[发明专利]壳体多孔硅酸盐及其制备方法和含它的摩擦材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种特殊结晶形貌的硅酸盐，特别是由针状晶体短纤 维编织的封闭外壳包围的多孔球状的硅酸盐，及这种特殊结晶形貌的 硅酸盐的制备方法，还涉及一种含它的摩擦材料。

背景技术

以往用作制动部件的摩擦材料多是分散在有机粘合剂或无机粘 合剂中的石棉。然而，这些材料不具备充分的耐热性和耐磨损性能。 如摩擦系数不稳定，耐摩性较差，特别这些性能在高温区会明显下降， 会导致其较大衰损。在实施制动时，摩擦材料与高速制动片的接触会 引起较大的“制动噪音”。同时，石棉是一种已知的致癌物质，其粉 尘会使操作人员吸入起病。鉴于这样的环境卫生问题，石棉的使用已 日益受到限制，迫切需要研制石棉的代用品。

已经提出使用非致癌的钛酸钾晶须摩擦材料作为摩擦控制剂，并 已经用于汽车的制动垫中。尽管含钛酸钾晶须的摩擦材料具有良好的 滑动性能和制动效果，对摩擦副制动片损伤小的优点，但这种材料的 耐磨性不够，尤其在高温区，磨损速度较快，而且对“制动噪音”也 不能有效的解决。

为了解决上述问题，发明者根据目前摩擦材料中常用的配方原 料，寻求成分基本相似、但结构不同的新型同素异构体，特别是想制 造出中空结构的轻体材料，并要求这种材料能耐高温，在摩擦材料使 用温度范围能保持摩擦系数稳定、磨耗小。因为中空结构包含许多孔 隙，对减噪消音必然有良好效果。经过调查和实验研究，发现用可控 制的结晶方法能制备出这种特殊结晶形貌的壳体多孔球状硅酸盐，这 种材料质轻、耐热、耐磨，摩擦性能可达到要求。

关于制造轻体成型材料，目前已有一些专利发表。如美国专利 US3915725介绍了用硅酸和石灰浆水热反应在高温高压下经过喷雾 得到的产物加入粘接剂，加压成型、干燥制备出由条状晶体缠绕的球 形聚集体成型的轻体制品；日本专利公报昭56-78465，介绍了硅酸钙 成型体的制造方法，将石灰、硅酸及纤维原料相混合，加水在高温高 压蒸气条件下成型干燥，作成制品；中国专利ZL200410009902.8介 绍了一种硅酸钙复合纳米孔超级材料的制备方法，采用了超细直径的 硬硅钙石纤维形成的中空二次粒子作为硬质支撑骨架与二氧化硅气 凝胶复合，制造了块状、管状和瓦状超级绝热材料产品，使材料强度 大幅度提高。但关于本发明壳体多孔结构特征的硅酸盐及其制备方法 还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖的壳体多孔的硅酸盐，这种材料无 毒性，是环保性的材料，在使用该材料用作摩擦材料配方时能提高耐 热性和耐磨损性能，特别对消除“制动噪音”有明显效果。本发明还 提供制造这种材料的方法以及使用这种材料作配方原料的摩擦材料。

为达到上述目的，本发明人进行了深入持久的研究后，通过采用 可控制的特殊结晶方法成功地获得了符合上述要求的新颖的壳体多 孔结构的硅酸盐，并用这种新颖结构的材料作配方制造出了能保证耐 热性和耐磨损性并能明显减噪消音的摩擦材料。

这种新颖材料的结构特征是具有由针状晶体短纤维编织的封闭 外壳包围的多孔的球状物，堆积密度为20～200g/L，平均尺寸为1～ 1000μm，其主要成分为化学式Ca₆Si₆O₁₇(OH)₂，并含1～20wt.％的 CaSiO₃.H₂O表示的硅酸盐。

本发明提供了制造上述壳体多孔硅酸盐的方法，以含钙化合物、 含硅化合物为原料，并加入反应促进剂金属硅粉，由水热反应获得， 其特征在于：

——以含钙化合物及含硅化合物为主要原料，Ca²⁺∶Si⁴⁺为0.8～ 1.2∶1摩尔比，并在其中加入原料总量0.1～5wt.％的金属硅粉作反应 促进剂，再加入适量的水，其液/固比为10～100(重量比)相混合；

——水热反应在升温速度0.2～3℃/min、保温温度160℃～280 ℃、压力6～68Kg/cm²下进行，保温30分钟～24小时，搅拌速度为 20～500rpm。

——上述方法获得的硅酸盐经水洗、过滤后，于120℃～280℃、 3～20小时烘干。

本发明制造壳体多孔硅酸盐的方法中，所含钙化合物为氧化钙、 氢氧化钙、碳酸钙、氯化钙、硫酸钙之一或多种。