CN101679067A - 碱金属钛酸盐和碱金属钛酸盐空心体粉末及其制法、以及含有碱金属钛酸盐和碱金属钛酸盐空心体粉末的摩擦材料 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种钛酸钾的制造方法及摩擦材料，所述钛酸钾适合作为摩擦滑动部件用的摩擦材料。本发明涉及一种钛酸钾的制造方法，该方法是通过使用振动棒磨将凝聚体或造粒体的钛化合物和钾化合物均匀混合形成混合物，焙烧该混合物，使钛化合物和钾化合物反应，制造所期望的钛酸钾的简便且廉价的制造方法。

Description

碱金属钛酸盐和碱金属钛酸盐空心体粉末及其制法、以及含有碱金属钛酸盐和碱金属钛酸盐空心体粉末的摩擦材料
技术领域
本发明涉及碱金属钛酸盐的制造方法和用该方法得到的碱金属钛酸盐、以及含有该碱金属钛酸盐的摩擦材料。本发明还涉及碱金属钛酸盐的空心体粉末的制造方法、用该方法制得的碱金属钛酸盐空心体粉末以及含有该粉末的摩擦材料。
背景技术
碱金属钛酸盐作为构成汽车、轨道车辆、飞机及工业机械类等中的制动装置的制动带用摩擦衬片、磁盘衬垫、离合器摩擦衬片等摩擦滑动部件用的摩擦材料是很有用的材料。以往，作为这样的摩擦材料，使用的是通过将石棉分散在有机类或无机类粘合剂中，并使之粘结成型而制成的摩擦材料。但是，石棉不仅耐热性等摩擦磨耗特性不充分，而且还存在致癌性等环境卫生上的问题，因此，近年来，强烈需要开发一种代替品，这已成为非常迫切的问题。
针对该需求，曾提出了一种摩擦材料，其使用纤维状钛酸钾等碱金属钛酸盐作为基体材料纤维或摩擦调节剂。尤其是钛酸钾纤维具有下述优异的特性：不具有像石棉那样的致癌性、耐热性良好、可有效防止褪色现象的发生、或提高作为摩擦特性的热稳定性。尤其是在通式K2O·nTiO2(n为1～12的整数)表示的钛酸钾中，n为6或8的6钛酸钾纤维或8钛酸钾纤维具有隧道结构的结晶结构，含有6钛酸钾纤维或8钛酸钾纤维的摩擦材料具有优异的特性，尤其是耐热性等。
但是，以往的钛酸钾纤维大多为平均纤维径0.1～0.5μm、评均纤维长10～20μm的纤维，不属于世界保健组织(WHO)推荐范围内的纤维(作为吸入性纤维的WHO纤维：平均短径为3μm以下、平均纤维长为5μm以上、并且长宽比为3以上的纤维状化合物以外的纤维)。
而且，由于以往的碱金属碳酸盐纤维或碱金属碳酸盐晶须的制造方法复杂，例如，制造钛酸钾时用下述方法：将氧化钛等钛化合物与碳酸钾等钾化合物混合，并进行焙烧反应，随后将其浸渍在水中进行开纤，用酸中和，调节钾成分，并进行干燥。尤其是耐热性优异的6钛酸钾纤维或8钛酸钾纤维由于具有隧道结构，很难使晶须状或纤维状结晶成长，必须经过下述特殊的步骤：首先合成具有层状结晶结构的2钛酸钾纤维或4钛酸钾纤维，然后调节pH，随后再次焙烧转化为隧道结构的结晶，再将得到的纤维状物进行纤维分离和分级等。因此，存在制造成本高的高价材料之类的问题。而且工业化生产的钛酸钾纤维的堆积比重小，流动性差，并在制造步骤中存在发生供料不足、且因粘附在供料线路的管壁等上而导致堵塞等问题。另外，在制造摩擦材料时，很难与原材料均匀混合，很难得到均匀的摩擦材料，在品质管理方面存在问题。
为了解决这些现有问题，公开了一种摩擦材料，其不是含有纤维状，而是含有层状/板状的碱金属钛酸盐作为摩擦调节材料的摩擦材料(例如参考专利文献1)。由于该摩擦调节材料为长径10～500μm、短径(厚度)50～1000nm的层状/板状钛酸钾，且不具有纤维形状，因此不用担心因其流动性差而在制造步骤中存在堵塞供给线路等问题，而且不会产生因吸入而导致的劳动环境恶化。但在这种情况下，制造碱金属钛酸盐时的制造步骤依然很复杂，现状是制造成本高、无法享受经济实惠。同样地，还公开了一种摩擦剂，其含有柱状或板状等截面径5μm以上、长50μm以上的钛酸钾作为基体材料纤维(例如专利文献2)。但在这种情况下依然存在上述问题。
此外，为了降低制造成本，还公开了以杂质含量较高的廉价的钛铁矿作为钛源，以此为原料制造碱金属钛酸盐的方法(例如参考专利文献3)。在该方法中，用振动磨进行磨碎处理，随后通过在特定温度下进行焙烧来合成钛酸锂钾等。但该制法由于使用了铁等杂质含量较高的钛铁矿等作为原料，因此用该制法制造的碱金属钛酸盐杂质含量高，必须进行处理以除去杂质。而且，在该制法中，很难控制制造的碱金属钛酸盐的组成，尤其要得到6碱金属钛酸盐的情况下，必须经过下述步骤：先制造2或4碱金属钛酸盐等，然后进行水洗或酸洗，在特定温度下进行焙烧等步骤，因此也存在制造步骤复杂的问题。
专利文献1：特开2000-265157号公报
专利文献2：特开平1-294553号公报
专利文献3：特开2003-335519号公报
发明内容
发明要解决的问题
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种简便且廉价的碱金属钛酸盐的制造方法、由该方法得到的碱金属钛酸盐、以及含有该碱金属钛酸盐的摩擦材料，所述碱金属钛酸盐不仅具有高的热稳定性，而且作为摩擦材料用的基体材料纤维和摩擦调节剂性能良好，且纤维形状少、具有棒状、柱状等形状。尤其提供碱金属钛酸盐的制造方法，该方法可将氧化钛和碱原料均匀混合，并能够得到反应性高，结晶性、纯度高，具有所期望组成的碱金属钛酸盐化合物。
此外，本发明的另一目的在于提供作为摩擦调节材料良好的碱金属钛酸盐空心体粉末的制造方法、用该方法得到的空心体粉末以及含有该空心体粉末的摩擦材料。
解决问题的方法
鉴于上述实际情况，本发明人经过潜心研究的结果发现：通过采用不同于现有碱金属钛酸盐制造方法的新型制造方法，可以很容易得到包含所期望组成的碱金属钛酸盐化合物，该碱金属钛酸盐化合物主要具有棒状、柱状、圆柱状、长方形或板状形状，且具有高结晶性、和高纯度；还可容易地得到碱金属钛酸盐的空心体粉末，该碱金属钛酸盐的空心体粉末包含结合有上述碱金属钛酸盐化合物粒子的碱金属钛酸盐壳；以及使用该碱金属钛酸盐或空心体粉末作为摩擦调节材料时显示出优异的耐热性，于是完成了本发明。
也就是说，本发明涉及一种制造碱金属钛酸盐的制备方法，该方法包括以下步骤：将平均粒径0.1～10mm的凝聚体或造粒体的钛化合物和碱金属化合物粉碎混合，使通过该混合得到的混合物进行焙烧反应，制备碱金属钛酸盐。由于本发明以凝聚体或造粒体为原料，粉碎混合时则可均匀混合，尤其通过用振动棒磨机粉碎、混合，很少有粉碎物粘着在该磨内部，而可均匀地进行混合。此外，通过含有防止粘着或凝聚的添加剂进行粉碎混合，可以抑制粘着等，也可实现更均匀地混合。
需要说明的是，可添加醇类等作为添加剂。另外，混合物中还可含有金属钛粉或氢化钛粉。在本发明中，优选使用氧化钛的凝聚体或造粒体作为钛酸化合物，另外，优选使用碱金属的碳酸盐和氢氧化物作为碱金属化合物。通过使用所述本发明的制造方法，可简便且廉价地制造四碱金属碳酸盐和/或六碱金属碳酸盐。优选以下述碱金属化合物作为原料进行制造，所述碱金属化合物为含有选自钾、钠和锂中的至少1种的化合物。尤其在制造钛酸钾时，通过将焙烧温度范围设定为800～1300℃，则可以制造为所期望组成的钛酸钾。尤其通过提高该焙烧温度，可以制造平均短径及平均长度(平均长径)大(长)的钛酸钾。也就是说，通过使升温速度为0.5℃～2℃/分，使焙烧温度为1000～1300℃时，则可以得到平均短径为3μm～10μm、平均长宽比(长径/短径)为1.5～10的钛酸钾。另外，通过使升温速度为2℃～5℃/分，使焙烧温度为1000～1300℃时，则可以得到平均短径为1μm～3μm、平均长径为3μm～5μm的钛酸钾。本发明还提供一种摩擦材料，其含有通过上述方法得到的碱金属钛酸盐作为摩擦调节剂。
另外，在本发明中，通过将用上述方法制造的碱金属钛酸盐分散在溶剂中形成浆料，然后通过将该碱金属钛酸盐的浆料喷雾干燥，由此制造碱金属钛酸盐的空心体粉末。在上述喷雾干燥步骤后，还可进行下述步骤：在750℃～1300℃的温度下进一步进行热处理。通过这样的方法，可以得到含有下述碱金属钛酸盐粒子的壳结构的碱金属钛酸盐空心体粉末，所述碱金属钛酸盐粒子具有棒状、柱状、圆柱状、长方形和/或板状形状，且其平均短径为3μm～10μm、平均长宽比(长径/短径)为1.5～10。另外，还可得到含有下述碱金属钛酸盐粒子的壳结构的碱金属钛酸盐空心体粉末，所述碱金属钛酸盐粒子平均短径为1μm～3μm、平均长径为3μm～5μm。本发明还提供一种摩擦材料，其含有上述空心体粉末作为摩擦调节材料。
另外，本发明通过将用上述方法制造的碱金属钛酸盐和莫氏硬度6～9的无机氧化物粉末分散在溶剂中形成浆料，然后将该浆料喷雾干燥，从而制造碱金属钛酸盐的空心体粉末。在上述喷雾干燥步骤后，还可以具有在750℃～1300℃的温度下进一步进行热处理的步骤。需要说明的是，优选莫氏硬度6～9的无机氧化物粉末的含量，相对于上述碱金属钛酸盐为1～3重量％。通过这样的方法，可以得到含有由具有棒状、柱状、圆柱状、长方形和/或板状形状，且其平均短径为3μm～10μm、平均长宽比(长径/短径)为1.5～10的碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度6～9的无机氧化物粒子的构成的壳结构的碱金属钛酸盐空心体粉末。另外，还可得到含有由平均短径为1μm～3μm、平均长径为3μm～5μm的碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度6～9的无机氧化物粒子构成的壳结构的碱金属钛酸盐空心体粉末。本发明还提供一种含有上述空心体粉末作为摩擦调节材料的摩擦材料。
按照本发明可以抑制纤维形状的碱金属钛酸盐粒子的生成，且能简便又廉价地制造短径较大(优选平均径为3μm以上)的板状/柱状等的碱金属钛酸盐粒子，以及由这样的碱金属钛酸盐粒子形成的壳结构的空心体粉末。本发明首先通过将凝聚体或造粒体的钛化合物与钾化合物等碱金属化合物用振动磨、尤其是振动棒磨均匀粉碎混合，随后均匀地进行焙烧反应。因此，无需进行焙烧反应后的成分调整步骤，即可得到具有目标组分的碱金属钛酸盐，尤其是四钛酸钾和/或六钛酸钾。而且，含有该碱金属钛酸盐、尤其是该碱金属钛酸盐的空心体粉末的摩擦材料从低温至高温的宽温度范围内是稳定的，且具有优异的摩擦系数和耐磨耗性，因此其作为用于汽车、轨道车辆、飞机、各种工业用机器类等的制动部件用材料，例如作为离合器摩擦衬片用材料及制动衬垫或磁盘衬垫等制动用材料等使用时可得到提高制动功能、稳定性、改善耐用寿命的效果。
附图说明
图1为本发明涉及的凝聚体的氧化钛的扫描电子显微镜照片。
图2为市售颜料用氧化钛的扫描电子显微镜照片。
图3为用本发明制造方法制造的钛酸钾的扫描电子显微镜照片。
图4为用本发明制造方法在其它焙烧条件下制造的钛酸钾的扫描电子显微镜照片。
图5为用本发明制造方法在另一焙烧条件下制造的钛酸钾的扫描电子显微镜照片。
图6为用本发明制造方法在又一焙烧条件下制造的钛酸钾的扫描电子显微镜照片。
图7为本发明涉及的碱金属钛酸盐的空心体粉末的扫描电子显微镜照片。
图8为用本发明涉及的另一制造方法制造的碱金属钛酸盐空心体粉末的扫描电子显微镜照片。
图9为用本发明涉及的又一制造方法制造的碱金属钛酸盐空心体粉末的扫描电子显微镜照片。
图10为用本发明的另一制造方法制造的碱金属钛酸盐空心体粉末的扫描电子显微镜照片。
图11为图10所示空心体粉末的，用带有电子射线微量分析仪(EPMA：Electron Probe Microanalyzer)的扫描电子显微镜测出的Zr图像。
图12为用现有制造方法制造的钛酸钾纤维的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下，对本发明的碱金属钛酸盐的制造方法进行详细说明。
关于本发明制造方法中使用的钛化合物，可以单独或组合使用2种以上下述钛化合物，例如二氧化钛、钛低氧化物(亜酸化チタン)、正钛酸或其盐、偏钛酸或其盐、氢氧化钛、过钛酸或其盐等。其中，可优选使用二氧化钛。这是因为二氧化钛与碱金属化合物的混合性及反应性优异，且价格低。优选其结晶类型为金红石型或锐钛矿型。使用金红石型二氧化钛的情况下，所得碱金属钛酸盐的结晶大，因此特别优选。
本发明使用这些钛化合物的凝聚体或造粒体为原料。其中，特别优选二氧化钛的凝聚体(含颗粒)或造粒体，优选其平均粒径为0.1mm以上、更优选0.5～10mm、进一步优选0.5～1mm。这是因为若平均粒径过小，则与碱金属化合物混合时不能均匀混合，另外，为了达到更均匀混合的目的，使用振动磨等粉碎能量大的磨进行混合时，发生粘着很难混合的缘故。反之，若平均粒径过大，则很难均匀混合，效率降低。但即使是超过10mm的大的凝聚体、造粒体，只要经过破碎、粉碎使之成为10mm以下，即可作为本发明的钛化合物凝聚体或造粒体使用。
这里，本发明的凝聚体是指形成，由初级粒子凝聚而成的二级粒子、由二级粒子凝聚而成的三级粒子、和/或由三级以上的n级粒子凝聚而成的n+1级粒子(n为3以上的整数)等的粗粒子(含颗粒)，且指平均粒径为0.1mm～10mm的较大粒子。另一方面，平均粒径为数μm左右(最大20μm左右)的二氧化钛粉末或二氧化钛粉末的凝聚体等通常因初级粒子很难单分散故而形成二级粒子的粒子不包括在内。但本发明的凝聚体可以含有微量的二氧化钛粉末(含有不影响均匀混合程度的微量)。本发明优选使用的氧化钛凝聚体的SEM照片如图1所示，而现有的市售氧化钛粉末(颜料用)的SEM照片如图2所示。
需要说明的是，本发明所述钛化合物凝聚体或造粒体的平均粒径是指按照JISK0069化学制品的筛选试验方法测定的值。另外，在本说明书中，提到的凝聚体或造粒体的平均粒径的情况，只要没有特别说明就是指用本方法测得的值。
该二氧化钛凝聚体可以是由硫酸钛或硫酸氧钛(硫酸チタニル)制造的(硫酸法氧化钛)、或在气相中氧化或水解四氯化钛制造的(气相法氧化钛)、或者中和或水解四氯化钛水溶液或烷氧基钛制造的。通常，在这些作成颜料用氧化钛等最终制品之前的制造步骤中，进行凝聚粒子的粉碎、破碎或分级等而进行粒度调整，除去粗大粒子，但在本发明中，特别优选将该处理前的中间制品即所谓的渣块作为原料。也就是说，这些渣块是本发明优选的钛化合物的凝聚体，通过将该凝聚体作为原料，可以抑制与碱金属化合物粉碎混合时混合物的粘着，可以实现均匀混合，其结果可以不经过原料成分调整等处理而制造所期望的碱金属钛酸盐。
需要说明的是，还可使用钛化合物的造粒体代替钛化合物的凝聚体。所述造粒体可通过下述方法制造：将市售的微粒氧化钛通过喷雾干燥进行造粒、添加粘合剂混炼而造粒等。通过使用这样的钛化合物造粒体作为原料，即使采用振动磨等粉碎能量大的机械混合装置，也可抑制对振动磨内壁的附着或粘着。其结果，与上述凝聚体的钛化合物相同，可将钛化合物与碱金属化合物均匀混合。
在本发明中，关于制造碱金属钛酸盐时原料的混合比例，以碱金属化合物焙烧反应后生成的碱金属钛酸盐(M2O·nTiO2∶M为碱金属)为1摩尔时，凝聚体或造粒体的钛化合物作为钛原子为0.5～10摩尔、优选1～8摩尔，碱金属化合物作为碱金属原子为1～3摩尔、优选1.5～2.5摩尔。尤其在制造4钛酸钾的情况下，以焙烧反应后生成的4钛酸钾(K2O·4TiO2)为1摩尔时，二氧化钛凝聚体或造粒体作为钛原子为3.5～4.5摩尔、优选3.8～4.2摩尔、特别优选4.0摩尔，钾化合物作为钾原子为1.8～2.2摩尔、优选1.9～2.1摩尔、特别优选2摩尔。在制造6钛酸钾的情况下，以焙烧反应后生成的6钛酸钾(K2O·6TiO2)为1摩尔时，二氧化钛凝聚体或造粒体作为钛原子为5.5～6.6摩尔、优选5.8～6.2摩尔、特别优选6.0摩尔，钾化合物作为钾原子为1.8～2.2摩尔、优选1.9～2.1摩尔、特别优选2摩尔。此时，如下所述，向凝聚体或造粒体的钛化合物和碱金属化合物的混合物中添加金属钛粉或氢化钛粉时，由于金属钛粉或氢化钛粉被氧化而生成二氧化钛，因此包含金属钛粉或氢化钛粉作为上述凝聚体或造粒体的钛化合物的钛源，有必要调整混合比例。
在本发明中，仅通过如此调整原料比，即可控制作为最终产物的碱金属钛酸盐的组成。在现有的方法中，使钛化合物和碱金属化合物反应时，由于反应性低，碱金属化合物发生损失，故要以高于理论量的过量使用碱金属化合物。但在本发明的方法中，是以与作为目标物的碱金属钛酸盐的最终组成基本相同的理论量的钛化合物和碱金属化合物混合而得到的混合物作为原料，通过对其进行焙烧反应，则可以得到作为目标组成的碱金属钛酸盐。
作为本发明的混合方法，可以采用干式混合法或湿式混合法中的任一种，但从步骤简化的角度考虑优选干式混合法。但是，使用以往的V型混合机、球磨等装置作为混合时所用的混合装置时，不能充分将凝聚体或造粒体的钛化合物与碱金属化合物均匀混合。因此，希望使用振动磨、振动棒磨、振动球磨、珠磨、涡轮磨、行星式球磨等机械的粉碎装置。特别优选填充棒状棒条的振动棒磨作为粉碎装置。由于振动棒磨边将凝聚体或造粒体的钛化合物和碱金属化合物粉碎边进行混合，则仅将棒条间粒径为某种程度的大粒径粉末进行粉碎，而很少像球磨那样对细粉进行过粉碎。尤其是氧化钛，本来因其表面存在的羟基，粘附性就强，而且粒径越小比表面积也越大。因此，若进行过粉碎，则粉碎物易粘附在振动磨内部，但本发明抑制这种粉碎物的粘附，与其它混合方法相比可进行均匀的粉碎混合。尤其是作为上述钛化合物的凝聚体等使用二氧化钛凝聚体或造粒体作为原料，将其用振动棒磨进行粉碎混合时，将二氧化钛的粗粒子粉碎、破碎，可抑制一定程度的微细初级粒子等的过粉碎。结果可抑制二氧化钛在磨内部的粘附，进行均匀混合。反之，若以二氧化钛颜料等粉末为原料，则易被过粉碎成微细的初级粒子，易发生粘附，很难均匀混合。而以钛铁矿等钛矿石为原料的情况下，很难控制碱金属钛酸盐的组成，因此优选使用纯的二氧化钛。
需要说明的是，本发明中“均匀”的表述，是表示与不使用本发明的凝聚体或造粒体的钛化合物作为原料(例如以二氧化钛粉末等颜料为原料)时，将该原料与碱金属化合物混合的情况相比较，原料可均匀地分散。或者表示用本发明的振动磨、尤其是振动棒磨进行混合时，与用以往的V型混合器或球磨等混合时相比可均匀地将原料分散。
需要说明的是，使用振动磨、尤其是振动棒磨粉碎/混合钛化合物和碱金属化合物时，希望添加适量醇类。作为醇的添加量，相对于钛化合物和碱金属化合物、还包括后述的凝聚防止剂等添加剂的全部粉碎物的重量，优选为0.1～3.0重量％、更优选0.3～1.0重量％。另外，进行粉碎/混合时，优选在磨内温度为所添加醇类的沸点以上进行，优选边使醇汽化边进行粉碎混合。这样可以抑制钛化合物在磨内部的附着或粘附，可以得到钛化合物凝聚体和碱金属化合物更均匀分散的混合物。另外，作为醇类，可以列举甲醇、乙醇、戊醇、烯丙基醇、炔丙基醇、乙二醇、丙二醇、赤醇、2-丁烯-1，4-二醇、甘油、季戊四醇、阿拉伯糖醇、山梨醇、庚糖醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚甘油等。其中优选沸点较低的甲醇和乙醇。
另外，为了抑制振动磨等混合容器内的钛化合物的凝聚或粘附，还可添加凝聚防止剂、润滑剂等添加剂。作为添加剂，优选在焙烧钛化合物与碱金属化合物的混合物时发生分解、燃烧或汽化，而在生成的碱金属钛酸盐中无残留的添加剂。作为这样的添加剂，可以列举，纤维素类、脂肪酸类、糖类、谷物(穀物物)、尿素类、聚合物等。具体可以列举，甲基纤维素、木质素、木粉、纸浆粉(パルプ粉)、天然纤维粉、硬脂酸、硬脂酸铵、山梨糖醇二硬脂酸酯、木糖、葡萄糖、半乳糖、蔗糖、淀粉、糊精等糖类；小麦粉、大豆粉、米粉、糖、尿素、联二脲(ビゥレァ)、氨基脲、碳酸胍、氨基胍、偶氮二酰胺、丙烯酸树脂粉、聚丙烯粉末、聚乙烯粉末、聚苯乙烯粉末等，特别优选为固体状且为粉末状的木粉、纸浆粉、天然纤维粉。
需要说明的是，采用湿式混合法作为本发明的混合方法时，可使用纯水、醇或丙酮、MEK、THF等通常的有机溶剂等作为溶剂，但为了提高混合粉末的分散性、使其均匀混合，优选组合使用表面活性剂或分散剂。
另外，视需要在凝聚体或造粒体的钛化合物和碱金属化合物的混合物中，还可含有金属钛粉或氢化钛粉。在这种情况下，优选相对于1摩尔钛化合物中的钛原子，含有金属钛粉或氢化钛粉0.01～0.2摩尔、更优选0.03～0.1摩尔。以这样的比例混合金属钛粉或氢化钛粉时，在反应容器内进行焙烧的同时发生燃烧，这可以抑制反应容器内部所产生的温度分布，使反应更均匀地进行，结果可以得到具有目标组成的碱金属钛酸盐。
需要说明的是，作为本发明的碱金属化合物，优选选自钾、钠以及锂的化合物中的1种或2种以上的金属。特别优选作为摩擦调节剂有用的钛酸钾的原料即钾化合物。另外，还优选使用作为锂离子二次电池的电极材料有用的钛酸锂的原料即锂化合物。此外，作为碱金属化合物，包括这些碱金属的碳酸盐、氢氧化物、草酸盐等，优选焙烧反应中发生熔融的碱金属化合物，特别优选碳酸盐或氢氧化物。在与钛化合物进行的焙烧反应中，这些碱金属化合物熔融或分解，易发生反应，且分解后仅生成二氧化碳气体或水等，在制品中不残留有杂质，因此优选。制造钛酸钾的情况下，作为钾化合物，可使用氧化钾、碳酸钾、氢氧化钾、草酸钾等，优选使用碳酸钾。这些钾化合物可单独使用，也可将2种以上组合使用。制造钛酸钠的情况下，作为钠化合物，可以使用碳酸钠、氢氧化钠、草酸钠等，优选碳酸钠。制造钛酸锂的情况下，使用碳酸锂、氢氧化锂、优选碳酸锂。此外，在本发明中，制造钛酸钾的情况下，将氧化钛等钛化合物和碳酸钾等钾化合物混合，并进行焙烧反应。在这种情况下，优选通过混合碳酸锂等锂化合物与钾化合物，来控制所得钛酸钾的形状。此外，通过添加镁化合物或钡化合物等碱土类金属化合物可以抑制纤维状结晶的生成，因此优选。另外，在不影响碱金属钛酸盐的生成的范围内，还可添加微量的其它化合物，例如无机氧化物等。这里，作为无机氧化物，可以列举CeO2、WO3、ZrO2、Zr(CO3)2、CaCO3等。
将上述操作所得的凝聚体或造粒体的钛化合物和碱金属化合物的均匀混合物进行焙烧，使钛化合物和碱金属化合物反应。这样可以得到棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状的碱金属钛酸盐。焙烧可以在反应容器内进行、也可向该混合物中添加粘合剂等形成成型体后将其直接焙烧。考虑到反应性和所得碱金属钛酸盐的形状时，优选将全部混合物填充在反应容器中进行焙烧。
作为用于焙烧的反应容器，优选陶瓷制的容器，即用氧化铝等通常的陶瓷材料制的容器，可以使用具有下述形状的容器，即装载或装入上述混合物时与混合物间尽可能成为难以侵入空气的形状，具体可以列举，圆筒状物、具有凹部的圆柱状物、具有凹部的方形物、皿状物等。其中，在圆柱状物或方形物的一部分形成的凹部具有一定的深度，故在焙烧时可防止空气中氧的侵入，因此优选。
此外，优选在向上述陶瓷制反应容器中填充上述混合物时，在陶瓷制反应容器和混合物间、至少在陶瓷制反应容器底部夹有由碳化材质制成的片材。这样，通过夹有片材，可以避免因焙烧时混和物中的碱金属化合物熔融而导致的碱金属化合物流失、或熔融的碱金属化合物浸透到陶瓷制反应器中。另外，这些片材至少夹在与上述混合物的接触部，可以更有效地避免钾化合物的流失、向陶瓷制反应容器的渗透，因此优选，所述混合物位于陶瓷制反应容器凹部形成的内壁部。另外，如果使这些片材夹在陶瓷制反应容器凹部形成的内壁部全体上，则基本上可以完全避免碱金属化合物的流失、或向陶瓷制反应容器的渗透，因此特别优选。
由碳化材质制成的片材可以使用具有下述材质的片材：焙烧时发生碳化且最终烧光，同时焙烧时不生成软化物或流动物，具体可以使用纸、天然纤维、树皮或热固性树脂。例如，纸的情况下，可以使用不能与很难碳化的软化氯乙烯等贴合的通常的纸，可以使用所谓的未漂白牛皮纸、低光泽(両更晒，double-sided bleach)牛皮纸、有光(片艶晒，one-side luster bleach)纸等包装用纸、瓦楞纸板(段ボ一ル原紙，fiberboard)、新闻用纸、上等纸、中等纸(中質紙)、再生纸(再生紙)、书籍用纸、高光泽涂覆纸、铜版纸、PPC纸等信息用纸等。另外，作为天然纤维，可以使用例如棉、麻、丝绸等。此外，作为热固性树脂，可以使用例如酚醛树脂、环氧树脂、三聚氰胺树脂等。片材的形状可以为片、织造布、非织造布或袋。
焙烧温度因碱金属钛酸盐的种类或结晶型而异，为钛酸钾的情况下，通常在800～1300℃、优选1000～1300℃下进行。所得钛酸钾的形状可通过调节焙烧温度来控制，在更高的焙烧温度的高温下进行时，可得到更大的钛酸钾。但是，若低于800℃时，则反应不能充分地进行。反之，若在高于1300℃的高温下焙烧时，则需要耐受如此高温的炉子，成本增加，而且该温度接近钛酸钾的熔点，发生熔融，很难控制形状，因此优选在1300℃以下进行焙烧。钛酸锂为具有尖晶石型结晶结构的Li4Ti5O12的情况下，焙烧温度通常为800～～1000℃、优选850～950℃。此外，为Li2TiO3的情况下，焙烧温度通常为950～1450℃、优选950～1200℃。为6钛酸钠的情况下，焙烧温度通常为400～900℃、优选500～800℃。在上述温度范围内，焙烧时间为1～10小时、优选2～5小时。焙烧反应后，冷却至常温，而升温速度以0.5～10℃/分、优选0.5～5℃/分的速度从室温升至上述焙烧温度。关于冷却速度以0.5～10℃/分、优选1～5℃/分较慢的冷却速度进行时，可以从上述焙烧温度至300℃。通过这样调节焙烧温度、升温速度以及冷却速度，可以得到本发明的碱金属钛酸盐。尤其在本发明的钛酸钾的制造方法中，通过这样的焙烧温度、较低速的升温速度以及较低速的冷却速度，可以促进钛酸钾粒子的成长，可以得到短径更大的棒状、柱状或板状结晶。其中，通过调整焙烧温度以及升温速度，可以控制平均短径的长度。例如，焙烧温度为1000℃～1300℃、升温速度为0.5～2℃/分时，可以得到平均短径3μm～10μm的钛酸钾。这里，焙烧温度越高，升温速度越慢，所得钛酸钾的平均短径越大。另外，升温速度高于2℃/分时，尤其是升温速度为2℃～5℃/分时，也可以得到平均短径1μm～3μm的钛酸钾。
视需要将按照如上操作得到的碱金属钛酸盐进行机械破碎或粉碎。尤其含有短径3μm以下、长径5μm以上的纤维状钛酸钾时，将长径5μm以上的钛酸钾粉碎，优选低于5μm的钛酸钾。这里，机械破碎或粉碎的装置可采用公知的装置，可以使用振动磨、振动球磨、珠磨、涡轮磨、行星式球磨等。此外，视需要可将破碎或粉碎后的碱金属钛酸盐分级或筛分。尤其是含有纤维状钛酸钾的情况下，优选进行分级或筛分以除去短径3μm以下的钛酸钾。
以上，在本发明的碱金属钛酸盐的制造步骤中，将凝聚体或造粒体的钛化合物与碱金属化合物粉碎、均匀混合后，通过进行焙烧反应，因此可以得到结晶性、纯度高的具有所期望组成的碱金属钛酸盐化合物。尤其是在钛酸钾的制造中，即使不进行以往焙烧反应后实施的通过pH调节、酸洗涤等的成分调整，而是通过直接焙烧目标产物四钛酸钾、六钛酸钾，或直接将这些的混合物进行焙烧反应也可以制得。用本发明的此方法得到的钛酸钾可以成为平均短径(或平均厚度)为3.0～10μm，平均长宽比(长径/短径)为1.5～10的具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的粒子。这里，平均短径是指，通过扫描型电子显微镜照片的图像解析测定的，是对约200个粒子测定其粒径，并对测得的粒径进行平均所得的平均值(以下记载的实施例中的平均短径、平均长度(平均长径)也是采用相同方法测定的值)。平均长宽比同样是采用扫描型电子显微镜测定平均短径和平均长度(平均长径)，再通过算出其比率而求得的值。另外，还优选下述实施方式：将上述钛酸钾进行机械破碎或粉碎，将长宽比调整为低于3、优选低于2.5。此外，除焙烧温度外，通过调整升温速度，也可得到平均短径1～3μm的钛酸钾。在这种情况下，平均短径有3μm以下那么短，根据需要可通过破碎或粉碎等使平均长径为3μm～5μm，可以得到在WTO推荐范围内的钛酸钾。
用本发明的方法制造的钛酸钾以通式K2O·nTiO2(式中，n为1～12的整数)表示，优选n为2、4、6和8，特别优选n为4的四钛酸钾、n为6的六钛酸钾、或这些的混合物。这些作为摩擦调节剂使用时耐热性良好，另外，可进一步减少具有纤维状形状的钛酸钾的生成。
此外，关于本发明碱金属钛酸盐中的钛酸钾，除了具有上述特定形状即棒状、柱状、圆柱状、长方形或板状等形状的钛酸钾外，还可以是与具有粉末形状的钛酸钾的混合物。通过制成粉末形状的钛酸钾的混合物，可进一步提高流动性，将其用于摩擦材料中时可较均匀地分散，因此结果可提高摩擦材料的耐热性。
需要说明的是，上述纤维状、棒状或柱状钛酸钾等碱金属钛酸盐还可以作成凝聚体或颗粒状、块状。通过制成凝聚体等，碱金属钛酸盐本身的操作变得非常容易，可防止向作业环境的飞散、吸引等。这些的平均径为20～200μm、优选50～100μm，优选以下述程度凝聚：作为后述的摩擦材料与其它成分配合时，优选以解凝聚的棒状或柱状碱金属钛酸盐均匀分散程度进行凝聚。此外，这里所说的平均径是指，通过扫描型电子显微镜照片的图像解析，测定200个左右粒子的粒径所取的平均值。作为该凝聚体的碱金属钛酸盐，可以是上述焙烧反应后的凝聚物，也可以进一步将该凝聚物机械破碎或粉碎使之在上述粒径范围内，并根据需要进行过筛或分级而制造。或者，将焙烧得到的碱金属钛酸盐破碎或粉碎后添加溶剂，制粉，制备凝聚体或颗粒状体或块状体。或者，还可按照下述操作，将上述焙烧得到的碱金属钛酸盐分散在溶剂中制成浆料，将其喷雾干燥，制成内部有空洞的碱金属钛酸盐空心体粉末。
下面，对该碱金属太酸盐空心体粉末的制造方法进行以下的说明。
将经上述步骤得到的碱金属钛酸盐，即主要为棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状的钛酸钾等碱金属钛酸盐粒子与粘合剂等一起分散在溶剂中，通过搅拌制成碱金属钛酸盐粒子的浆料。
作为粘合剂，可以使用有机高分子，例如，明胶、糊精、淀粉、阿拉伯胶、纤维素类高分子，聚乙烯醇(ポリビニルァルコ一ル)、聚乙烯醇(ポリビニ一ルァルコ一ル)(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、六丙基纤维素(HPC)、酚醛树脂、环氧树脂等。另外，可以使用有机溶剂、水作为溶剂，优选易于操作的水。另外，视需要还可添加其它表面活性剂等添加材料。此外，优选浆料的碱金属钛酸盐和粘合剂的总浓度为10～75重量％左右。该总浓度低于10重量％的情况下，碱金属钛酸盐空心体粉末的生产效率低，因此不优选。反之，若该总浓度高于75重量％，则浆料的粘度增大，很难得到200μm以下的碱金属钛酸盐空心体粉末，且其粒径分布过宽，因此不优选。
随后，将该制作的碱金属钛酸盐浆料用喷雾干燥机进行干燥。例如，使用旋转盘式喷雾干燥机进行喷雾干燥时，将碱金属钛酸盐粒子的浆料供给到高速旋转的盘上时，由于离心力的作用，该浆料发生喷雾，转化为液滴，于是该液滴在200℃～800℃的温度下干燥。此时，在液滴内部水分发生汽化。此时，液滴内部的粒子随着水分的汽化被挤出到液滴外侧，从而可得到内部具有空洞的由碱金属钛酸盐粒子构成的壳而形成的球状空心体的碱金属钛酸盐粉末。尤其通过使干燥温度在上述范围内，则可得到该空心体形状的碱金属钛酸盐粉末。需要说明的是，作为喷雾干燥机，除了旋转盘式外，还可使用压力喷嘴式、二流体喷嘴式、超声波喷嘴式等各种形式的喷雾干燥机。其中，压力喷嘴式是向浆料施加高压，由喷嘴进行喷雾的方法。而二流体喷嘴式是将浆料与压缩空气或蒸汽一起进行喷雾的方法。
此外，喷雾干燥得到的碱金属钛酸盐空心体粉末的粒径(外径)可通过盘的旋转速度或喷嘴的口径来调整。通常，盘的旋转速度越大或喷嘴的口径越小，则得到的粒子的粒径越小。因此，将所得碱金属钛酸盐空心体粉末的平均径(外径)调整为20～200μm，优选50～150μm。通过使粒径(外径)在该范围内来提高其操作性。此外，特别优选将该范围内的钛酸钾空心体粉末作为摩擦调节剂。
随后，将喷雾干燥得到的空心体碱金属钛酸盐粉末进行热处理。此时，碱金属钛酸盐为钛酸钾粉末时，优选在热处理温度为750℃～1300℃下进行。为钛酸钠的情况下优选在400℃～900℃下进行。此外，为钛酸锂的情况下，优选在800℃～1200℃下进行。通过在所述温度下进行热处理，使彼此相邻的碱金属钛酸盐粒子间在接触部发生烧结或熔融粘着而结合。图7为按照该方法制作的钛酸钾空心体粉末的扫描电子显微镜照片。由该图可知，具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的钛酸钾粒子通过彼此烧结或熔融粘着而结合，得到内部具有空洞的球形状的钛酸钾粒子的空心体粉末。
本发明的钛酸钾空心体粉末的破坏强度随着碱金属钛酸盐粒子的烧结或熔融粘着而增大，优选为2.0kg/cm2以上。具有该破坏强度的碱金属钛酸盐空心体粉末与其它材料混合时，可在构成该空心体粉末的碱金属钛酸盐粒子彼此不分离(分散)的情况下进行混合，此外，还可流动性良好地进行混合。因此，如下所述，该碱金属钛酸盐空心体粉末作为摩擦材料与其它成分混合时，例如在成型为制动垫等时的混合步骤中，构成空心体粉末的碱金属钛酸盐粒子不发生分离(分散)、且可较均匀地分散(混合)。结果可提高成型体的孔隙率，可达到耐褪色性、低噪音性(耐鳴き性，lessnoise)等良好的摩擦性能。
需要说明的是，本发明的碱金属钛酸盐空心体粉末是指碱金属钛酸盐粒子覆盖了内部空间的空心体形状的壳结构。可以列举例如，气球状、乒乓球状等。该碱金属钛酸盐的空心体粉末并不需要具有完全被碱金属钛酸盐粒子覆盖的壳结构，也包括局部具有裂缝、间隙、孔隙和/或缺损的空心体粉末。优选其平均径(外径)为20μm～200μm。制成所述粒径易于操作，且是适于作为摩擦调节材料使用的空心体粉末。这里所说的平均径是指通过扫描型电子显微镜照片的图像解析测定约200个粒子的粒径后所取的平均值。
以上，在本发明的空心体粉末的制造方法中，将经上述步骤所得的碱金属钛酸盐粒子分散在溶剂中形成浆料，将其喷雾干燥，再进行热处理，由此可以容易地制造，由具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的碱金属钛酸盐粒子构成的内部具有空洞的碱金属钛酸盐的空心体粉末。该碱金属钛酸盐的空心体粉末与其它成分混合形成成型体时，由于其形状的缘故，流动性良好，可以较为均匀地分散。特别是为钛酸钾的空心体粉末的情况下，将其作为摩擦材料与其它材料混合时，不仅可以较为均匀地分散，而且还可提高其成型体的孔隙率。其结果，可以提高摩擦材料的耐热性、耐褪色性等。
下面，就本发明另一实施方式的空心体粉末的制造方法进行以下的说明。首先，将经上述步骤所得的碱金属钛酸盐，即主要为棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的钛酸钾等碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度为6～9(6以上9以下)的无机氧化物粉末与粘合剂等一起分散在溶剂中，通过搅拌制作碱金属钛酸盐粒子和无机氧化物粒子的浆料。
这里，作为莫氏硬度为6～9的无机氧化物粉末，可以列举例如MgO(莫氏硬度：约6)、SiO2(莫氏硬度：约7)、Cr2O3(莫氏硬度：约6.5)、Fe3O4(莫氏硬度：约6)、ZrO2(莫氏硬度：约7.5)、ZrSiO4(锆石)(莫氏硬度：约7.5)、熔融氧化铝(莫氏硬度：约9)、CeO2(莫氏硬度：约9)、WO3(莫氏硬度：约9)等(本发明中的莫氏硬度为以10个等级表示的莫氏硬度。)。这是因为：无机氧化物粉末的莫氏硬度为低于6～9范围的硬度时，与碱金属钛酸盐金属结晶(例如六钛酸钾的莫氏硬度：约3～4)的复合效果不能充分体现，反之，则硬度高于该范围的粒子用作摩擦材料等时的对面损伤性增强。构成复合粒子的无机氧化物粒子材料的种类并不限于1种，视需要也可以将2种以上无机氧化物粒子混合。
需要说明的是，莫氏硬度6～9的无机氧化物粉末的含量(2种以上无机氧化物粒子混合的情况下为其总量)为0.5～20重量％。这是因为：若含量低于该范围，则无机氧化物粒子复合的效果不能充分体现，反之，若高于20重量％，则碱金属钛酸盐结晶的特性减弱，且导致用作摩擦材料等时的对面损伤性恶化。特别优选含量为1～3重量％、尤其是1～2重量％，因为这样对面损伤性良好。关于无机氧化物粒子的粒径，优选平均粒径为1～10μm。这是因为：粒径低于1μm的微细粒子存在例如用于摩擦材料等用途时的摩擦系数提高效果低，而粒径高于10μm的粗大粒子则导致对面损伤性的恶化。
此外，作为粘合剂，可使用与上述空心体粉末的制造方法中所述的粘合剂相同的粘合剂。
随后，将所制作的该碱金属钛酸盐和无机氧化物的浆料用喷雾干燥机进行喷雾干燥。例如，用旋转盘式喷雾干燥机进行喷雾干燥的情况下，将该浆料供给到高速旋转的盘上，由于离心力的作用该浆料喷雾形成液滴，将该液滴在200℃～800℃的温度下进行干燥。此时，在液滴内部水分发生汽化。此时，液滴内部的粒子随着水分的汽化被挤出到液滴外侧，则可得到，由碱金属钛酸盐粒子和无机氧化物粒子形成的壳构成的球状空心体粉末。另外，可使用与上述空心体粉末的制造方法中说明的相同的干燥机作为喷雾干燥机。
需要说明的是，与上述空心体粉末的制造方法相同，可通过调节盘的旋转速度、喷嘴的口径来调整喷雾干燥得到的空心体粉末的径(外径)。通常，盘的旋转速度越大或者喷嘴的口径越小，所得粒子的径越小。因此，可将所得碱金属钛酸盐空心体粉末的平均径(外径)调整为20～200μm、优选50～150μm。通过使粒径(外径)在该范围内，则可以提高操作性。另外，特别优选将该范围内的钛酸钾空心体粉末作为摩擦调节剂。
随后，将喷雾干燥得到的空心体粉末进行热处理。此时，碱金属钛酸盐为钛酸钾粉末时，优选在热处理温度750℃～1300℃下进行。为钛酸钠的情况下，优选在450℃～900℃下进行。此外，为钛酸锂的情况下，优选在850℃～1200℃下进行。通过在所述温度下进行热处理，使彼此相邻的碱金属钛酸盐粒子间在接触部通过烧结或熔融粘着而结合。图10为按照该方法制作的钛酸钾和莫氏硬度6～9的无机氧化物粒子的空心体粉末的扫描电子显微镜照片。由该图可知，具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的相邻钛酸钾粒子彼此通过烧结或熔融粘着而结合，得到内部具有空洞的球形状的空心体粉末。
该空心体粉末包含由相邻的碱金属钛酸盐粒子间、碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度6～9的无机氧化物粒子间结合形成的球状壳结构。需要说明的是，碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度6～9的无机氧化物也可以各自独立存在，也可以通过接触界面彼此扩散/烧结。另外，优选空心体粉末的破坏强度为2.0kg/cm2以上。通过具有该破坏强度，与其它材料混合时，流动性良好，且可在构成该壳的碱金属钛酸盐粒子和无机氧化物粒子彼此不分离(分散)的情况下进行混合。因此，如下所述，该空心体粉末作为摩擦材料与其它成分混合时，例如在成型为制动垫等时的混合步骤中，构成空心体粉末的碱金属钛酸盐粒子与无机氧化物粒子不发生分离(分散)、且该空心体粉末可较均匀地分散(混合)。结果可提高成型体的孔隙率，可达到耐褪色性、低噪音性(耐鳴き性)等良好的摩擦性能。
需要说明的是，与上述空心体粉末的制造方法相同，用本制造方法得到的空心体粉末是指碱金属钛酸盐粒子覆盖了内部空间的空心体形状的壳结构。可以列举例如，气球状、乒乓球状等。该碱金属钛酸盐的空心体粉末并不需要具有完全被碱金属钛酸盐粒子覆盖的壳结构，也包括局部具有裂缝、间隙、孔隙和/或缺损的空心体粉末。优选其平均径(外径)为20μm～200μm。制成所述粒径易于操作，且是适于作为摩擦调节材料使用的空心体粉末。这里所说的平均径是指通过扫描型电子显微镜照片的图像解析测定约200个粒子的粒径后所取的平均值。
如上所述，在本发明另一实施方式的空心体粉末的制造方法中，将通过上述步骤得到的碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度6～9的无机氧化物粉末分散在溶剂中形成浆料，然后通过将该浆料喷雾干燥，进一步进行热处理，由此可以容易地制造内部具有空洞的空心体粉末，其具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状。该空心体粉末与其它成分混合形成成型体时，由于其形状的缘故，流动性良好，可以较为均匀地分散。另外还可提高所得成型体的孔隙率。其结果，在构成该空心体粉末的为钛酸钾粒子和无机氧化物的情况下，将其作为摩擦材料使用时，可以提高该摩擦材料的耐热性、耐褪色性等。
这样，所得钛酸钾等碱金属钛酸盐和碱金属钛酸盐的空心体粉末可作为摩擦材料的摩擦调节剂使用。这里，优选碱金属钛酸盐在摩擦材料中的配合量为3.0～50重量％。这是因为：若低于3.0重量％，则有时摩擦磨耗特性的改善效果不能充分体现，若高于50重量％，则由于不能期待比50重量％时的摩擦磨耗特性的改善效果更高，且在经济上是不利的。
作为本发明的摩擦材料的具体实例，可以列举例如，包括基体材料纤维、摩擦调节剂以及粘合剂的摩擦材料。作为该摩擦材料中各成分的混合比例，可以列举，基体材料纤维1～60重量份、摩擦调节剂(包括钛酸钾等碱金属钛酸盐)20～80重量份、粘合剂10～40重量份、其它成分0～60重量份。
作为基体材料纤维，可以列举例如，芳族聚酰胺纤维等树脂类纤维，钢纤维、黄铜纤维等金属纤维，碳纤维，玻璃纤维，陶瓷纤维，石棉纤维，木浆粕和钛酸钾纤维等。对于这些基体材料纤维，为了提高分散性及与粘合剂的密合性，还可施用硅烷偶合剂、钛酸酯类偶合剂或磷酸酯等表面处理剂。
作为本发明摩擦材料中的摩擦调节剂，除了本发明的钛酸钾外，在不影响本发明效果的范围内，还可组合使用其它摩擦调节剂。可以列举例如，硫化或未硫化的天然、合成橡胶粉末；槚如树树脂粉末、树脂粉、橡胶粉等有机物粉末；炭黑、石墨粉末、二硫化钼、硫酸钡、碳酸钙、粘土、云母、滑石粉、硅藻土、蛇纹石、海泡石、蒙脱石、沸石；或铜、铝、锌、铁等金属粉末；氧化铝、二氧化硅、氧化铬、氧化钛、氧化铁等氧化物粉末等。
作为粘合剂，可以列举，酚醛树脂、黑素树脂(Melanin resin)、环氧树脂、丙烯酸树脂、DAP(邻苯二甲酸二烯丙酯)树脂、尿素树脂等热固性树脂、天然橡胶、丁腈橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、氯丁橡胶、聚异戊二烯橡胶、高分子弹性体等橡胶或弹性体、聚酰胺树脂、聚苯硫醚树脂、聚酰亚胺树脂及热塑性液晶性树脂等热塑性树脂等有机质粘合剂、以及氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶等无机质粘合剂。
除上述各成分外，本发明的摩擦材料中，视需要还可混合防锈剂、润滑剂、研磨剂等成分。制造本发明的摩擦材料时，没有特别限制，可按照以往公知的摩擦材料的制造方法适当进行制造。
作为本发明所涉及的摩擦材料的制造方法的一个例子，可以举出如下方法：将基体材料纤维分散在粘合剂中，通过组合摩擦调节剂以及视需要配合的其它成分进行混合，制备摩擦材料组合物，随后将该组合物投入模具中，加压加热进行粘结成型的方法。
此外，作为另一例，可以举出下述方法：将粘合剂用双轴挤出机进行熔融混炼，由侧加料斗组合基体材料纤维、摩擦调节剂以及视需要混合的其它成分并进行混合，再挤出成型后，机织(机纤)加工成所期望形状的方法。
此外，作为另一例，可以举出下述方法：将摩擦材料组合物分散在水等中，在抄网上进行抄制，脱水，抄制成片状(ショ一ト状，sheet)后，用压机进行加热加压粘结成型，将所得摩擦材料进行适当切削、研磨加工使之成为所期望的形状。
本发明涉及的碱金属钛酸盐的制造方法可简化其制造步骤，降低成本。此外，本发明涉及的碱金属钛酸盐空心体粉末的制造方法可容易地制造球状碱金属钛酸盐空心体粉末。而且，用这些制法制造的钛酸钾为纤维形状的产物少，而是具有棒状、柱状、圆柱状、长方形或板状等特定形状，且空心体粉末具有内部是空洞的壳结构的形状。这在流动性等方面具有优势，作为摩擦材料使用时，在低温至高温区域的宽温度范围内稳定，具有良好的摩擦系数和耐磨耗性。因此适宜用作在汽车、轨道车辆、飞机及各种工业机械类等中使用的制动部件用材料，例如作为离合器摩擦衬片用材料及制动衬垫或磁盘衬垫等制动用材料等使用。此外，用本发明的方法制造钛酸锂时，由于可将原料钛化合物和锂化合物均匀混合，因此可廉价地得到具有所期望组成的钛酸锂，可以提供一种材料，其适于用作锂离子二次电池的电极材料。
实施例
下面通过列举实施例对本发明进行更具体地说明，但这些仅仅是例子，并不对本发明构成任何限制。
实施例1
将8.7kg平均粒径为0.8mm的凝聚体氧化钛(图1)、2.7kg粉末状碳酸钾、447g钛粉末以及897g木屑添加到振动磨(中央化工机械社制，商品名FV250)中，该振动磨内容积为250L，并填充有直径19mm、长1430mm、3200g/棒，和SS制圆柱状棒介质3010kg，再添加65g甲醇，以8mm振幅、1000转/分的振动数在内温80℃下粉碎处理15分钟，得到混合物。将500g得到的混合物填充到上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，经12小时由室温升温至1050℃，随后在1000～1100℃范围内焙烧5.5小时。然后经13小时冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。该焙烧物，即凝聚状钛酸钾的SEM照片如图3所示。由于所述焙烧物为凝聚状，将该焙烧物用破碎机(Hosokawamicron公司制，Pulverizer)破碎，则得到具有所期望形状的焙烧物S。
由此得到的焙烧物为棒状、柱状或圆柱状。而且，其平均短径为3.0μm、平均长度(平均长径)为5.9μm、平均长宽比为1.97。此外，用X射线衍射对该焙烧物进行分析时，发现为六钛酸钾的单相结晶，不含有未反应的氧化钛。这样，用本发明的制造方法可以以简便的方法制造具有所期望组成的钛酸钾，而且其形状大多包含在WHO所推荐的范围内(除平均短径为3μm以下、平均纤维长度为5μm以上以及长宽比为3以上的纤维状化合物外)。
实施例2
使用平均粒径为1.5mm的凝聚体氧化钛代替平均粒径为0.8mm的凝聚体氧化钛，除此之外，按照与实施例1同样的方法进行试验。由此得到的焙烧物的平均短径为3.2μm、平均长度(平均长径)为6.0μm、平均长宽比为1.88。此外，用X射线衍射对该焙烧物进行分析时，发现为六钛酸钾的单相结晶，不含有未反应的氧化钛。
实施例3
将7.2kg平均粒径为0.8mm的凝聚体氧化钛、2.7kg粉末状碳酸钾、350g钛粉末以及897g木屑添加到振动磨中，该振动磨内容积为200L，并填充有直径19mm、长1430mm的圆柱状棒介质3010kg，再添加65g甲醇，在内温80℃粉碎处理15分钟，得到混合物。将500g得到的混合物填充到上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，经12小时由室温升温至1050℃，随后在1000～1100℃范围内焙烧5.5小时。然后经13小时冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。由于该焙烧物为凝聚状，为了得到所期望的大小，将该焙烧物用破碎机破碎，得到钛酸钾。
由此得到的焙烧物的平均短径为3.2μm、平均长度(平均长径)为6.2μm、平均长宽比为1.9。此外，用X射线衍射对该焙烧物进行分析时，可以看出有六钛酸钾和四钛酸钾的峰，判断为该2种钛酸钾的混合组合物。此外，不含有未反应的氧化钛。这样，用本发明的制造方法可以以简便的方法制造所期望的钛酸钾，而且其形状包含在WHO所推荐的范围内的占大多数。
实施例4
将500g与实施例1相同的混合物填充到上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，由室温升温至1150℃，随后在1100～1200℃范围内焙烧5.5小时。然后冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。升温速度、降温速度与实施例1相同。该焙烧物，即凝聚状钛酸钾的SEM照片如图4所示。由于该焙烧物为凝聚状，为了得到所期望的大小，将该焙烧物用破碎机破碎。
由此得到的焙烧物的形状为棒状或柱状(包括长径和短径基本相同的尺寸)。另外，其平均短径为4μm、平均长度(平均长径)为15μm、平均长宽比为3.7。此外，用X射线衍射对该焙烧物进行分析时，判断为六钛酸钾的单相。此外，不含有未反应的氧化钛。这样，本发明的制造方法可以以简便的方法制造具有所期望组成和形状的钛酸钾。
实施例5
将500g与实施例1相同的混合物填充到上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，由室温升温至1250℃，随后在1200～1300℃范围内焙烧5.5小时。然后冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。升温速度、降温速度与实施例1相同。该焙烧物，即凝聚状钛酸钾的SEM照片如图5所示。由于该焙烧物为凝聚状，故为了得到所期望的大小，将该焙烧物用破碎机破碎。
由此得到的焙烧物的形状为棒状或柱状(包括长径和短径基本相同的尺寸)。另外，其平均短径为6μm、平均长度(平均长径)为27μm、平均长宽比为4.5。另外，其含有比例为：含有短径3～10μm、长径5～45μm的焙烧物为50％以上。也就是说，得到了平均短径5μm以上、平均长度(长径)20μm以上的较大的棒状或柱状焙烧物。此外，用X射线衍射对该焙烧物进行分析时，判断为六钛酸钾的单相。此外，不含有未反应的氧化钛。这样，本发明的制造方法可以以简便的方法制造所期望的钛酸钾，并且其形状包含在WHO所推荐的范围内的占大多数。。
实施例6
将实施例1的8.7kg凝聚体氧化钛改为8.9kg下述造粒体，该造粒体是将市售的氧化钛通过喷雾干燥造粒制成的平均粒径0.3mm的造粒体，其它按照与实施例1相同的方法进行试验。即使在这样的情况下，也与实施例1相同，X射线衍射结果发现得到六钛酸钾的单相结晶，不含有未反应的氧化钛。而且，其形状也为平均短径大于3μm的制品，可得到在WHO推荐范围内的钛酸钾。
以上，由实施例1～6以及图3～5可知，通过提高焙烧温度可以增大所得钛酸钾的形状。具体来讲，焙烧温度增至1000～1100℃、1100～1200℃、1200～1300℃时，所得钛酸钾的平均短径增大至约3μm、4μm、6μm，平均长度(平均长径)也增大至6μm、15μm、27μm。因此，通过调节其焙烧温度，则可以得到具有所期望形状的钛酸钾。而且，由于用本发明的制造方法可以将原料均匀混合，因此所得焙烧物中不含有未反应的氧化钛，且仅通过调整原料组成便可得到具有所期望组成的钛酸钾。
实施例7
将实施例1的焙烧方案改为“经7小时由室温升温至1050℃，随后在1000～1100℃范围内焙烧5.5小时，然后经8小时冷却至室温，冷却至常温”，除此之外，同样用电炉焙烧焙烧物。由于所述焙烧物为含有大量的短径为3μm以下、长径为5μm以上的纤维状钛酸钾的凝聚体，因此将该焙烧物破碎，得到所期望形状(WTO推荐范围的形状)的焙烧物T。图6为该焙烧物T即钛酸钾的SEM照片。
由此所得的焙烧物为棒状、柱状或圆柱状。另外，其平均短径为1.9μm、平均长度(平均长径)为4.1μm、平均长宽比为2.3。此外，用X射线衍射对该焙烧物进行分析时，判断为六钛酸钾的单相结晶，不含有未反应的氧化钛。这样，用本发明的制造方法可以以简便的方法制造具有所期望组成的钛酸钾。而且虽然该钛酸钾是短径3μm以下的形状，但平均长径为5μm以下，其形状多数在WHO所推荐的范围(除平均短径3μm以下、平均纤维长度5μm以上以及长宽比3以上的纤维状化合物外)内。
另外，除了将升温时间由7小时改为5.5小时外，按照同样的方法制作的情况下，也可得到同样的结果。
实施例8
将75.26kg平均粒径为0.8mm的凝聚体氧化钛(图1)、48.13kg粉末状碳酸锂、2.21kg钛粉末以及3.72kg木屑添加到振动磨(中央化工机械社制，商品名FV250)中，该振动磨内容积为250L，并填充有直径19mm、长1430mm、3200g/棒，和SS制圆柱状棒介质3010kg，再添加65g甲醇，以8mm振幅、1000转/分的振动数，在内温80℃下粉碎处理15分钟，得到混合物。将5kg得到的混合物填充在上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，经12小时由室温升温至1050℃，随后在1000～1100℃范围内焙烧4小时。然后经15小时冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。将该焙烧物用破碎机(Hosokawamicron公司制，Pulverizer)破碎成具有所期望形状的焙烧物。由此得到的焙烧物的形状为鳞片状，大小为5～16μm。此外，用X射线衍射进行分析时，发现其组成为Li2TiO3的单相结晶，不含有未反应的氧化钛。
比较例1
将8.7kg平均粒径为1.0μm(这里所说的平均粒径是用SEM照片的图像解析测定(与上述图像解析相同的测定)的值。以下记载的“平均粒径”也相同(但凝聚体的平均粒径除外))的颜料用氧化钛(如图2所示)、5.1kg粉末状碳酸钾、700g钛粉末用V型混合机(德寿制作所社制)在室温下混合15分钟。这里之所以使用V型混合机是因为若用与实施例1相同的振动磨混合时则很难混合的缘故(参考以下的比较例2)。将500g得到的混合物填充到上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，在1100℃进行3小时的焙烧。然后经13小时冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。取出该焙烧物后，浸在3L冷水中制成浆料状，将该浆料用胶体磨(Hosokawamicron公司制，商品名Disperse Mill)进行开纤(解織)，分离纤维状物质。将开纤分离的浆料中和后，用真空过滤法通过过滤得到饼状物质，干燥该饼状物质，升温至800℃，进行热处理30分钟。这样，得到纤维径平均为0.5μm、纤维长度为50μm的单相(single phase)的6钛酸钾纤维。该钛酸钾纤维的SEM照片如图12所示。
比较例2
使用平均粒径1.0μm的颜料用氧化钛粉末代替平均粒径0.8mm的凝聚体氧化钛，除此之外按照与实施例1相同的方法进行试验。但这种情况下，混合时氧化钛粉末在振动棒磨内全部氧化钛的1/3～1/2左右均发生粘着，很难混合。也就是说，与上述各实施例的情况相比，不能均匀混合。而且，将其进行焙烧反应，并将得到的焙烧物用X射线衍射进行分析时，发现为氧化钛、四钛酸钾和六钛酸钾的混合相结晶，残留有未反应的氧化钛。
比较例3
将8.7kg平均粒径为1.0μm的氧化钛粉末、2.7kg粉末状碳酸钾、447g钛粉末和897g木屑填充到V型混合机中，再添加65g甲醇，混合15分钟，得到混合物。将500g得到的混合物填充到上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，经12小时从室温升温至1050℃，然后在1000～1100℃范围内焙烧5.5小时。随后，经13小时冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。将该焙烧物用破碎机(Hosokawamicron公司制，Pulverizer)破碎成为所期望的形状。
由此得到的焙烧物的平均短径为2.5μm、平均长度(平均长径)为8.5μm、平均长宽比为3.4。此外，用X射线衍射进行分析时，发现该组成为氧化钛、四钛酸钾和六钛酸钾的混合相结晶，残留有未反应的氧化钛。
比较例4
将9.1kg钛铁矿粉末、2.7kg粉末状碳酸钾、447g钛粉末和897g木屑填充到V型混合机中，再添加65g甲醇，混合15分钟，得到混合物。将500g得到的混合物填充在上部开放的陶瓷制反应容器内，将其放入电炉中，经12小时从室温升温至1000℃，然后在1000～1100℃范围内焙烧5.5小时。随后，经13小时冷却至室温，冷却至常温后取出该焙烧物。将该焙烧物用破碎机(Hosokawamicron公司制，Pulverizer)破碎成所期望的形状。
由此得到的焙烧物的平均短径为2.7μm、平均长度(平均长径)为8.6μm、平均长宽比为3.2。此外，用X射线衍射进行分析时，发现为除氧化钛、四钛酸钾和六钛酸钾外还含有1.5重量％铁的混合相结晶。也就是说含有未反应的氧化钛和杂质铁。
比较例5
将用填充有圆柱状棒介质的振动磨混合改为用V型混合机进行混合，除此之外，按照与实施例1相同的方法进行试验。在这种情况下，不能进行均匀混合，将焙烧反应得到的焙烧物通过X射线衍射进行分析时，发现为氧化钛、四钛酸钾和六钛酸钾的混合相结晶，残留有未反应的氧化钛。
实施例9(摩擦材料的制备)
将15重量份实施例1所得钛酸钾、3重量份芳族聚酰胺纤维(商品名“Kevlar pulp”长3.0mm，DU PONT-TORAY株式会社制)、10重量份粘合剂(酚醛树脂)、9重量份有机添加剂(槚如树树脂粉末)、10重量份石墨润滑剂、8重量份铜粉末、30重量份硫酸钡用混合机(Eirich公司制，EirichIntensive Mixer)进行充分混合，填充到模具中，进行粘结成型(加压力；150kgf/cm2，温度170℃，5分钟)，成型后脱模，进行热处理(在180℃保持3小时)。随后，进行研磨加工，得到本发明的摩擦材料。需要说明的是，有机添加剂、润滑剂、氧化物粉末均使用通常添加到摩擦材料中的物质。
使用上述得到的摩擦材料，通过JASO(汽车技术者协会规格)C406的实物测力试验，对作为制动垫的摩擦性能进行评价，其结果如表1所示。此外，以下述试验装置和测定条件进行。
试验机：单型实物测力试验机(シングル型フルサィズダィナモ試験機)
试验条件：
车辆：TOYOTA CAMRY
轮胎尺寸：185/70/SR13
轮胎有效半径：287mm
惯量：44.1kg·m2
前闸
形式：PD51
筒径：51mm
转子有效半径：96.5mm
转子尺寸：243mm
转子厚度：18.0mm
形式：通风(ベンチレ一テシド，ventilated)
实施例10
使用实施例3所得的钛酸钾，按照与实施例9相同的方法制备摩擦材料，进行评价。所得结果一并载入表1。
比较例6
使用比较例1所得的钛酸钾，按照与实施例9相同的方法制备摩擦材料，进行评价。所得结果一并载入表1。
表1
由上述结果发现：将用本发明的方法得到的钛酸钾作为摩擦材料使用时，与以往的钛酸钾相比，各速度下的摩擦系数高，制动效率高，而且速度间摩擦系数的降低少，稳定(速度提高)，作为制动垫的摩擦性能良好。
实施例11
将80kg实施例1所得的焙烧物S、0.8kg乙基纤维素类粘合剂(商品名CELUNA WN405，中京油脂株式会社制)以及0.4kg作为添加剂的特殊聚羧酸铵盐(商品名：KE-511，互应化学工业株式会社制)在80kg水的溶剂中，进行搅拌和分散，制作焙烧物S的浆料。将该浆料用盘式干燥机进行喷雾干燥。此时，在下述的喷雾干燥条件下进行：雾化器的盘旋转速度为15000rpm、热风温度250℃。随后将喷雾干燥得到的粉末放入电炉中，在900℃热处理2小时。由此得到的空心体粉末的扫描电子显微镜照片如图7所示。所得空心体粉末的大小(外径)为50～100μm。另外，用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定(将数g空心体装入直径2mm的测定用圆筒形容器中进行测定)该空心体的破坏强度为3.8kg/cm2。另外，通过对该空心体的SEM进行观察(图7)，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。
将15重量份所得钛酸钾的空心体粉末、3重量份芳族聚酰胺纤维(商品名：“Kevlar pulp”，长3.0mm，DU PONT-TORAY株式会社制)、10重量份粘合剂(酚醛树脂)、9重量份有机添加剂(槚如树树脂粉末)、10重量份石墨润滑剂、8重量份铜粉末、30重量份硫酸钡用混合机(Eirich公司制，Eirich Intensive Mixer)进行充分混合，填充到模具中，进行粘结成型(加压力；300kgf/cm2，温度150℃，5分钟)，成型后脱模，进行热处理(在160℃保持1小时后，在210℃保持5小时)。随后，进行抛光加工，得到本发明的摩擦材料。需要说明的是，有机添加剂、润滑剂、氧化物粉末使用通常添加到摩擦材料中的物质。并测定所得摩擦材料的孔隙率。此外，关于该摩擦材料，通过JASO C 406(“乘车用制动装置测力试验法”)进行摩擦性能试验，测定(摩擦系数和)磨损量等。结果示于表2。
实施例12
使用实施例1所得的凝聚状钛酸钾(图3)(棒状、柱状和/或圆柱状焙烧物S)代替实施例11的钛酸钾空心体粉末，除此之外，按照与实施例10相同的方法制作摩擦材料，以与实施例11相同的方法测定孔隙率和磨耗量。结果示于表2。
比较例7
将喷雾干燥所得粉末在电炉中进行热处理的温度由900℃改为700℃，除此之外，按照与实施例11相同的方法制作钛酸钾的空心体粉末。所得空心体粉末的大小(外径)为50～100μm。另外，用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体粉末的破坏强度时，为1.5kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察时，发现空心体粉末的表面的相邻钛酸钾粒子在接触部有一部分没有结合。此外，按照与实施例11相同的方法用该空心体粉末制作摩擦材料，测定该摩擦材料的孔隙率和磨耗量。结果示于表2。
表2
评价项目 实施例11 实施例12 比较例7
气孔率(％) 11.2 10.6  10.3
磨损量(mm) 0.894 1.105  1.103
由表2可知，本发明的钛酸钾空心体粉末作为摩擦材料使用的情况下，可提高其孔隙率。认为这是因为：将本发明的空心体粉末作为摩擦材料与其它材料混合时，由于该空心体粉末的破坏强度高，在维持该空心体形状的条件下进行分散混合。此外，其结果，使用本发明空心体粉末的摩擦材料还可得到具有良好耐褪色性、低噪音性的摩擦性能。
实施例13
将喷雾干燥所得粉末在电炉中进行热处理的温度由900℃改为1200℃，除此之外，按照与实施例11相同的方法制作钛酸钾的空心体粉末。所得空心体粉末的大小(外径)为50～100μm。当用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体粉末的破坏强度时，其为7.8kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。
实施例14
将喷雾干燥所得粉末在电炉中进行热处理的温度由900℃改为800℃，除此之外，按照与实施例11相同的方法制作钛酸钾的空心体粉末。所得空心体粉末的大小(外径)为50～100μm。当用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体粉末的破坏强度时为3.2kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。
比较例8
对于喷雾干燥所得粉末不进行在电炉中热处理的步骤，除此之外，按照与实施例10相同的方法制作钛酸钾的空心体粉末。所得空心体粉末的大小(外径)为50～100μm。
用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体粉末的破坏强度时，为0.5kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察时，发现空心体的表面的相邻钛酸钾粒子在接触部有一部分没有结合。
实施例15
将实施例11的焙烧物S作为实施例7所得的焙烧物T，除此之外，按照与实施例11相同的方法得到空心体粉末。由此所得的空心体粉末的扫描电子显微镜照片如图8所示。所得空心体粉末的大小(外径)为30～70μm。另外，用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体的破坏强度时，为2.5kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察(图8)，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。
实施例16
将实施例15的喷雾干燥条件改为雾化器的盘的旋转速度为10000rpm、热风温度250℃，除此之外，按照与实施例15相同的方法制作空心体粉末。由此所得的空心体粉末的扫描电子显微镜照片如图9所示。所得空心体粉末的大小(外径)为60～100μm。另外，用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体的破坏强度时，为3.0kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察(图9)，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。
实施例17
将10kg实施例1所得的该焙烧物S、0.3kg锆石(ZrSiO4，莫氏硬度：约7.5)、0.2kg乙基纤维素类粘合剂(商品名CELUNA WN405，中京油脂株式会社制)以及0.1kg作为添加剂的特殊聚羧酸铵盐(商品名：KE-511，互应化学工业株式会社制)在10kg水的溶剂中进行搅拌分散，制作焙烧物S的浆料。将该浆料用盘式干燥机进行喷雾干燥。此时，在下述喷雾干燥的条件下进行喷雾干燥：雾化器的盘的旋转速度为10000rpm、热风温度250℃。随后将喷雾干燥得到的粉末放入电炉中，在900℃热处理2小时。由此得到的空心体粉末的扫描电子显微镜照片如图10所示。所得空心体粉末的大小(外径)为50～100μm。此外，不同视野的空心体粉末的电子射线微量分析(EPMA：Electron Probe Microanalyzer)用附带的扫描电子显微镜进行观测，所得的Zr像如图11所示。在该图中，黑的部分表示存在锆石的部分。由该图可知，得到锆石较均等地分散的空心体粉末。用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体的破坏强度为3.8kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。
再将15重量份所得的空心体粉末、3重量份芳族聚酰胺纤维(商品名：“Kevlar pulp”，长3.0mm，DU PONT-TORAY株式会社制)、10重量份粘合剂(酚醛树脂)、9重量份有机添加剂(槚如树树脂粉末)、10重量份石墨润滑剂、8重量份铜粉末、30重量份硫酸钡用混合机(Eirich公司制，Eirich Intensive Mixer)进行充分混合，并填充到模具中，进行粘结成型(加压力：300kgf/cm2，温度150℃，5分钟)。成型后脱模，进行热处理(在160℃保持1小时后，在210℃保持5小时)。随后，进行抛光加工，得到本发明的摩擦材料。需要说明的是，有机添加剂、润滑剂、均使用通常添加在摩擦材料中的物质。并测定所得摩擦材料的孔隙率。此外，关于该摩擦材料，按照JASO C 406“乘车用制动装置测力试验法”进行摩擦性能试验，测定摩擦系数、对面损伤性。对面损伤性是按照如下方法得到的：用肉眼观察试验后的对面材料(相手材，opposite side)的摩擦面，将由此得到的磨耗状况进行对比(◎：摩擦损伤极其轻微、○：轻微、△：稍多)。其结果与实施例11一起示于表3。
比较例9
按照实施例17的方法制造空心体粉末，区别在于不添加锆石(ZrSiO4，莫氏硬度：约7.5)，另外，制造摩擦材料时，添加0.75重量份锆石(ZrSiO4，莫氏硬度：约7.5)，除此之外，按照与实施例17相同的方法制造摩擦材料，与实施例17相同，也测定其磨耗系数等。其结果如表3所示。发现在实施例17中以很少的锆石添加量，却得到了与比较例9相同的摩擦系数。
实施例18
将实施例17的锆石(ZrSiO4，莫氏硬度：约7.5)改为0.1Kg，除此之外，按照与实施例17相同的方法制造空心体粉末。用硬度计(株式会社藤原制作所数字硬度计KHT-40N型)测定该空心体的破坏强度为3.8kg/cm2。另外，通过对该空心体进行SEM观察，发现构成空心体粉末的相邻钛酸钾粒子在接触部完全结合。用所得空心体粉末，按照与实施例17相同的方法制造摩擦材料，与实施例17相同，也测定其磨耗系数等。其结果如表3所示。
表3
  评价项目   实施例17   实施例11  比较例9   实施例18
  气孔率(％)   11.2   11.2   11.2   11.2
  磨损量(mm)   0.86   0.89   0.89   0.87
  摩擦系数*   0.42   0.39   0.42   0.42
  对面损伤性   △   ◎   △   ○
由表3可知，通过在本发明的空心体粉末中添加锆石，与不含有锆石的空心体粉末(实施例11)相比，可以维持高的摩擦系数。此外，特别是通过调整锆石的添加量，可以维持高的摩擦系数的状态下得到良好的对面损伤性。此外，使用熔融氧化铝(莫氏硬度：约9)、CeO2(莫氏硬度：约9)代替锆石的情况下也可得到同样的效果。

Claims (32)

1.一种碱金属钛酸盐的制造方法，该方法包括，将平均粒径为0.1mm～10mm的钛化合物的凝聚体或造粒体与碱金属化合物混合，并对由该混合得到的混合物进行焙烧而制造碱金属钛酸盐。
2.根据权利要求1所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，所述混合通过振动棒磨进行。
3.根据权利要求1或2所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述钛化合物为氧化钛。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述碱金属化合物为碱金属的碳酸盐和碱金属的氢氧化物。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，在上述混合时，还包含用于防止粘着或凝聚的添加剂来进行混合。
6.根据权利要求5所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，所述添加剂为醇类。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，在上述混合时，还包含金属钛粉或氢化钛粉来进行混合。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述碱金属化合物为包含选自钾、钠和锂中的至少一种的化合物。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述碱金属钛酸盐为四钛酸钾和/或六钛酸钾。
10.根据权利要求9所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述焙烧在800℃～1300℃的温度范围内进行。
11.根据权利要求9所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述焙烧在升温速度为0.5℃/分钟～2℃/分钟，焙烧温度为1000℃～1300℃的条件下进行。
12.根据权利要求9所述的碱金属钛酸盐的制造方法，其中，上述焙烧在升温速度为2℃/分钟～5℃/分钟，焙烧温度为1000℃～1300℃的条件下进行。
13.一种碱金属钛酸盐，其是通过权利要求1～12中任一项所述的方法制造的。
14.一种碱金属钛酸盐，其是将通过权利要求11或12所述方法得到的碱金属钛酸盐制粉，再制备成凝聚体、颗粒体或块状体而得到的。
15.根据权利要求13所述的碱金属钛酸盐，所述碱金属钛酸盐的形状为棒状、柱状、圆柱状、长方形或板状。
16.根据权利要求14所述的碱金属钛酸盐，所述碱金属钛酸盐的形状为棒状、柱状、圆柱状、长方形或板状。
17.一种碱金属钛酸盐，其是通过权利要求11所述的方法得到的碱金属钛酸盐，且其平均短径为3μm～10μm，平均长宽比为1.5～10。
18.一种碱金属钛酸盐，其是通过权利要求12所述的方法得到的碱金属钛酸盐，且其平均短径为1μm～3μm，平均长径为3μm～5μm。
19.一种碱金属钛酸盐的空心体粉末的制造方法，其至少包括下述步骤：
用权利要求1～12中任一项所述的方法制造碱金属钛酸盐；
将经前一步骤所得的碱金属钛酸盐分散在溶剂中形成浆料；
将该浆料喷雾干燥；
将该喷雾干燥的碱金属钛酸盐进行热处理。
20.根据权利要求19所述的空心体粉末的制造方法，其中，上述喷雾干燥的碱金属钛酸盐的热处理在750℃～1300℃的温度下进行。
21.一种碱金属钛酸盐的空心体粉末的制造方法，其至少包括下述步骤：
用权利要求1～12中任一项所述的方法制造碱金属钛酸盐；
将经前一步骤所得的碱金属钛酸盐和莫氏硬度6～9的无机氧化物粉末分散在溶剂中形成浆料；
将该浆料喷雾干燥；
将该喷雾干燥得到的粉末进行热处理。
22.根据权利要求21所述的空心体粉末的制造方法，其中，上述喷雾干燥得到的粉末的热处理在750℃～1300℃的温度下进行。
23.根据权利要求21或22所述的空心体粉末的制造方法，其中，上述莫氏硬度6～9的无机氧化物粉末的含量，相对于上述碱金属钛酸盐为1～3重量％。
24.一种碱金属钛酸盐的空心体粉末，其包含由具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的碱金属钛酸盐粒子结合而成的空心体的壳。
25.一种空心体粉末，其包含由具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的碱金属钛酸盐粒子和莫氏硬度6～9的无机氧化物粒子结合而成的空心体形状的壳。
26.根据权利要求25所述的空心体粉末，其中，上述莫氏硬度6～9的无机氧化物粒子的含量，相对于上述碱金属钛酸盐粒子为1～3重量％。
27.根据权利要求24～26中任一项所述的碱金属钛酸盐空心体粉末，其中，就上述具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的碱金属钛酸盐粒子的形状而言，其平均短径为3μm～10μm、平均长宽比为1.5～10。
28.根据权利要求24～26中任一项所述的碱金属钛酸盐空心体粉末，其中，就上述具有棒状、柱状、圆柱状、长方形、粒状和/或板状形状的碱金属钛酸盐粒子的形状而言，其平均短径为1μm～3μm，平均长径为3μm～5μm。
29.根据权利要求24～28中任一项所述的空心体粉末，其中，上述空心体粉末的平均粒径为20～200μm。
30.根据权利要求24～29中任一项所述的空心体粉末，其中，上述空心体粉末为六钛酸钾的单相、或包含四钛酸钾和六钛酸钾的混合相。
31.根据权利要求24～30中任一项所述的碱金属钛酸钾的空心体粉末，其中，上述空心体粉末的破坏强度为2.0kg/cm2以上。
32.一种摩擦材料，其含有权利要求13～18中任一项所述的碱金属钛酸盐、或权利要求24～31中任一项所述的空心体粉末作为摩擦调节材料。
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