JP2016508171A - 改善された摩擦材料およびその生産方法 - Google Patents

Abstract

摩擦材料組成物は、研磨剤、充填剤、バインダー、および球状二硫化モリブデン粉末を包含することができる。球状二硫化モリブデン粉末は、一緒に凝集して個々の実質的に球形で少なくとも約９０重量％が二硫化モリブデンである凝集粒子を形成する二硫化モリブデン副粒子で構成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、一般に摩擦材料、より具体的には、改善された性能を有する摩擦材料組成物に関する。

二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）は、通常“一次的”鉱区から得られる輝水鉛鉱鉱石から回収されるが、“非一次的”鉱区から得られる二次的または副産物としての輝水鉛鉱から回収することもできる。例えば、二次的輝水鉛鉱は、二次的輝水鉛鉱が典型的には銅含有材料（例えば硫化銅）と組み合わさっている銅山から得ることができる。そのような場合、二硫化モリブデン濃縮物が、硫化銅−二硫化モリブデンの分離プロセスから副産物として得られる。

大まかに言って、輝水鉛鉱鉱石は、軟質で黒色の六方晶系ＭｏＳ_２結晶質構造の堆積物が内部に広く分散している（例えば、鉱体全体のほんの約０．０３〜０．６重量％の平均濃度で）ケイ酸化花崗岩組成物からなる。ＭｏＳ_２含有鉱石（例えば輝水鉛鉱）のもっとも大きい供給源の１つは、現在Ｃｌｉｍａｘ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙにより操業されているコロラド州（米国）Ｅｍｐｉｒｅ付近のＨｅｎｄｅｒｓｏｎモリブデン鉱山であるが、世界中の他の鉱区でもこの材料が大量に産出される可能性がある。Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ鉱山は“一次的”鉱山とみなされており、大量の輝水鉛鉱鉱石を産出することができる。

典型的な処理操作では、輝水鉛鉱鉱石を最初に物理的粉砕プロセスに付し、ここで、鉱石のサイズを複数の小さな粒子（例えば、典型的には約１００Ｕ．Ｓ．メッシュ以下の粒径を有する）まで小さくする。その後、鉱石粒子をさらに処理して、該粒子から望ましいＭｏＳ_２を取り出す。この処理段階は、さまざまな技術、例えば、さまざまな炭化水素組成物およびこの目的に関し当分野で公知の湿潤剤が採用される泡沫浮選抽出手順を用いて、達成することができる。結果として、望ましいＭｏＳ_２を、鉱石に基づく廃棄材料（すなわち“脈石”）、例えば、シリカ、シリケート、粘土、および他の不要な材料から、効果的に分離することができる。望ましいＭｏＳ_２組成物は、脈石と比較してその重量および密度レベルが非常に小さいため、浮遊泡沫中で容易に分離される。

得られた二硫化モリブデン濃縮物（すなわち、上記のように一次的または二次的供給源のいずれかからのもの）を乾燥し、大きさに従って分級して（例えば、粉砕およびそれに続く分級段階により）、望ましいグレードおよび粒径を有する二硫化モリブデン粉末生産物を生産することができる。二硫化モリブデンの代表的グレードとしては、“工業用”、“工業用上級”および“最上級”グレードが挙げられるが、他のグレードも公知であり、市販されている。工業用グレードの二硫化モリブデンは、典型的には約９８％（重量に基づく）の二硫化モリブデンを含み、残りは、多種多様な因子に応じて、さまざまな量の鉄、三酸化モリブデン、水、油、および炭素を含む。

上記タイプの二硫化モリブデン粉末は、多種多様な生産物のいずれかに、多種多様な目的で、用いることができる。例えば、二硫化モリブデン粉末は、“乾燥した”形で、または、さまざまな油およびグリースと組み合わせて、潤滑剤として一般に用いられる。二硫化モリブデンはまた、広範な物品のいずれかの上部に、典型的にはそのような材料の潤滑性を向上させるために、二硫化モリブデンのコーティングを形成するために用いることができる。二硫化モリブデン粉末を、さまざまな材料、例えば、金属、金属合金、樹脂、およびポリマーと組み合わせて、それらの性質を向上させることもできる。

摩擦材料組成物は、研磨剤、充填剤、バインダー、および球状二硫化モリブデン粉末で作製されている摩擦改質剤を包含することができる。球状二硫化モリブデン粉末は、該球状二硫化モリブデン粉末が少なくとも約９０重量％の二硫化モリブデンを包含するように、一緒に凝集して個々の実質的に球形の粒子を形成している二硫化モリブデン副粒子を包含する。

他の一態様において、摩擦材料組成物は、研磨剤、充填剤、バインダー、および球状二硫化モリブデン粉末を包含する。これに関し、該球状二硫化モリブデン粉末は、球状二硫化モリブデン粉末が少なくとも約９０重量％の二硫化モリブデンを包含するように、概してフレーク状の二硫化モリブデン副粒子の凝集体である実質的に球形の二硫化モリブデン粒子で構成されている。

以下を包含する、摩擦材料組成物の作製方法も開示する：研磨剤材料、充填剤材料、およびバインダー材料の各供給物を提供し；球状二硫化モリブデン粉末の供給物を提供し、これに関し、該球状二硫化モリブデン粉末は、概してフレーク状の二硫化モリブデン副粒子の凝集体を包含する；研磨剤材料、充填剤材料、バインダー材料、および球状二硫化モリブデン粉末を一緒に混合して、実質的に均質な混合物を形成し；該実質的に均質な混合物を圧粉して、予備形成物品を形成し；そして、該予備形成物品を熱圧して、摩擦材料組成物を形成する。

図１は、試験９の態様から生産された二硫化モリブデン球状粉末の倍率５０×での走査型電子顕微鏡写真である。 図２は、試験２の態様から生産された二硫化モリブデン球状粒子の倍率７５００×での走査型電子顕微鏡写真であり、凝集している個々の副粒子を示している。 図３は、試験８の態様からの砕けた実質的に中実の二硫化モリブデン球状粒子の倍率５００×での走査型電子顕微鏡写真である。 図４は、試験６の態様からの砕けた中空の二硫化モリブデン球状粒子の倍率１０００×での走査型電子顕微鏡写真である。 図５は、二硫化モリブデン球状粉末生産物の生産方法の一態様における基本的プロセス段階のプロセスフローチャートである。 図６は、二硫化モリブデン球状粉末生産物から表面コーティングを生産するための方法の一態様における基本的プロセス段階のプロセスフローチャートである。 図７は、二硫化モリブデン球状粉末生産物を生産するために用いることができるパルス燃焼噴霧乾燥装置の一態様の略図である。 図８は、試験５の態様から生産された二硫化モリブデン球状粉末の倍率５０×での走査型電子顕微鏡写真である。 図９は、試験７の態様から生産された二硫化モリブデン球状粉末の倍率１０００×での走査型電子顕微鏡写真である。 図１０は、試験４の態様から生産された二硫化モリブデン球状粉末の倍率１５００×での走査型電子顕微鏡写真である。 図１１は、試験５の態様から生産された二硫化モリブデン球状粒子の倍率５０００×での走査型電子顕微鏡写真であり、凝集している個々の副粒子を示している。 図１２は、試験１の態様から生産された二硫化モリブデン球状粉末生産物の倍率１００×での走査型電子顕微鏡写真である。

本発明の例示的で現在好ましい態様を、添付図面に示す。
本発明のさまざまな態様に従った二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を図１〜４に写真で示す。これは、図５に例示するプロセス１２により生産することができる。大まかに言えば、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は複数の概して球形の粒子１４を含み、粒子１４は、図２でよくわかるように、それ自体がより小さな副粒子１６の凝集体である。副粒子１６は、一緒に密着または凝集しているフレーク様またはプレート様の粒子を含み、これにより概して球形の粒子１４を形成している。したがって、球形の凝集粒子１４は、概して平滑で球形度の高い外側表面を有するが（例えば、図１に示すように）、それにも関わらず、ラメラ型構造を含む（例えば、図２および図３に示すように）。したがって、本発明に従った二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、選択的に“積層フレークで作られた球体”と特徴付けることができる。

球状二硫化モリブデン粉末１０を構成する球形の凝集粒子１４の多くは、実質的に中実、すなわち、図３でよくわかるように、非中空である。しかしながら、他の球状粒子１４は、図４でよくわかるように、シェル様または中空の構造であることができる。これに加えて、概して球形の凝集粒子１４は、図３、４、９および１０に写真で示されている粒子１４の比較的平滑でほぼつるつるの外観により証明されるように、薄いフィルムまたはコーティングを上部に有すると思われる。今のところ、粒子１４上の薄いフィルムまたはコーティングは、噴霧乾燥プロセス中に粒子１４の表面に運ばれる残留量のバインダー２２または分散剤２４（またはその何らかの組み合わせ）を含むと考えられる。薄い表面フィルムまたはコーティングは、粒子１４に、従来の二硫化モリブデン粉末には付随しない追加的な利点および有益な特性を十分にもたらすことができる。例えば、薄いフィルムまたはコーティングは、粒子１４を構成する二硫化モリブデンとさまざまなガス（例えば酸素）が反応するのを妨げる（または実質的に減じる）バリヤーを作り出すことができる。そのようなバリヤーの効果は、薄いフィルムまたはコーティングがバインダー２２または分散剤２４材料（またはその何らかの組み合わせ）を含む場合に、とりわけ考えられる。

本明細書中でさらに詳細に記載するように、本明細書中に提供する教示に従って生産される二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、従来法で生産される流動性のない二硫化モリブデン粉末とは異なり、概して極めて流動性が高い。例えば、本明細書中に記載する代表的な球状粉末生産物の態様１０は、材料５０グラムあたり約１０５秒（ｓ／５０ｇ）から、約７３ｓ／５０ｇ程度の低さ（すなわち、より流動性が高い）までのＨａｌｌ流動性を示す。

密度に関し、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０のさまざまな態様は、従来法で生産される同様のサイズの二硫化モリブデン粉末に匹敵する密度を示す。さらに、本明細書中の教示に従って生産される粉末生産物１０の密度は非常に均一であり、粉体密度のばらつきはわずかにしか観察されない。例えば、本明細書中に記載する粉末生産物の態様は、約０．９ｇ／ｃｃ〜約１ｇ／ｃｃの範囲のＳｃｏｔｔ密度、約１．１ｇ／ｃｃ〜約１．２ｇ／ｃｃの範囲のタップ密度、および約０．９ｇ／ｃｃ〜０．９５ｇ／ｃｃの範囲のＨａｌｌ密度を示した。

先に述べたように、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、図５に例示するプロセスまたは方法１２により生産することができる。簡潔に記載すると、プロセス１２は二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）前駆体材料１８の供給物を提供することを含むことができる。二硫化モリブデン前駆体材料１８を、水などの液体２０のほか、バインダー２２および分散剤２４と組み合わせて、パルプまたはスラリー２６を形成する。一態様では、液体２０、バインダー２２および分散剤２４を一緒に組み合わせてから二硫化モリブデン前駆体材料１８を加えてスラリー２６を形成するが、さまざまな構成成分を他の順序で組み合わせてもよい。その後、得られたスラリー２６、すなわち、二硫化モリブデン前駆体材料１８、液体２０、バインダー２２および分散剤２４を含むスラリーを、スラリー２６が十分に混合される、すなわち、実質的に均質になるように、必要に応じて（例えばミキサー２８により）混合することができる。その後、スラリー２６を噴霧乾燥機３０中にフィードして、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０（例えば、図１〜４に例示したもの）を生産することができる。

ここで図６を参照すると、噴霧乾燥機３０からの二硫化モリブデン球状粉末生産物１０をプロセス３１で用いて、被コーティング生産物３８を形成することができる。あるいは、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、多種多様な他のプロセスおよび用途に用いることができ、そのいくつかを本明細書中に記載する。特定のプロセスおよび／または用途によっては、二硫化モリブデン粉末生産物１０を、その生産したまま、または“未処理の”形で、フィード原料３２としてプロセス３１に用いることができる。あるいは、“未処理の”球状粉末生産物１０を、粉末フィード原料３２として用いる前に、例えば、篩い分けもしくは分級３４によるか、加熱３６によるか、またはそれらの組み合わせにより、さらに処理してもよい。

二硫化モリブデン球状粉末フィード原料３２（例えば、“未処理の”形または処理された形にあるもの）を段階４０で基材または物品３８の少なくとも一部分の上に付着させて、物品３８上に表面コーティング４２を形成または作り出すことができる。例として、一態様において、被コーティング物品３８（すなわち、ＭｏＳ_２表面コーティング４２が上部に提供されているもの）は、滑り軸受４４を含むことができる。あるいは、そのような二硫化モリブデン表面コーティング４２は、広範な他のタイプの基材および／または物品のいずれかに施用することができる。

物品３８上に二硫化モリブデン表面コーティング４２を形成するために用いられる特定の付着プロセス４０は、粉末生産物１０が物品３８に結合して表面コーティング４２を形成するように十分なエネルギーをフィード原料材料３２に与えることができる、広範な溶射タイプの付着プロセスのいずれかを含むことができる。そのような表面コーティング４２の形成に適した溶射付着プロセスとしては、さまざまなタイプの熱溶射、プラズマ溶射、および高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）付着プロセスが挙げられる。コールドスプレー付着プロセスを用いることもできる。

表面コーティング４２を提供した後、物品３８（例えば、滑り軸受４４）を“そのまま”で、すなわち、付着プロセス４０から直接、用いることができる。あるいは、被コーティング物品３８を、例えば、機械加工／表面仕上げ４６、磨き仕上げ４８、または他のプロセスによりさらに処理することができ、この場合、被コーティング物品３８は、処理された被コーティング物品を含むことになる。

本発明に従った二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、従来法により生産される従来の二硫化モリブデン粉末には見いだされないいくつかの独特な構造的特徴、形態、および特性を示す。例えば、形態学的には、二硫化モリブデン粉末生産物を構成する球形粒子１４は当分野で知られていない。対照的に、従来法により生産される従来の二硫化モリブデン粉末は、事実上フレーク様またはプレート様である個々の粒子により特徴付けられる。

明らかに、本発明の粉末生産物１０の粒子１４の球状の性質は、絶対尺度（すなわち、Ｈａｌｌ流れにより測定したもの）においてだけでなく、まったく流動性を有さない従来の二硫化モリブデン粉末との比較においても、高い流動性を粉末にもたらす。本発明の二硫化モリブデン粉末は流動性が高いので、それらは、流動性が重要であるさまざまな粉末プロセスでの使用に非常に適している。したがって、本発明の流動性二硫化モリブデン粉末は、従来の二硫化モリブデン粉末では流動性を欠くため今のところ利用することができない広範なプロセスのいずれかに、有利に用いることができる。

さらに、本発明の二硫化モリブデン球状粉末１０は、比較しうるサイズの従来の二硫化モリブデン粉末に付随する密度に匹敵する密度を有する。さらに、本発明の球状粉末生産物の密度は非常に均一でもあり、さまざまな粉末のロット間で密度のばらつきはわずかにしか観察されない。

本発明の二硫化モリブデン球状粉末に付随する好都合な流動性および密度により、該球状粉末生産物を、広範囲の用途において有利に用いることが可能になる。用途の多くは現在知られているが、それ以外の用途は依然として開発する必要があり、ここで、該球状粉末生産物の好ましい密度および流動特性を活用することができる。例えば、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の高い流動性により、該粉末生産物を多種多様な溶射タイプの付着プロセスに有利に用いて、二硫化モリブデンの表面コーティングを形成することが可能になる。

本発明のさまざまな態様および観点のほか、その特定の特徴および利点について簡潔に記載してきたが、ここで、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０のさまざまな態様、それらの生産方法１２、および粉末１０のさまざまな代表的用途を、詳細に記載する。

ここで主に図５を参照すると、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、方法またはプロセス１２に従って調製することができる。プロセス１２は、二硫化モリブデン前駆体材料１８の供給物を提供することを含むことができる。二硫化モリブデン前駆体材料１８は、広範な粒径のいずれかを有する二硫化モリブデン粉末材料を含むことができる。一般的に言うと、約１μｍ〜約３０μｍの範囲の粒径を有する二硫化モリブデン粉末が良好に作用し、プロセス１２に用いることができる。二硫化モリブデンの適したグレードとしては、“工業用”、“工業用上級”および“最上級”グレードが挙げられる。

本発明での使用に適した二硫化モリブデン粉末（すなわち、二硫化モリブデン前駆体材料１８として）は、Ｃｌｉｍａｘ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙ，ａ Ｆｒｅｅｐｏｒｔ−ＭｃＭｏＲａｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｆｔ．Ｍａｄｉｓｏｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，Ｆｔ．Ｍａｄｉｓｏｎ，アイオワ州（米国）から市販されている。あるいは、他の供給源から入手可能な二硫化モリブデン粉末を用いることもできる。例として、いくつかの態様において、二硫化モリブデン前駆体材料１８は、Ｃｌｉｍａｘ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙから市販されている工業用上級グレードの二硫化モリブデン粉末を含む。他の態様において、二硫化モリブデン前駆体材料１８は、やはりＣｌｉｍａｘ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な最上級グレードの二硫化モリブデン粉末を含む。

先に簡潔に記載したように、二硫化モリブデン前駆体材料１８を液体２０、バインダー２２および分散剤２４と混合して、パルプまたはスラリー２６を形成することができる。一態様では、液体２０、バインダー２２および分散剤２４を一緒に組み合わせてから、二硫化モリブデン前駆体材料１８を加える。あるいは、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者には明らかになるように、多様な因子に応じて、スラリー２６を構成するさまざまな構成成分を他の順序で組み合わせてもよい。したがって、本発明は、スラリー２６のさまざまな構成成分を組み合わせるための任意の特定の順序に限定されるとみなすべきではない。

液体２０は、二硫化モリブデン前駆体材料１８のためのキャリヤー媒体として働き、該前駆体材料が噴霧乾燥機３０で微細な液滴に霧化されるのを可能にする。一般的に言うと、液体２０は水を含むことができるが、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者には明らかになるように、他の液体、例えば、アルコール、揮発性液体、有機液体、およびそのさまざまな混合物を用いることもできる。したがって、本発明は、本明細書中に記載する特定の液体２０に限定されるとみなすべきではない。しかしながら、例として、本明細書中に示し記載する特定の態様において、液体２０は脱イオン水を含む。

バインダー２２は、二硫化モリブデン副粒子１６が凝集して、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を構成する概して球形の粒子１４を形成をするのを補助する。したがって、バインダー２２は、当分野で現在知られているか、この目的に適していて今後開発される可能性がある、広範な材料のいずれかを含むことができる。例として、本明細書中に示し記載する特定の態様において、バインダー２２はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を含む。

分散剤２４は、実質的に泡を含まない、または泡のないスラリー２６の生産を補助する。このようなスラリーでは、二硫化モリブデン前駆体材料１８は、スラリー２６の表面上の泡層に懸濁しているのとは対照的に、液体２０内で実質的に均一に分散している。泡のないスラリー２６を形成する能力、すなわち、二硫化モリブデン前駆体材料１８が内部に実質的に均一に分散しているが著しい発泡がないスラリーを形成する能力は、粉末生産物１０を構成する凝集粒子１４の数および球形度を実質的に増大させると考えられる。例えば、以下の実施例でより詳細に記載するように、分散剤２４を含まないスラリー組成物１番（すなわち、スラリー１）は、大量の泡を含有していた。スラリー１から（すなわち、試験１から）作製された図１２に示す二硫化モリブデン粉末生産物は、分散剤含有スラリー２６（すなわち、スラリー２〜４）から作製された図１および８に示す粉末生産物１０と比較して、実質的に少ない凝集粒子１４を含有していた。さらに、スラリー１から形成された凝集粒子１４は、同様に図１および８の粉末（分散剤２４を含有するスラリー２６から作製したもの）を図１２の粉末（分散剤２４を含まないスラリー２６から作製したもの）と比較するとよくわかるように、分散剤２４を含有するスラリーから生産されたものより概して球形度が低かった。驚いたことに、意外にも、分散剤２４の添加は、本発明の目的および利点の多くを達成する上で重要である。

したがって、上記検討に従って、分散剤２４は、当分野で現在知られているか今後開発される可能性があり、二硫化モリブデン前駆体材料１８をスラリー２６の全体に分散させ、これにより噴霧乾燥プロセス中に概して球形の凝集粒子１６の生産を増大させるのに適しているか適しているであろう、広範な分散剤のいずれかを含むことができる。本発明での使用に適した分散剤２４の例としては、限定されるものではないが、さまざまなタイプの洗剤、例えば、アルコールエトキシレートおよびアルコールアルコキシレートが挙げられる。例として、本明細書中に示し記載する特定の態様において、分散剤２４はｐ−ｔｅｒｔ−オクチルフェノールエトキシレート（非イオン性アルコールエトキシレート洗剤、ＣＡＳ＃９００２−９３−１）を含み、これは、現在、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙおよび他の供給メーカーから“Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００”の登録商標で市販されている。

同様に上記検討に従って、他の態様において、分散剤２４を脱泡剤で置き換えることも可能でありうる。脱泡剤の使用は、スラリー形成プロセス中に作り出される泡の除去を補助し、このようにして、スラリー２６中での二硫化モリブデン前駆体材料１８の再分散を助ける。本発明と一緒に用いるのに適した脱泡剤としては、水に基づく、およびエチレンオキシド／プロピレンオキシド（ＥＯ／ＰＯ）に基づく、広範囲の脱泡剤を挙げることができる。

上記のように、液体２０、バインダー２２、および分散剤２４を組み合わせてから二硫化モリブデン前駆体材料１８を加えることが、一般に好ましい。この順序で構成成分を組み合わせることにより、バインダー２２と分散剤２４を液体２０内に完全に溶解および／または分散させてから二硫化モリブデン前駆体材料１８を加えることが一般に可能になり、これにより、得られるスラリー２６の均質性が向上する。これに加えて、この組み合わせる順序は、用いられる特定のバインダー２２および／または分散剤２４が、液体とは対照的に粉末の形で提供される状況に、よく適している。あるいは、言うまでもなく、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者には明らかになるように、用いられる特定の材料、関連する特定の混合装置、および他の因子に応じて、他の組み合わせの順序が可能である。したがって、本発明は、スラリー２６の構成要素に関し特定の組み合わせの順序に限定されると考えるべきではない。

二硫化モリブデン前駆体材料１８は、液体混合物（例えば、液体２０、バインダー２２および分散剤２４を含むもの）に、約５０重量％〜約６０重量％の固形分（例えば、バインダ−２２および分散剤２４もいくぶん固体構成要素を包含することができるが、主として二硫化モリブデンとしての）の“固体含量(solids loading)”（すなわち、スラリー２６中の固体の重量百分率）を有するスラリー２６をもたらすのに十分な量で、加えるべきである。好ましい固体含量は、約５２〜５８重量％の固形分であることができるが、より好ましい固体含量は、約５２〜５６重量％の固形分であることができる。一般的に言うと、約６０重量％を超える固体含量を含むスラリー２６では、噴霧乾燥機３０中へのスラリー２６のポンプ輸送が難しくなる可能性がある。約６０重量％を超える固体含量を有するスラリー２６はまた、噴霧乾燥機３０のノズル７０（図４）の目詰まりをしばしば引き起こす可能性があり、他の問題が生じる可能性がある。他方、約５０重量％未満の固体含量では、一般に生産効率が悪くなり、例えば、所定量の二硫化モリブデン粉末生産物１０を生産するのに必要な時間および／またはエネルギーが増加する。

調製した後、スラリー２６を噴霧乾燥して（例えば噴霧乾燥機３０で）、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を生産することができる。例として、一態様において、噴霧乾燥機３０は、“Ｍｅｔａｌ Ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ”という題名のＬａｒｉｎｋ，Ｊｒ．の米国特許公報第７４７０３０７号に示され記載されているタイプのパルス燃焼噴霧乾燥機を含むことができる。特に、該特許を、その開示内容のすべてについて本明細書中で参考として援用する。

簡潔に記載すると、噴霧乾燥プロセスは、スラリー２６をパルス燃焼噴霧乾燥機３０にフィードすることを包含する。噴霧乾燥機３０において、スラリー２６は、音速またはほぼ音速でパルス化されている高温ガス（単数または複数）５０の流れと衝突する。高温ガス５０の音速パルスはスラリー２６と接触し、実質的にすべての液体成分（例えば、液体２０、バインダー２２および分散剤２４）を排除して、球状粉末生産物１０の形成をもたらす。

より具体的には、ここで図７を主に参照すると、燃焼用空気５２を低圧で噴霧乾燥機３０の入口５４に通して外側シェル５６内にフィードする（例えば、ポンプ輸送する）ことができ、そこで、該空気は一方向空気弁５８を通って流れる。その後、燃焼用空気５２は調整された(tuned)燃焼チャンバー６０に入り、ここで燃料弁またはポート６２を介して燃料が加えられる。その後、燃料−空気混合物を点火バーナー(pilot)６４により点火して、高温燃焼ガス６６の脈動流を作り出す。該高温燃焼ガス６６を、さまざまな圧力、例えば、燃焼ファン圧力を約０．００３ＭＰａ（約０．５ｐｓｉ）〜約０．２ＭＰａ（約３ｐｓｉ）上回る範囲に、加圧してもよい。高温燃焼ガス６６の脈動流はテール管６８を噴霧器またはノズル７０まで急降下する。ノズル７０のすぐ上で、急冷用空気７２を入口７４に通してフィードすることができ、高温燃焼ガス６６とブレンドして、望ましい温度を有する高温ガス５０の脈動流を達成することができる。例として、高温ガス５０の脈動流の温度は、約３００℃〜約８００℃（５７０°Ｆ〜約１４７０°Ｆ）の範囲、例えば、約４９０℃〜約６００℃（９１０°Ｆ〜約１１１０°Ｆ）、より好ましくは約５４５℃（１０１３°Ｆ）であることができる。

スラリー２６は、噴霧器またはノズル７０を介して高温ガス５０の脈動流中に導入される。その後、噴霧されたスラリーは円錐形出口７６で分散して乾燥し始め、その後、丈が長い形の乾燥チャンバー（図示していない）に入ることができる。さらに下流において、球状粉末生産物１０を、標準的な粉末収集機器、例えばサイクロンおよび／またはバグハウス(baghouse)（同様に図示していない）を用いて、回収することができる。

パルス化された操作では、空気弁５８を反復して開き、閉じて、空気をその燃焼のために燃焼チャンバー６０に交互に入れる。そのような反復では、先立つ燃焼エピソード(episode)の直後に、次のパルスのために空気弁５８を再び開くことができる。空気弁５８を再び開くことにより、次の１回分の量の空気（例えば、燃焼用空気５２）が入ることが可能になる。燃料弁６２から燃料が再び入り、混合物は上記のように燃焼チャンバー６０で自己発火する。空気弁５８を開閉しチャンバー６０においてパルス状で燃料を燃やす（すなわち燃焼させる）この反復は、さまざまな周期数、例えば、約８０Ｈｚ〜約１１０Ｈｚで制御可能であることができるが、他の周期数を用いることもできる。

本明細書中に記載するパルス燃焼噴霧乾燥機３０により生産される“未処理の”または生産したままの二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を、図１〜４および８〜１２に示す。これは、それ自体がより小さな副粒子１６の凝集体である複数の概して球形の粒子１４を含む。例えば、図１、９および１０参照。より小さな副粒子１６は、一緒に密着しているフレーク様またはプレート様粒子を含み、その結果、全体的に球状の粒子１４はラメラ型構造（すなわち、“積層フレークで作られた球体”を含む複合粉末）を含む。例えば、図２および１１参照。二硫化モリブデン粉末生産物１０を構成する凝集球状粒子１４の多くは、実質的に中実、すなわち、図３でよくわかるように、非中空であるが、他のものは、図４でよくわかるように、シェル様または中空の構造をしている。

先に簡潔に記載したように、概して球形の凝集粒子１４は、粒子１４の比較的平滑でほぼつるつるの外観により証明されるように、薄いフィルムまたはコーティングを上部に有すると思われる。例えば、図３、４、９および１０に写真で示されている粒子１４参照。粒子１４上の薄いフィルムまたはコーティングは、噴霧乾燥プロセス中に粒子１４の表面に運ばれる残留量のバインダー２２、分散剤２４、またはその何らかの組み合わせを含むと考えられる。

薄い表面フィルムまたはコーティングは、粒子１４に、従来の二硫化モリブデン粉末には付随しない追加的な利点および有益な特性を十分にもたらすことができる。例えば、薄いフィルムまたはコーティングの特定の組成物（例えば、バインダー２２および／または分散剤２４として用いられる材料）がある種の材料に対し不透性を示す場合、粒子１４上の薄いフィルムまたはコーティングも同材料に対し不透性を示すと予想される。本明細書中に記載する特定の粉末生産物１０の例（すなわち、ＰＶＡをバインダー材料２２として用いて作製したもの）では、粒子１４上の薄いフィルムはＰＶＡの場合と同じ材料（例えば酸素）に対し不透性を示すと予想される。したがって、本明細書中に提供する教示に従って生産される粒子１４は、従来法により生産される従来の二硫化モリブデン粒子と比較して、低減した酸化レベルを示すと思われる。したがって、粒子１４上の薄いフィルムまたは表面コーティングは、混合またはスラリー化プロセス中に適した材料を提供することにより粒子１４にある種の属性または特性がもたらされるように、特注生産または設計することができる。

一般的に言えば、本明細書中に提供する教示に従って生産される二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は広範なサイズを含み、約１μｍ〜約５００μｍのサイズ、例えば、約１μｍ〜約１００μｍのサイズなどを有する粒子を、本明細書中に提供する教示に従って容易に生産することができる。さまざまな“生産したまま”、すなわち未処理の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の篩い分け分析を、表ＶおよびＶＩに示す。望ましい場合、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を例えば段階３４（図６）で分級して、望ましいサイズ範囲にある生産物１０をもたらすことができる。

本発明の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０と従来の二硫化モリブデン粉末との著しい差異は、粉末生産物１０の流動性に関連する。より詳細には、本発明に従った二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は概してかなり流動性が高いが、従来の二硫化モリブデン粉末は流動性が高くない。代表的な粉末生産物１０は、約１０５ｓ／５０ｇ（より緩慢な流れ）〜約８０ｓ／５０ｇ（より速い流れ）の範囲のＨａｌｌ流動性を示す。いくつかの代表的態様において、Ｈａｌｌ流動性は７３．８ｓ／５０ｇ程度の低さ（すなわち、より流動性が高い）であることができる。場合によっては、とりわけ生産したままの生産物がより大きな凝集体を含有する場合、生産したままの二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の流動性を、篩い分けまたは分級により増強する（すなわち向上させる）ことができる。

二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の密度は、従来法で生産される同様のサイズの他の二硫化モリブデン粉末に匹敵する。さらに、本明細書中の教示に従って生産される粉末生産物１０の密度はほとんどばらつきがなく、さまざまな粉末のロット間で粉体密度のばらつきはわずかにしか観察されない。代表的な二硫化モリブデン粉末生産物１６は、表ＩＶに記載するように、約０．９ｇ／ｃｃ〜約１ｇ／ｃｃの範囲のＳｃｏｔｔ密度、約１．１〜約１．２ｇ／ｃｃの範囲のタップ密度、および約０．９ｇ／ｃｃ〜０．９５ｇ／ｃｃの範囲のＨａｌｌ密度を有する。

上記のように、パルス燃焼噴霧乾燥機３０により高温ガス５０の脈動流がもたらされ、その中にスラリー２６がフィードされる。接触帯域および接触時間は非常に短く、接触時間は約１マイクロ秒ほどであることが多い。このように、高温ガス５０、音波、およびスラリー２６の物理的相互作用により、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０が生じる。より具体的には、スラリー２６の液体成分２０は、高温ガス５０の音速（またはほぼ音速）のパルス波により実質的に除去または排除される。また、短い接触時間によりスラリー成分の加熱は確実に最小限になり、例えば、接触時間の最後に、スラリー２６の液体成分を蒸発させるのに十分な温度である約１１５℃のレベルに加熱される。

しかしながら、ある種の場合では、残留量の液体（例えば、液体２０、バインダー２２および／または分散剤２４）が、得られる未処理の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０中に残存している可能性がある。あらゆる残存液体を、次の加熱プロセスまたは段階３６（図６）により排除（例えば、部分的または完全に）することができる。一般的に言うと、加熱プロセス３６は中程度の温度で行うべきである。加熱３６は約９０℃〜約１２０℃（約１１０℃が好ましい）の範囲内の温度で行うことができる。あるいは、８００℃程度の高い温度を短時間用いてもよい。多くの場合、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の酸化を最小限に抑えるために、加熱３６は水素雰囲気中で行うことが好ましい可能性がある。

二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の凝集体は、加熱段階３６の後であっても、それらの形状（すなわち、実質的に球状）を保持することにも、言及することができる。実際、加熱３６は、ある種の態様において、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の流動性の向上をもたらすことができる。

場合によっては、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を構成する凝集粒子１４は、さまざまなサイズで噴霧乾燥プロセス中に生じる可能性がある。生産したままの二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を、望ましい生産物サイズ範囲内のサイズ範囲を有する粉末生産物にさらに分離または分級することが望ましい可能性がある。例えば、生産される二硫化モリブデン球状粉末生産物１０のほとんどは、広範囲の粒径（例えば約１μｍ〜約５００μｍ）を含み、実質的量（例えば４０〜５０重量％の範囲）の生産物は約５３μｍより小さい（すなわち、−２７０Ｕ．Ｓ．メッシュ）。

本明細書中に記載するプロセス１２は、実質的な百分率の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０をこのサイズ範囲でもたらすことができる。しかしながら、望ましい生産物サイズ範囲外の残りの生産物、とりわけ、より小さい生産物が存在する可能性があり、これは、再び液体（例えば水）を加えて適したスラリー組成物を作り出さなければならないが、該システムに通して再循環させることができる。そのような再循環は、所望による代替的（または追加的）段階（単数または複数）である。

いずれにしても、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０が調製されたら（すなわち、プロセス１２に従って）、これを図６に例示するプロセス３１でフィード原料材料３２として用いて、物品３８上に表面コーティング４２を生産することができる。

コーティングされる物品または基材３８は、二硫化モリブデン表面コーティング４２でコーティングするのに望ましい多種多様な材料（例えば、金属および金属合金）を含むことができる。物品または基材３８の代表的な材料としては、２〜３例を挙げると、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金（例えば、鋼およびステンレス鋼合金）、モリブデン、モリブデン合金、青銅、および黄銅が挙げられる。あるいは、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者には明らかになるように、現在当分野で知られているか今後開発される可能性がある他の材料を含む基材または物品３８も、用いることができる。したがって、本発明は、任意の特定の材料を含む物品または基材３８に施用される表面コーティング４２に限定されるとみなすべきではない。

一般的に言うと、本明細書中での使用に適した二硫化モリブデン球状粉末生産物１０（例えば、フィード原料材料３２としての）は、該球状粉末生産物１０が（例えば、本明細書中に記載するさまざまなプロセス４０により）付着してコーティング４２を形成することがその粒径で可能になる限り、広範囲の粒径のいずれかおよび混ざり合った粒径(mixtures of particle sizes)を含むことができる。

上記のように、付着プロセス４０にフィード原料３２として用いる前に、未処理の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を分級することが望ましい、または有利である可能性がある。考慮すべき因子としては、限定されるものではないが、コーティングされる物品３８のタイプ、表面コーティング４２の望ましいまたは必要な材料特性（例えば、厚さおよび／または密度）、ならびに、用いられる特定の付着プロセス４０および／または付着設備が挙げられる。

二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を最初に分級することの望ましさおよび／または必要性は、図５のプロセス１２により作製される未処理または“生産したまま”の球状粉末生産物１０の特定の粒径にも依存する。すなわち、未処理の球状粉末生産物１０を生産するために用いられる特定のプロセスパラメーターによっては（その代表的態様を本明細書中に記載する）、球状粉末生産物１０を未処理または生産したままの形で用いることが可能である可能性があり、または、有利である可能性さえある。あるいは、言うまでもなく、他の検討事項により、未処理の球状粉末生産物１０を最初に分級することが望ましいと示される可能性がある。

したがって、要約すると、未処理または生産したままの二硫化モリブデン粉末生産物１０を分級することの望ましさおよび／または必要性は、多種多様な因子および検討事項に依存する。これらのいくつかを本明細書中に記載するが、他のものは、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明は、分級段階３４を必要とするか、任意の特定の粒径分布を有する未処理の二硫化モリブデン粉末生産物１０に限定されるとみなすべきでない。

二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、必要であるか望ましい場合、フィード原料３２として用いる前に、例えば段階３６で加熱することもできる。二硫化モリブデン球状粉末生産物１０のそのような加熱３６は、噴霧乾燥後に未処理の球状粉末生産物１０に残存する可能性がある残留水分および／または揮発性材料を除去するために用いることができる。場合によっては、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の加熱３６は、球状粉末生産物１０の流動性を向上させる有益な効果を有することもできる。

その後、フィード原料材料３２（すなわち、未処理の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０または加熱／分級した粉末生産物のいずれかを含むもの）を、段階４０で付着させて、物品３８上に望ましい表面コーティング４２をもたらすことができる。付着プロセス４０では、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０に、これを基材または物品３８に結合させて密着性表面コーティング４２を形成するのに十分なエネルギーが供給されるべきである。典型的には、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の個々の粒子１４は、付着プロセス中に、溶融または部分的溶融状態（すなわち、液相線温度以上である）ではなくても、少なくとも塑性状態になる。言い方を変えれば、用いる特定の付着プロセス４０では、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の個々の粒子１４を基材３８と結合させて表面コーティング４２を形成するのに十分なエネルギーが提供されるべきである。本発明で用いることができる付着プロセス４０としては、限定されるものではないが、熱溶射、プラズマ溶射、高速酸素燃料溶射（ＨＶＯＦ）、およびコールドスプレー付着プロセスが挙げられる。

本明細書で用いる場合、“熱溶射すること(thermal spraying)”または“熱溶射(thermal spray)”付着という用語は、加熱したコーティング材料を表面上に溶射してコーティングを形成する溶射コーティングプロセスをさす。コーティング材料（例えば粉末フィード原料３２）は、アーク放電によるか、フィード原料材料の液相線温度以上の温度まで適した燃料を燃焼させることにより、加熱することができる。このようにフィード原料材料を加熱すると、該材料は、コーティングされる物品３８に衝突する時に少なくとも塑性状態になる。熱溶射付着プロセスでの粒子速度は比較的遅く、一般に約１５０ｍ／ｓ未満（すなわち約４９０ｆｔ／ｓ未満）である。

本明細書中に用いられる“プラズマ溶射すること(plasma spraying)”および“プラズマ溶射(plasma spray)”付着という用語は、アーク放電により発生させた高温のプラズマジェットにより、フィード原料材料３２を加速および加熱するためのエネルギーが供給される、溶射コーティングプロセスをさす。プラズマ溶射プロセスは、プラズマジェットの温度が熱溶射プロセスに関連する温度よりかなり高い点で、熱溶射プロセスと識別される。ほとんどの場合、プラズマジェットの温度は１００００℃（約１８０００°Ｆ）を超える。したがって、本明細書中で用いる場合、プラズマ付着またはプラズマ溶射プロセスは、加熱ジェットの温度が約１００００℃を超えるプロセスをさす。

高速酸素燃料（ＨＶＯＦ）溶射付着プロセスは、高温高速（例えば、概して超音速）の溶射ジェットの生成を包含する。典型的なＨＶＯＦシステムでは、ガス状または液状燃料と酸素の混合物を燃焼チャンバーにフィードし、ここで、それらを継続的に燃やす。高温の燃焼ガスは、燃焼ガスを超音速に加速させる収束−発散ノズルに通して誘導される。コーティング材料または粉末フィード原料は超音速ガス流中に注入され、これが、コーティングされる表面に誘導される。

本明細書中に記載する熱溶射、プラズマ溶射、およびＨＶＯＦ溶射付着プロセスに加え、コールドスプレー付着プロセスを用いて表面コーティング４２を形成することもできる。名称が示唆するように、コールドスプレー付着は、溶射粒子を基材に結合させる（すなわち、塑性状態にある間に）のに必要なエネルギーをもたらすために、熱ではなく運動エネルギーを利用するプロセスをさす。コールドスプレープロセスは、一般に、火炎のない状態で約６００℃未満の温度において材料が溶射されるプロセスとみなされる。コールドスプレープロセスを用いる場合、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０に、コーティングされる物品または基材３８に該粉末１０を結合させるのに十分な運動エネルギーが付与されるべきである。

説明を進める前に、本明細書中に記載するさまざまな溶射付着プロセス（例えば、熱溶射、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ溶射、およびコールドスプレー付着プロセス）を実施するための装置は当分野で周知であり、容易に商業的に入手可能であることに、留意すべきである。これに加えて、そのような装置を用いてさまざまなタイプの溶射付着プロセスを実施するための技術および方法も、当分野で周知であり、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者なら容易に実行することができるであろう。したがって、そのような熱溶射、プラズマ溶射、ＨＶＯＦ溶射、およびコールドスプレー付着プロセスを実施するために用いられる特定の装置および方法について、本明細書中でさらに詳細には記載しない。

付着４０の後、得られた被コーティング物品３８（例えば滑り軸受４４）を、“そのまま”で用いることができ、または、必要または望ましい場合はさらに処理することができる。例えば、被コーティング物品３８を、必要または望ましい場合、使用前に１以上の表面仕上げ段階４６に付すことができる。代表的な表面仕上げ段階としては、限定されるものではないが、機械加工、ビーズ噴射仕上げ、および研磨が挙げられる。実用的にするために、段階４８で被コーティング物品３８に磨き仕上げを行って、表面コーティング４２をさらに調製することもできる。

４つの異なるスラリー組成物または混合物を、本明細書ではスラリー１〜４とし、本明細書中に提供する教示に従って調製した。その後、４つのスラリーを九（９）つの別個の噴霧乾燥試験（本明細書中では試験１〜９とする）で噴霧乾燥して、九（９）つの異なる粉末調製物または態様を生産した。表ＩＩおよびＩＩＩに示すように、第１のスラリー組成物、すなわちスラリー１は、第１の噴霧乾燥試験（すなわち、試験１）に用い、第２、第３および第４のスラリー組成物（すなわち、スラリー２〜４）は、それぞれ試験２〜４、５〜７および８〜９に用いた。

上記のように、第１のスラリー混合物（すなわち、スラリー１）では分散剤２４を利用しなかった。結果として、スラリー１組成物は相当な量の泡を含有していた。さらに、該組成物から得た粉末生産物（すなわち、図１２に示す試験１の生産物）では、凝集粒子（すなわち、粒子１４）の収率が高くなかった。それとは反対に、スラリー１組成物から生産した粒子の大部分は、図１２でよくわかるように、事実上概してフレーク様であった。試験１の粉末生産物のフレーク様粒子は、従来法により生産された従来の二硫化モリブデン粉末に付随する粒子と非常によく似て見える。さらに、スラリー１から（すなわち、試験１により）生産した凝集粒子は、同様に図１２でよくわかるように、事実上概して非球状であった。

スラリー１とは対照的に、スラリー２〜４ではすべて分散剤２４を利用した。明らかに、スラリー２〜４のそれぞれは実質的に泡を含んでいなかった。さらに、スラリー２〜４から（すなわち、試験２〜９により）作製した粉末生産物１０は、図１および８でよくわかるように、高度に球状の凝集粒子１４の収率が高かった。分散剤２４の添加により、分散剤２４が存在しない場合に比べ遙かに多量の二硫化モリブデン前駆体材料１８がスラリー２６の液体成分中に懸濁すると考えられる。したがって、より多い百分率の二硫化モリブデン前駆体材料１８が、噴霧乾燥プロセス中に形成するスラリー２６の液滴中に懸濁および／または分散することになる。

その後、分散剤含有スラリー（すなわち、試験２〜９に対応するスラリー２〜４）から作製したさまざまな粉末調製物、すなわち球状粉末生産物１０を分析した。その結果を表ＩＶ〜ＶＩＩＩに示す。しかしながら、スラリー１組成物（分散剤２４を含まないもの）から作製した球状粉末生産物は分析しなかった。

ここで主に表Ｉに関し、さまざまなスラリー２６（すなわち、スラリー１〜４）を本明細書中に記載するように調製した。より具体的には、各スラリー組成物を、液体２０、バインダー２２、および（スラリー２〜４の場合は）分散剤２４を混合することにより調製した。各スラリー組成物について、最初に液体２０をバインダー２２および分散剤２４（スラリー２〜４の場合）と組み合わせてから、二硫化モリブデン前駆体材料１８を加えた。その後、さまざまな構成要素を一緒に混合またはブレンドして（例えば、適したミキサー２８により）、十分に混合された（すなわち、実質的に均質な）スラリー２６を形成した。本明細書中で言及したように、混合プロセスによりスラリー１組成物では大量の泡が形成した。しかしながら、スラリー２〜４では、分散剤２４の存在により、大量の泡は形成しなかった。

４つのスラリー組成物（すなわち、スラリー１〜４）は、上記のように、スラリー１が分散剤２４を包含していない点を除き同様の組成であった。より具体的には、スラリー１組成物は、４２．２７重量％の液体２０（例えば、脱イオン水として）、１．９８重量％のバインダー２２（例えば、ポリビニルアルコールとして）を含み、残り、すなわち５５．７５重量％は二硫化モリブデン前駆体材料１８であった。スラリー１組成物に用いた二硫化モリブデン前駆体材料１８は“工業用上級”グレードの二硫化モリブデンを含み、本明細書中に具体的に記載したようにＣｌｉｍａｘ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙから得た。

スラリー１組成物の算出固体含量は、５５．７５重量％であった。本明細書中で用いる場合、“算出固体含量”は、スラリー２６を形成するために組み合わされた前駆体材料１８と液体（例えば、２０、２２および２４）の相対重量に基づくスラリー２６の固形分をさす。しかしながら、スラリー１組成物の実際の（すなわち、測定した）固体含量は、表Ｉに示すように、５５．９３重量％であった。スラリー１組成物の算出固体含量と実際の固体含量の差は、主に、他の液体成分（例えば、バインダー２２）中の若干の固形分の存在、秤量（すなわち、測定）誤差、および場合によってはスラリー混合物の不均質性（例えば、スラリー１組成物中の大量の泡の存在が原因となる）に起因すると考えられる。

第２、第３、および第４のスラリー組成物２６（すなわち、スラリー２〜４）は実質的に互いに同一であり、各スラリー組成物２６は３８．７重量％の液体２０（例えば、脱イオン水として）、６．２重量％のバインダー２２（例えば、ポリビニルアルコールとして）、１重量％の分散剤２４（例えば、Ｔｒｉｔｏｎ Ｘ−１００として）を含み、残りは二硫化モリブデン前駆体材料１８を含んでいた。したがって、スラリー１組成物とは異なり、スラリー２〜４のそれぞれは分散剤２４の添加を包含していた。また、スラリー２〜４に用いた二硫化モリブデン前駆体材料１８は、スラリー１組成物では“工業用上級”グレードを用いたのとは対照的に、Ｃｌｉｍａｘ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｃｏｍｐａｎｙからの“最上級”グレードの二硫化モリブデンを含んでいた。

スラリー２〜４のそれぞれの算出固体含量は、５４．１重量％であった。しかしながら、スラリー２〜４の実際の（すなわち、測定した）固体含量は、表Ｉに示すように、算出固体含量とは若干異なっていた。スラリー２〜４の算出固体含量と実際の固体含量の差は、主に、バインダー２２および分散剤２４中の固形分に起因するほか、さまざまな構成成分の秤量における測定誤差が原因となると考えられる。

その後、スラリー２６を本明細書中に記載するようにパルス燃焼噴霧乾燥機３０にフィードして、九（９）つの異なる二硫化モリブデン球状粉末１０のバッチまたは調製物を生産した。これを本明細書では試験１〜９の調製物とする。表ＩＩおよびＩＩＩに示すように、スラリー１組成物を試験１に用い、スラリー２組成物を試験２〜４に用いた。試験５〜７ではスラリー３組成物、試験８および９ではスラリー４組成物を用いた。

高温ガス５０の脈動流の温度を、表ＩＩおよびＩＩＩに示すように、約４９１℃〜約５９９℃の範囲内になるように制御した。パルス燃焼噴霧乾燥機３０により生じた高温ガス５０の脈動流により、スラリー２６から液体２０、バインダー２２、および分散剤２４（すなわち、スラリー２〜４の場合）のすべてが実質的に排除されて、球状粉末生産物１０が形成した。試験１〜４（スラリー組成物１および２から生産したもの）に関するパルス燃焼噴霧乾燥機３０のさまざまな操作パラメーターを表ＩＩに挙げ、試験５〜９（スラリー組成物３および４から生産したもの）に関する操作パラメーターを表ＩＩＩに挙げる：

噴霧乾燥試験１〜９により生産した結果生じた二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、それ自体がより小さな副粒子１６の凝集体である概して球形の粒子１４を含んでいた。しかしながら、先に記載したように、試験１により（スラリー１から）生産した二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、試験２〜９により生産した粉末生産物と比較して、実質的に少ない凝集粒子１４を含有していた。さらに、試験１の調製物中のこれらの凝集粒子１４は、試験２〜９の粉末調製物と比較して、事実上概して球形度が低かった。

より具体的には、ここで主に図１２を参照すると、試験１により生産した粉末生産物１０は、図１および８に示す分散剤含有スラリー２６（すなわち、スラリー２〜４）から作製した粉末生産物と比較して、実質的に少ない凝集粒子１４を含有していた。さらに、同様に図１２の粉末（スラリー１から作製したもの）を図１および８の粉末（分散剤２４を含有するスラリー２６から作製したもの）と比較するとよくわかるように、試験１により（すなわち、スラリー１から）生産した凝集粒子１４は、分散剤２４を含有するスラリーから生産したものより概して球形度が低かった。分散剤２４をスラリー２６に加えることは、実質的に球状の凝集粒子１４を高い百分率で有する粉末生産物１０の生産において明らかに重要である。

ここで、おもに試験２〜９により（分散剤含有スラリー２６を用いて）生産した粉末生産物について、図１〜４および８〜１１を参照して検討すると、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、図１、９および１０でよくわかるように、それ自体がより小さな副粒子１６の凝集体である複数の概して球形の粒子１４を含む。より小さな副粒子１６は、一緒に密着しているフレーク様またはプレート様粒子を含み、その結果、図２および１１でよくわかるように、全体的に球状の粒子１４は、選択的に“フレークで作られた球体”と特徴付けることができるラメラ型構造を含む。さらに、二硫化モリブデン粉末生産物１０を構成する凝集球状粒子１４の多くは、図３でよくわかるように、実質的に中実、すなわち、非中空であるが、他のものは、図４でよくわかるように、シェル様または中空の構造をしている。

概して球形の凝集粒子１４はまた、図３、４、９および１０に写真で示されている粒子１４のように、粒子１４の比較的平滑でつるつるの外観により証明されるように、薄いフィルムまたはコーティングを上部に有すると思われる。粒子１４上の薄いフィルムまたはコーティングは、噴霧乾燥プロセス中に粒子１４の表面に運ばれる残留量のバインダー２２、分散剤２４、またはその何らかの組み合わせを含むと考えられる。

上記のように、本発明の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０と従来の二硫化モリブデン粉末との顕著な差異は、粉末生産物１０の流動性に関連する。より具体的には、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は概して極めて流動性が高いが、従来の二硫化モリブデン粉末は高くない。例えば、試験２〜９により生産した粉末生産物の態様１０は、約１０５ｓ／材料５０ｇに満たないＨａｌｌ流動性を示した。試験８により生産した粉末生産物１０は、表ＩＶに示すように、７３．８ｓ／５０ｇという最も高い流動性を示した。

試験２〜９により生産した球状粉末生産物１０はまた、粉末生産物としては良好な密度、すなわち、同様のサイズの従来の二硫化モリブデン粉末に概して匹敵する密度を示す。さらに、試験２〜９により生産したさまざまな代表的粉末生産物は非常に均一な密度を示し、さまざまな粉末調製物の間にばらつきはほとんどない。さまざまな試験により生産した粉末について、Ｓｃｏｔｔ密度、タップ密度、およびＨａｌｌ密度（ｇ／ｃｃでの）、ならびに水分および硫黄含量を表ＩＶに挙げる。

本明細書中に提供する教示に従って生産した二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は広範なサイズを含み、約１μｍ〜約５００μｍのサイズ、例えば、約１μｍ〜約１００μｍのサイズなどを有する粒子１４を、本明細書中に提供する教示に従って容易に生産することができる。さまざまな“生産したまま”、すなわち未処理の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の篩い分け分析を、表ＶおよびＶＩに示す。

試験２〜９により生産した二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の追加的な物理的特性を表ＶＩＩに挙げる。より具体的には、試験２〜９により生産した代表的粉末試料は、約１．４μｍ〜約２．０μｍのＦｉｓｈｅｒ径またはＦｉｓｈｅｒ数（すなわち、Ｆｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ−Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒすなわち“ＦＳＳＳ”により測定したもの）を示した。これは、Ｃｌｉｍａｘの“工業用上級”グレードの二硫化モリブデンに関する規格よりわずかに大きい。この規格も比較のために表ＶＩＩに挙げる。“生産したまま”の二硫化モリブデン球状粉末生産物１０のメジアン粒径（すなわち、“Ｄ５０”粒径）は約５０μｍで、約４６μｍ〜約６１μｍの範囲である。生産したままの球状粉末生産物の“Ｄ９９”粒径は約２２０μｍで、約１７７μｍ〜約２６２μｍの範囲である。現在入手可能なＣｌｉｍａｘの“工業用”、“工業用上級”、および“最上級”グレードの従来の二硫化モリブデンに関する対応する規格も、比較のために表ＶＩＩに挙げる。

表ＶＩＩには、生産したままの二硫化モリブデン球状粉末生産物１０のいわゆる“酸不溶性”材料含有量および“酸価”も報告する。酸不溶性物質含有量は、材料中の酸不溶性物質および鉄の量（通常、重量百分率で表される）をさす。酸価は、材料の試料１グラム中の酸を中和するのに要する水酸化カリウム（ＫＯＨ）の量（ｍｇでの）をさす。酸不溶性物質含有量および酸価は両方とも、二硫化モリブデン粉末に関し一般に報告されている規格である。同様に、現在入手可能なＣｌｉｍａｘの“工業用”、“工業用上級”、および“最上級”グレードの従来の二硫化モリブデンに関する対応する規格も、比較のために表ＶＩＩに挙げる。

粉末試料の酸価は、生産したままの粉末生産物中の残留量のバインダー２２の存在に起因して不自然に高い可能性があり、したがって、従来の二硫化モリブデン粉末の酸価と直接比較できない可能性があると、今のところ考えられる。

追加的な粉末の検定結果を表ＶＩＩＩに挙げる。より具体的には、表ＶＩＩＩに球状粉末生産物の二硫化モリブデン含有量（ＭｏＳ_２）について報告する。これは約９５重量パーセントである。ＭｏＯ_３、鉄、および炭素の含有量も、油および水と同様に報告する。比較するために、現在入手可能なＣｌｉｍａｘの“工業用”、“工業用上級”、および“最上級”グレードの従来の二硫化モリブデンに関する対応する規格も、表ＶＩＩＩに挙げる。

二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、多種多様な摩擦材料および他の同様の組成物に、そのような材料に一般に用いられている固体潤滑剤材料（例えば、二硫化モリブデン、カーボングラファイト、二硫化タングステン、および窒化ホウ素）の代替物として、またはそのような固体潤滑剤材料に加えて、有利に用いることができる。われわれは、二硫化モリブデン球状粉末生産物の新規の構造的特徴および特性が、そのような摩擦材料組成物に、摩擦係数、騒音発生および耐摩耗性を含むある種の性能パラメーターに関する改善された性能をもたらすと考える。これに加えて、粉末生産物１０のいくつかの態様に付随する薄い表面フィルムまたはコーティングは、含有されている二硫化モリブデンの酸化レベルを低下させて、摩擦材料組成物の改善された安定性をもたらす可能性がある。球状粉末生産物１０の高い流動性により、とりわけ従来の二硫化モリブデン粉末と比較して製造中の生産物の容易な取り扱いが可能になり、摩擦材料組成物それ自体のバルク全体にわたる二硫化モリブデン球状粉末生産物１０の改善された均一性または分散性を提供することも可能になる。

本明細書中に記載する球状二硫化モリブデン粉末組成物１０の添加による改善に適したタイプの摩擦材料組成物は、一般にブレーキのパッドおよびライニング、クラッチフェーシングなどに用いられる。そのような摩擦材料組成物のほとんどは単一の元素または化合物で構成されているわけではなく、むしろ、多くの異なるタイプの材料の複合体である。これに関し、前記異なるタイプの材料は、一般に充填剤／強化用繊維、研磨剤、バインダー材料および摩擦改質剤として分類することができるが、他の分類が公知であり、これを用いることもある。

そのような摩擦材料の正確な組成は、通常それらの各製造業者が所有権を持っており、したがって確実にはわからないが、主要構成要素は一般に知られている。例えば、一般に用いられる充填剤材料／強化用繊維としては、限定されるものではないが、有機繊維、無機繊維、金属繊維、石灰（ＣａＯＨ_２）、チタン酸カリウム、ゴム（ジエン、ニトリル）、および酸化亜鉛が挙げられる。過去にはアスベストがおそらくもっとも一般的に用いられる充填剤／強化材料であったが、今日ほとんど用いられていない。研磨剤材料としては、酸化アルミニウム、酸化鉄、石英、シリカおよびケイ酸ジルコニウムが挙げられる。バインダーとしては、フェノール樹脂、変性樹脂、クレゾール、エポキシ、カシューダスト、ＰＶＢ、ゴム、アマニ油、およびホウ素が挙げられる。摩擦改質剤としては、三硫化アンチモン、黄銅、カーボングラファイト、銅、金属酸化物（Ｆｅ_３Ｏ_４、ＺｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３）、金属硫化物（Ｃｕ_２Ｓ、Ｓｂ_２Ｓ_３、ＰｂＳ、ＭｏＳ_２、およびＺｎＳ）、無機充填剤（ムライト、カヤナイト、シリマナイト、アルミナ、および結晶質シリカ）、および石油コークスが挙げられてきた。

本明細書中に記載する球状二硫化モリブデン粉末組成物１０を用いて作製することができる代表的摩擦材料組成物は、研磨剤、充填剤、バインダーおよび摩擦改質剤を含むことができる。摩擦改質剤は、本明細書中に提供する教示に従った二硫化モリブデン球状粉末生産物１０を含むことができる。球状二硫化モリブデン粉末生産物１０は、摩擦材料組成物全体の約０．１重量％〜約１０重量％、好ましくは約０．５重量％〜約８重量％、より好ましくは約１重量％〜約５重量％の量で加えることができる。球状二硫化モリブデン粉末生産物１０の個々の凝集粒子は、約１μｍ〜約５００μｍ、好ましくは約２０μｍ〜約２００μｍ、より好ましくは約５０μｍ〜約１００μｍのサイズの範囲であることができる。

研磨剤材料は、特定の用途に適しているか望ましい、または適しているか望ましいであろう、当分野で現在知られているか、今後開発される可能性がある、広範な研磨剤材料のいずれかを含むことができる。代表的研磨剤材料としては、限定されるものではないが、酸化アルミニウム、酸化鉄、石英、シリカおよびケイ酸ジルコニウムの１以上が挙げられる。研磨剤材料は、包含される特定の配合物、意図する用途、および材料の望ましい性能特性に応じて、従来の量で加えることができる。一般的に言うと、研磨剤材料は、摩擦材料組成物の約１重量％〜約１５重量％の量で加えることができる。

充填剤／強化用繊維材料としては、以下の１以上を挙げることができる：有機繊維、無機繊維、金属繊維、石灰、チタン酸カリウム、ゴム（例えば、ジエンおよびニトリル）、ならびに酸化亜鉛。充填剤は、同様に包含される特定の配合物、意図する用途、および材料の望ましい性能特性に応じて、従来の量で加えることができる。例として、本発明のさまざまな態様は、摩擦材料組成物の約１０重量％〜約５０重量％の量で加えられる充填剤材料を含むことができる。

バインダーとしては、以下の１以上を挙げることができる：フェノール樹脂および変性樹脂、クレゾール、エポキシ、カシューダスト、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ゴム、アマニ油、およびホウ素。バインダー材料も、包含される特定の配合物、意図する用途、および材料の望ましい性能特性に応じて、従来の量で加えることができる。本発明のさまざまな態様は、摩擦材料組成物の約５重量％〜約２５重量％の量で加えられるバインダーを包含することができる。

上記のように、二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は、他の機能を提供することもできるが、摩擦改質剤として加えることができる。これに加えて、他の摩擦改質剤も、同様に特定の用途および望ましい特性に応じて、該組成物に加えることができる。本発明と一緒に用いるのに適した摩擦改質剤としては、以下の材料の１以上が挙げられる：三硫化アンチモン、黄銅、カーボングラファイト、銅、金属酸化物（例えば、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＺｎＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３）、金属硫化物（例えば、Ｃｕ_２Ｓ、Ｓｂ_２Ｓ_３、ＰｂＳ、およびＺｎＳ）、無機充填剤（ムライト、カヤナイト、シリマナイト、アルミナ、および結晶質シリカ）、ならびに石油コークス。そのような他のまたは追加的な摩擦改質剤は、摩擦材料組成物全体の約１重量％〜約１０重量％の量で加えることができる。

二硫化モリブデン球状粉末生産物１０は粉末の形で提供することができ、さまざまな量で他の望ましい構成要素と組み合わせて、本明細書中に記載する変性摩擦材料を生産することができる。摩擦材料組成物の他の構成要素は、当業者に公知のように、摩擦材料の加工に一般に用いられている形で提供することができる。

その後、摩擦材料を、周知のプロセス、および現在当分野で公知であるか、今後開発される可能性がある技術に従って、加工することができる。一般的に言うと、そのようなプロセスは、さまざまな構成成分を混合して実質的に均質な混合物を形成することを包含する。続いて、実質的に均質な混合物を圧粉または圧縮して、予備形成物品を形成する。つぎに、該予備形成物品を高温で圧粉または加圧して（例えば熱圧）、摩擦材料組成物を形成することができる。その後、得られた摩擦材料組成物をさらに熱処理および／または機械加工して、最終的な摩擦材料生産物を形成することができる。しかしながら、球状二硫化モリブデン粉末添加剤１０を有する摩擦材料を加工するのに用いることができる特定のプロセスおよび技術は当分野で周知であり、本明細書中に提供する教示についてよく理解した後に当業者は容易に提供することができるので、代表的摩擦材料を形成するために用いることができる特定の加工プロセスおよび技術について、本明細書中でさらに詳細には記載しない。

いくつかの態様において、摩擦材料中に組み込んだときに二硫化モリブデン粉末生産物１０が酸化する傾向を低下させるために、薄いフィルムまたはコーティング（例えば、残留量のバインダー材料２２を含むもの）を上部に有する球状二硫化モリブデン粉末生産物１０を提供することが望ましいか有利である可能性がある。球状二硫化モリブデン粉末生産物１０の低下した酸化レベルは、得られる摩擦材料の改善された安定性に関し、さらなる利点を提供すると予想される。

本明細書中で本発明の好ましい態様について説明してきたが、依然として本発明の範囲内にある適した修正を、これに加えることができると予想される。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲に従ってのみ理解されるべきである。

１０ 二硫化モリブデン球状粉末生産物
１２ プロセス
１４ 球形の凝集粒子
１６ 副粒子
１８ 二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）前駆体材料
２０ 液体
２２ バインダー
２４ 分散剤
２６ スラリー
２８ ミキサー
３０ 噴霧乾燥機
３１ プロセス
３２ フィード原料
３４ 分級
３６ 加熱
３８ 物品
４０ 付着プロセス
４２ 表面コーティング
４４ 滑り軸受
４６ 機械加工／表面仕上げ
４８ 磨き仕上げ
５０ 高温ガス
５２ 燃焼用空気
５４ 入口
５６ 外側シェル
５８ 一方向空気弁
６０ 燃焼チャンバー
６２ ポート
６４ 点火バーナー
６６ 高温燃焼ガス
６８ テール管
７０ ノズル
７２ 急冷用空気
７４ 入口
７６ 円錐形出口

Claims (16)

1. 研磨剤、充填剤、バインダー、および摩擦改質剤を含む摩擦材料組成物であって、前記摩擦改質剤が球状二硫化モリブデン粉末を含み、前記球状二硫化モリブデン粉末が、一緒に凝集して個々の実質的に球形の粒子を形成している二硫化モリブデン副粒子を含み、前記球状二硫化モリブデン粉末が、少なくとも約９０重量％の二硫化モリブデンを含む、前記摩擦材料組成物。
2. 前記球状二硫化モリブデン粉末が、前記摩擦材料組成物の約０．１重量％〜約１０重量％の量で存在する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
3. 前記球状二硫化モリブデン粉末が、前記摩擦材料組成物の約０．５重量％〜約８重量％の量で存在する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
4. 前記球状二硫化モリブデン粉末が、前記摩擦材料組成物の約１重量％〜約５重量％の量で存在する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
5. 個々の実質的に球形の凝集粒子が約１μｍ〜約５００μｍの範囲のサイズを有する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
6. 個々の実質的に球形の凝集粒子が約２０μｍ〜約２００μｍの範囲のサイズを有する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
7. 個々の実質的に球形の凝集粒子が約５０μｍ〜約１００μｍの範囲のサイズを有する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
8. 前記研磨剤が、前記摩擦材料組成物の約１重量％〜約１５重量％の量で存在する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
9. 前記研磨剤が、酸化アルミニウム、酸化鉄、石英、シリカおよびケイ酸ジルコニウムからなる群より選択される１以上を含む、請求項８に記載の摩擦材料組成物。
10. 前記充填剤が、前記摩擦材料組成物の約１０重量％〜約５０重量％の量で存在する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
11. 前記充填剤が、有機繊維、無機繊維、金属繊維、石灰、チタン酸カリウム、ゴム、および酸化亜鉛からなる群より選択される１以上を含む、請求項１０に記載の摩擦材料組成物。
12. 前記バインダーが、前記摩擦材料組成物の約５重量％〜約２５重量％の量で存在する、請求項１に記載の摩擦材料組成物。
13. 前記バインダーが、フェノール樹脂、変性樹脂、クレゾール、エポキシ、カシューダスト、ポリビニルブチラール、ゴム、アマニ油、およびホウ素からなる群より選択される１以上を含む、請求項１２に記載の摩擦材料組成物。
14. 研磨剤と、充填剤と、バインダーと、概してフレーク状の二硫化モリブデン副粒子の凝集体である実質的に球形の二硫化モリブデン粒子を含む球状二硫化モリブデン粉末とを含む摩擦材料組成物であって、前記球状二硫化モリブデン粉末が、少なくとも約９０重量％の二硫化モリブデンを含む、前記摩擦材料組成物。
15. 研磨剤材料、充填剤材料、およびバインダー材料を包含するタイプの摩擦材料組成物において、製造中に、該摩擦材料組成物に、球状二硫化モリブデン粉末を、前記球状二硫化モリブデン粉末が摩擦材料組成物の全体にわたり実質的に均一に分散するように加えることを含む、改善、これに関し、前記球状二硫化モリブデン粉末は、概してフレーク状の二硫化モリブデン副粒子を含む。
16. 以下を含む、摩擦材料組成物の作製方法：
    研磨剤材料、充填剤材料、およびバインダー材料の各供給物を提供し；
    球状二硫化モリブデン粉末の供給物を提供し、これに関し、前記球状二硫化モリブデン粉末は、概してフレーク状の二硫化モリブデン副粒子の凝集体を含む；
    前記研磨剤材料、前記充填剤材料、前記バインダー材料、および前記球状二硫化モリブデン粉末を一緒に混合して、実質的に均質な混合物を形成し；
    該実質的に均質な混合物を圧粉して、予備形成物品を形成し；そして
    該予備形成物品を熱圧して、摩擦材料組成物を形成する。

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