JP3467577B2 - チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末およびその製造方法 - Google Patents
チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末およびその製造方法Info
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Description
等として有用なチタン酸アルカリ金属系複合化合物粉
末、詳しくはチタン酸アルカリ金属結晶粒に、無機酸化
物粒、ホランダイト構造オクトチタン酸塩の結晶粒等が
結合した複合粒子からなるチタン酸アルカリ金属系複合
化合物粉末およびその製造方法に関する。
成無機化合物であり、耐熱性, 耐摩耗性, 強度等にすぐ
れていることにより、アスベスト代替材として各種分野
での工学的応用が期待され、例えば自動車用ブレーキパ
ッド等の摩擦材の基材成分、強化プラスチック製品の強
化材等として実用化が試みられている。チタン酸アルカ
リ金属の代表的な合成法の一つである焼成法によれば、
二酸化チタン〔TiO2 〕または加熱によりTiO2 を
生成するチタン化合物と、酸化アルカリ金属〔A2 O〕
または加熱によりA2 Oを生成するアルカリ金属化合物
とを所定比率に配合し、焼成処理することにより製造さ
れる。焼成原料粉末の配合比率や焼結処理温度等によ
り、六チタン酸カリウム(K2 Ti6 O13)、四チタン
酸カリウム(K2 Ti4 O9 )、三チタン酸ナトリウム
(Na2 Ti3 O7)等のチタン酸アルカリ金属が得ら
れる。
酸アルカリ金属粉末の特性に関する研究過程で、その焼
成原料粉末に一定の硬度を有する無機酸化物粒子を配合
することにより、複合粒子構造を有するチタン酸アルカ
リ金属系複合粉末が得られ、このものはその粒子構造に
基づく効果として、チタン酸アルカリ金属単相の粉末
や、チタン酸アルカリ金属粉末と無機酸化物粒との単な
る混合粉末では得られない優れた特性を有し、例えば自
動車用ブレーキパッド等の摩擦材に適用した場合、相手
材を攻撃することなく、安定した高摩擦係数を実現し得
ることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされ
たものである。
リ金属系複合化合物粉末は、チタン酸アルカリ金属結晶
粒とモース硬度6〜8の無機酸化物粒とが結合した複合
粒子、またはチタン酸アルカリ金属結晶粒とモース硬度
6〜8の無機酸化物粒とが結合し、その結合の一部ない
し全部がホランダイト構造オクトチタン酸塩の結晶(以
下「プリデライト」)である複合粒子からなり、無機酸
化物粒の含有量は1〜20重量%であることを特徴とし
ている。
ン酸アルカリ金属結晶粒を基本構成相とし、これにモー
ス硬度6〜8の無機酸化物粒が結合した粒子構造を有す
る。基本構成相であるチタン酸アルカリ金属結晶は、前
記一般式〔1〕で表される六チタン酸カリウム,四チタ
ン酸カリウム,三チタン酸ナトリウム等である。殊に、
六チタン酸カリウム結晶は、強度,耐熱性等にすぐれ、
摩擦材等に適用される場合の複合粒子を構成する基本構
成相として最も適している。モース硬度6〜8の無機酸
化物粒は、例えばMgO(モース硬度: 約6),SiO
2 (同: 約7),Cr2 O3 (同: 約6.5),Fe3
O4 (同: 約6),ZrO2 (同: 約7.5),SiZ
rO4 (ジルコン)(同: 約7.5)等が挙げられる。
無機酸化物粒を、モース硬度6〜8のものに限定したの
は、それより低い硬度では、チタン酸アルカリ金属結晶
(例えば、六チタン酸カリウムのモース硬度: 約3〜
4)との複合効果がなく、またそれより高い硬度の粒子
では、摩擦材等に適用した場合の対面損傷性が悪くなる
からである。複合粒子を構成する無機酸化物粒の材種は
必ずしも1種に限定されず、所望により2種以上の無機
酸化物粒が混在した粒子構造が与えられる。
粒が結合した複合粒子は、所望により、その結合の一部
ないし全部がホランダイト構造プリデライト結晶である
結合構造が与えられる。プリデライト結晶は、焼成処理
過程におけるチタン酸アルカリ金属結晶と無機酸化物粒
子との反応により生成する化合物である。このものは下
記の一般式で表される。 AX MY TiZ O16 … 〔2〕 〔式中,Mは、無機酸化物に由来する元素(Mg,C
r,Fe,Ga等)、X =0.5 〜3 、Y =0.5 〜3 、Z
=5 〜8 〕。上記〔2〕式のプリデライトは、例えばM
がMg等の2価元素である場合は、下記〔21 〕式に、
MがCr等の3価元素である場合は、下記〔22 〕式
に、それぞれ書き換えることができる。 AX MX/2 Ti8-X/2 O16 … 〔21 〕 AX MX Ti8-X O16 … 〔22 〕
の無機酸化物粒の含有量(2種以上の無機酸化物粒が混
在する場合はその合計量)は、1〜20重量%とする。
含有量がこれに満たないと、無機酸化物粒を複合した効
果が十分に発現されず、他方20重量%を超えると、チ
タン酸アルカリ金属結晶の特性が弱められ、また摩擦材
等に適用した場合においては対面損傷性の悪化をきたす
からである。無機酸化物粒の粒径は、平均粒径1〜10
μmであるのが好ましい。粒径が1μmに満たない微細
粒子では、例えば摩擦材等の用途での摩擦係数の向上効
果が少なく、他方10μmを超える粗大粒子では、対面
損傷性の悪化を招くからである。ホランダイト構造プリ
デライト結晶は、チタン酸アルカリ金属結晶粒と無機酸
化物粒との結合を強め、複合粒子の粒形態を安定化する
ことにより、例えば摩擦材の用途では、複合粒子の配合
効果としてより高い摩擦係数を得ることを可能にする。
プリデライト結晶の生成の有無およびその生成量は、焼
成処理工程における焼成処理温度の調整により制御され
る。プリデライト結晶の生成量は、チタン酸アルカリ金
属結晶粒と無機酸化物粒との結合の強化に寄与し得る量
であればよく、その生成量は無機酸化物粒の粒サイズに
実質的な変化をきたす程のものではない。
られる。摩擦材の基材成分として使用される場合は、樹
脂中への混合操作性および分散効果の点から、平均粒径
約10〜100μm程度が適当である。この粉末粒径
は、原料粉末の焼成処理に際して、湿式または乾式造粒
により、製品粉末粒径にほぼ等しい粒径の造粒粉に造粒
して焼成処理するようにすればよい。焼成処理後、焼成
物に振動篩等の簡単な解砕処理を施すことにより、造粒
粉と殆ど同じ球形状と粒径を有する複合粒子からなる複
合化合物粉末を収得することができる。
は加熱によりTiO2 を生成するチタン化合物粉末と、
A2 Oまたは加熱によりA2 Oを生成するアルカリ金属
化合物粉末と、モース硬度6〜8である無機酸化物の1
種もしくは2種以上の粉末を混合し、これを造粒処理に
より適当な粒径の造粒粉として焼成処理することにより
製造される。チタン化合物は、精製アナターゼ,精製ル
チル,ハロゲン化物,硫酸塩,硝酸塩,水和物等であ
り、A2 Oまたは加熱によりA2 Oを生成するアルカリ
金属化合物は、Na,K,Rb,Li等の酸化物,炭酸
塩,硫酸塩,硝酸塩,ハロゲン化物,水酸化物等が使用
される。モース硬度6〜8の無機酸化物粒は、前記した
各種酸化物が適宜選択使用される。無機酸化物粒の粒径
は、均質な複合粒子を形成し、無機酸化物粒の複合効果
を十分に発現させるために平均粒径約1〜10μmの範
囲のものが好ましく使用される。
O 2 / M 2 O のモル比が3〜6となる割合に混合する。
配合割合を3以上とするのは、それより低いと、チタン
酸アルカリ金属の生成に必要なTiO2 量が不足するか
らであり、上限を6とするのは、それを越えると、Ti
O2 の未反応残留量が増加し、得られる複合化合物粉末
の特性が低下するからである。無機酸化物粉末は、Ti
O2 とA2 Oの合計量の1〜20重量%の範囲内におい
て、目的とする複合化合物粉末の混相構成に対応する量
に調整される。
ば、平均粒径10〜50μm)に造粒されて焼成処理に
付される。焼成処理は、900〜1300℃の温度域で
行われる。900℃を下限とするのは、TiO2 とA2
Oの反応によるチタン酸アルカリ金属〔A2 Tin O
2n+1〕の生成を効率よく行わせるためであり、1300
℃を上限とするのは、それを越えると、生成したチタン
酸アルカリ金属が溶融し、複合化合物粉末の品質が損な
われるからである。
低い温度域で行う場合は、焼成反応生成物であるチタン
酸アルカリ金属結晶粒に無機酸化物粒が結合した複合粒
子が形成される。生成するチタン酸アルカリ金属結晶の
組成と構造は、アルカリ金属化合物の材種と配合量比に
より異なる。アルカリ金属化合物が、例えばK2 CO 3
等のカリウム化合物であって、TiO2 /K2 Oモル比
を5.8〜6.2に調整した場合は、六チタン酸カリウ
ム〔K2 Ti6 O13〕を生成し、そのモル比が3.8〜
4.2である場合は、四チタン酸カリウム〔K2 Ti4
O9 〕を生成する。また、Na2 CO3 等のナトリウム
化合物を使用し、TiO2 /Na2 Oモル比を2.8〜
3.8に調整した場合は、三チタン酸ナトリウム〔Na
2 Ti3O7 〕が生成する。
の高温度域で行う場合は、TiO2とA2 Oとの反応に
より生成したチタン酸アルカリ金属結晶が、無機酸化物
粒と反応してホランダイト構造プリデライト結晶を生成
し、プリデライト結晶を介したチタン酸アルカリ金属結
晶粒と無機酸化物粒との結合を有する複合粒子が形成さ
れる。例えば、アルカリ金属元素(A)がカリウムであ
って、無機粒子がMgOである場合は、プリデライト結
晶として、KX MgX/2 Ti8-X/2 O16、無機酸化物粒
がCr2 O3 の場合は、KX CrX Ti8-X O16がそれ
ぞれ生成し、このプリデライト結晶とチタン酸アルカリ
金属結晶および無機酸化物粒で構成された混相構造を有
する複合粒子からなる粉末が得られる。プリデライト結
晶の生成量は、焼成処理温度および処理時間により調整
される。なお、無機酸化物として、SiO2 ,Zr
O2 ,SiZrO4 等を使用した場合は、焼成処理温度
を高めても、プリデライト結晶の生成(チタン酸アルカ
リ金属と無機酸化物との反応)はなく、得られる複合化
合物粉末は、チタン酸アルカリ金属結晶と無機酸化物粒
との複合粒子構造を呈する。
リ金属化合物の粉末、およびモース硬度6〜8の無機酸
化物粉末(平均粒径1〜10μm)を配合する。これに
2倍量(重量比)の水を加えてスラリーを調製し、湿式
噴霧乾燥機(スプレードライヤー)で処理し、乾燥物と
して造粒粉(平均粒径約40μm)を得る。乾燥物をア
ルミナるつぼに入れ、電気炉で焼成処理(処理時間:2
Hr)する。焼成処理の後、焼成反応生成物を振動ふる
いにかける。得られる複合化合物粉末はいずれも造粒粉
と同じ球形粒子であり、粒径は造粒粉のそれとほぼ同じ
である。
処理温度、および得られた複合化合物粉末の粒子構成を
示す。複合化合物粉末は、六チタン酸カリウム結晶と無
機酸化物粒からなる混相構造を有する複合粒子、または
これに六チタン酸カリウム結晶と無機酸化物粒との反応
生成物であるホランダイト構造プリデライト結晶が結合
した混相構造の複合粒子からなる。
特性の評価〕 (1)ディスク・パッドの製作 表2に示す配合組成の組成物を調製し、常法に従って予
備成形(加圧力:15MPa,時間:1分)、および金
型による結着成形(加圧力:15MPa,温度:170
℃,時間:5分)を行い、離型後、熱処理(180℃に
3Hr保持)し、ついで研摩加工を施して供試ディスク
・パッドA〜Eを得る。ディスクパッドA〜Cは、基材
粉末として前記実施例におけるNo.2, No.4, No.9の複合
化合物粉末(平均粒径: 40μm)を使用し、ディスクパ
ッドDは、六チタン酸カリウム単相粉末(球状粉末,平
均粒径40μm)、ディスクパッドEは、六チタン酸カリ
ウム粉末(球状粉末,平均粒径40μm)と無機酸化物
(ジルコンフラワー, 平均粒径1.1 μm)の混合粉末を
それぞれ使用した例である。
ブレーキ装置ダイナモメータ試験方法」による第2効力
試験を行う。 制動初速度…50km/h,100km/h 減速度…0.3G 試験結果を表2の下段に示す結果を得た。「対面損傷
性」は、試験後の相手材(材種:FC250)の肉眼観察によ
る摩耗状況を対比したものである(◎: 摩耗量極めて軽
微,○: 軽微,△: やや多い)。本発明の複合化合物粉
末を基材成分として製造されたディスク・パッドA〜C
は、チタン酸アルカリ金属単相粉末を基材成分としたデ
ィスクパッドD,チタン酸アルカリ金属粉末と無機酸化
物の混合粉末を使用したディスク・パッドEと比べ、高
い摩擦係数μを安定に維持している。また、相手攻撃性
も、ディスクパッドE(六チタン酸カリウム粉末と無機
酸化物粒との混合粉末を使用)に比し優れており、ディ
スクパッドD(六チタン酸カリウム単相粉末を使用)に
準じた良好な特性を有している。
合物粉末は、チタン酸アルカリ金属の結晶粒に、モース
硬度6〜8の無機酸化物粒,またはこれにホランダイト
構造オクトチタン酸塩の結晶粒が結合した混相構造の粒
子からなる効果として、チタン酸アルカリ金属の単相粉
末、チタン酸アルカリ金属粉末と無機酸化物粒の単なる
混合粉末では得られない複合的特性を有し、例えば自動
車等の制動装置を構成する摩擦材の基材成分として適用
することにより、改良された摩擦特性を得ることができ
る。本発明の複合化合物粉末は、このほかプラスチック
補強材,塗料充填材,断熱材,耐熱材等として有用であ
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 TiO2または加熱によりTiO2を生
成するチタン化合物粉末と、A2O(Aはアルカリ金
属)または加熱によりA2Oを生成するアルカリ金属化
合物粉末と、モース硬度6〜8の無機酸化物粉末とが、
TiO2/A2Oのモル比:3〜6、無機酸化物粉末の
含有量:TiO2とA2Oの合計量の1〜20重量%の
割合に配合された粉末混合物の造粒粉を焼成処理してな
る、 式[A2TinO2n+1](式中、Aは前記と同義、n
=3〜6)で示されるチタン酸アルカリ金属の結晶粒と
前記無機酸化物の粒子とが結合した複合粒子からなるこ
とを特徴とするチタン酸アルカリ金属系複合化合物粉
末。 - 【請求項2】 TiO2または加熱によりTiO2を生
成するチタン化合物粉末と、A2O(Aはアルカリ金
属)または加熱によりA2Oを生成するアルカリ金属化
合物粉末とを、TiO2/A2Oのモル比が3〜6とな
る割合に混合すると共に、そのTiO2とA2Oの合計
量の1〜20重量%に相当する量のモース硬度6〜8の
無機酸化物粉末を配合してなる粉末混合物を造粒し、 造粒粉を温度900〜1100℃で焼成処理することに
より、TiO 2 とA 2 Oとの反応による式:A 2 Ti n
O 2n+1 (式中、Aは前記と同義,n=3〜6)で示さ
れるチタン酸アルカリ金属を生成することを特徴とする
請求項1に記載のチタン酸アルカリ金属系複合化合物粉
末の製造方法。 - 【請求項3】 TiO2または加熱によりTiO2を生
成するチタン化合物粉末と、A2O(Aはアルカリ金
属)または加熱によりA2Oを生成するアルカリ金属化
合物粉末と、モース硬度6〜8の無機酸化物粉末とが、
TiO2/A2Oのモル比:3〜6、無機酸化物粉末の
含有量:TiO2とA2Oの合計量の1〜20重量%の
割合に配合された粉末混合物の造粒粉を焼成処理してな
る、 下記(1)又は(2)の複合粒子、 (1)式:A2TinO2n+1(式中、Aは前記と同
義、nは3〜6)で示されるチタン酸アルカリ金属の結
晶粒と前記無機酸化物の粒子とが、式:AXMYTiZ
O16(式中、Mは無機酸化物の元素,X=0.5〜3,Y=0.5〜
3,Z=5〜8)で示されるホランダイト構造オクトチタン酸
塩の結晶を介して結合した複合粒子、 (2)式:AXMYTiZO16(式中、M及びX,Y,Zは前
記と同義)で示されるホランダイト構造オクトチタン酸
塩の結晶粒と前記無機酸化物の粒子とが結合した複合粒
子、 からなることを特徴とするチタン酸アルカリ金属系複合
化合物粉末。 - 【請求項4】 TiO2または加熱によりTiO2を生
成するチタン化合物粉末と、A2O(Aはアルカリ金
属)または加熱によりA2Oを生成するアルカリ金属化
合物粉末とを、TiO2/A2Oのモル比が3〜6とな
る割合に混合すると共に、TiO2とA2Oの合計量の
1〜20重量%に相当する量のモース硬度6〜8の無機
酸化物粉末を配合してなる粉末混合物を造粒し、 造粒粉を温度1100〜1300℃で焼成処理すること
により、TiO 2 とA 2 Oとの反応による式:A 2 Ti
n O 2n+1 (式中、Aは前記と同義,n=3〜6)で示
されるチタン酸アルカリ金属を生成し、生成したチタン
酸アルカリ金属の一部ないし全量と前記無機酸化物との
反応による式:A X M Y Ti Z O 16 (式中、Mは無機
酸化物の元素,X=0.5〜3,Y=0.5〜3,Z=5〜8)で示される
ホランダイト構造オクトチタン酸塩を生成することを特
徴とする請求項3に記載のチタン酸アルカリ金属系複合
化合物粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13818896A JP3467577B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末およびその製造方法 |
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JP13818896A JP3467577B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末およびその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH09315817A JPH09315817A (ja) | 1997-12-09 |
JP3467577B2 true JP3467577B2 (ja) | 2003-11-17 |
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ID=15216135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP13818896A Expired - Lifetime JP3467577B2 (ja) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | チタン酸アルカリ金属系複合化合物粉末およびその製造方法 |
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---|---|---|---|---|
JP5205638B2 (ja) * | 2007-03-29 | 2013-06-05 | 東邦チタニウム株式会社 | チタン酸アルカリの製造方法 |
JP5189333B2 (ja) * | 2007-09-14 | 2013-04-24 | 株式会社クボタ | 非晶質複合チタン酸アルカリ金属組成物及び摩擦材 |
-
1996
- 1996-05-31 JP JP13818896A patent/JP3467577B2/ja not_active Expired - Lifetime
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