包括如下步骤：
(1)按如下配比进行配料
碳化硅晶须10％，氮化硅铁8％，石英粉15％，ρ-al2o38％，钠米氧化钛5％，钙钇复合氧化锆粉24.8％，硅烷偶联剂改性酚醛树脂16％，四氢呋喃6％，水7％，铜粉0.2％，其中w(碳化硅晶须)+w(石英粉)+w(氧化钛)+w(氧化锆粉)+w(氮化硅铁)+w(氧化铝粉)的总量与w(改性酚醛树脂)的量比值为4.4：1；
(2)将上述的陶瓷原料碳化硅晶须，氮化硅铁，石英粉，氧化铝粉，钠米氧化钛，钙钇复合氧化锆粉，将上述原料投入混料机中，并加入改性酚醛树脂预混；
(3)预混完成后，加入四氢呋喃、水继续混合，造成直径约2.5mm的颗粒；
(4)将造粒后的混合料放入干燥箱中干燥2小时，检测挥发份为0.85％，小于1％即得合格陶瓷料。
(5)将上述合格料投入压机模具中，放入配套钢背进行真空热压成型，真空度0.15mpa，按表3的压制曲线设定好之后，点击压机启动按扭。设定压制曲线如下表3：
表3设定的压制曲线
(6)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门，即得成品。
实施例4
本实施例的一种陶瓷基踏面清扫器研磨子及其制作方法，具体包括如下步骤：
(1)按如下配比进行配料
碳化硅晶须10％，氮化硅铁10％，石英粉20％，ρ-al2o38％，钠米氧化钛7％，钙钇复合氧化锆粉15％，硅烷偶联剂改性酚醛树脂10％，四氢呋喃10％，水10％；其中w(碳化硅晶须)+w(石英粉)+w(氧化钛)+w(氧化锆粉)+w(氮化硅铁)+w(氧化铝粉)的总量与w(改性酚醛树脂)的量比值为6：1；
(2)将上述的陶瓷原料碳化硅晶须，氮化硅铁，石英粉，氧化铝粉，钠米氧化钛，钙钇复合氧化锆粉，将上述原料投入混料机中，并加入改性酚醛树脂预混；
(3)预混完成后，加入四氢呋喃、水继续混合，造成直径约2mm的颗粒；
(4)将造粒后的混合料放入干燥箱中干燥2小时，检测挥发份为0.9％，小于1％即得合格陶瓷料。
(5)将上述合格料投入压机模具中，放入配套钢背进行真空热压成型，真空度0.2mpa，按表4的压制曲线设定好之后，点击压机启动按扭。设定压制曲线如下表4：
表4设定的压制曲线
(6)保压结束后，出模，得到半成品，之后将该半成品放入燃气式固化炉中进行固化处理，该固化炉热量从是研磨子架下方进入，从炉体上方排出，并循环利用，保证研磨子的固化均匀性，具体的固化曲线如下：升温过程如下：室温～80℃为1小时，80～120℃为2小时，120～140℃为3小时，140～165℃为3小时，165～185℃为2小时，之后自然冷却到100℃以下即可打开固化室门，即得成品。
将上述实施例1-4得到的研磨子进行力学性能检测，具体项目如下，研磨子力学性能测试样品的尺寸为20mm(长)×10mm(宽)×10mm(高)，按照如下标准对其进行测试：
(1)压缩强度：采用标准gb/t1041-2008，测试速度0.5mm·min-1；
(2)弹性模量：采用标准gb/t1041-2008，测试速度0.5mm·min-1，采集最大强度值的5％～20％的弹性模量；
(3)冲击强度：采用标准gb/t1043.1-2008；
(4)洛氏硬度：采用标准gb/t3398.2-2008；
(5)强制磨耗性测试：采用1：1制动动力试验台，拖磨时间20min，正压力2mpa，车轮速度250km·h-1，crh2动车车轮。
表5研磨子的力学性能
由上述的力学性能数据分析得到，本发明的研磨子具有较高的强度以及较好的耐高温性能。