CN111819155B - 钛酸碱金属、钛酸碱金属的制造方法和摩擦材料 - Google Patents
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Abstract
一种钛酸碱金属，其特征在于，具有：钛酸碱金属相以及含有Al、Si和Na的复合氧化物，Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)为50～100摩尔％，Si的含量与Al的含量的总计相对于Ti的含量之比的百分率(((Si+Al)/Ti)×100)为0.3～10质量％。根据本发明，可以提供短径d为3μm以下且长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物的含量少的钛酸碱金属。
Description
技术领域
本发明涉及：短径为3μm以下且长径为5μm以上且长径比为3以上的化合物(WHO纤维)的含量少的钛酸碱金属、能减少该WHO纤维的钛酸碱金属的制造方法、和含有该WHO纤维的含量少的钛酸碱金属的摩擦材料。
背景技术
钛酸碱金属作为构成汽车、铁道车辆、航空器和产业机械类等中的制动装置的、制动衬片、盘式刹车垫、离合器衬片等摩擦滑动构件用的摩擦材料是有用的材料。
已知的是，在钛酸碱金属中特别是含有用通式K2O·nTiO2(n为1～12的整数)表示的、n为6的6钛酸钾的纤维(纤维状颗粒)的摩擦材料在耐热性等方面特别优异，例如，专利文献1中，公开了通过如下方式可以制造所期望形状的6钛酸钾：将平均粒径为0.1～10mm的钛化合物与钾化合物混合，将该混合物的焙烧温度在800～1300℃的温度范围内进行调整，从而可以制造所期望形状的6钛酸钾。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-266131号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，如专利文献1那样的6钛酸钾由于容易因焙烧温度而成为纤维状结构，因此，为了制造世界卫生组织(WHO)中规定的形状(以下，WHO纤维)以外的6钛酸钾，需要微调该混合物的焙烧温度、焙烧时的升温速度之类的复杂工序。需要说明的是，WHO纤维是指，短径为3μm以下且长径为5μm以上且长径比为3以上的化合物。期望减少钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量。
因此，本发明的目的在于，提供：WHO纤维的含量少的钛酸碱金属、能减少WHO纤维的钛酸碱金属的制造方法、和含有WHO纤维的含量少的钛酸碱金属的摩擦材料。
用于解决问题的方案
上述课题通过以下所示的本发明而解决。
即，本发明(1)提供一种钛酸碱金属，其特征在于，具有：钛酸碱金属相以及含有Al、Si和Na的复合氧化物，
Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)为50～100摩尔％，
Si的含量与Al的含量的总计相对于Ti的含量之比的百分率(((Si+Al)/Ti)×100)为0.3～10质量％。
另外，本发明(2)提供(1)的钛酸碱金属，其中，短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物的条数比率为0.2％以下。
另外，本发明(3)提供一种钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，具备如下工序：原料混合工序，以Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)成为50～100摩尔％的方式，将含有Ti、碱金属、Si和Al的原料混合，制备原料混合物；
焙烧工序，将该原料混合物在焙烧温度900～1300℃下进行焙烧，得到原料混合物的焙烧物；和，
粉碎工序，将该原料混合物的焙烧物进行粉碎。
另外，本发明(4)提供(3)的钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，前述原料混合物包含含有Ti的钛源、和含有碱金属的碱金属源，
该钛源含有Al和Si。
另外，本发明(5)提供(4)的钛酸碱金属的制造方法，其中，作为前述钛源含有钛矿石，所述钛矿石中相对于Ti的含量、Si的含量为0.5～3.0质量％、Al的含量为0.1～1.0质量％，
前述钛源中的该钛矿石的含有比率为20质量％以上。
另外，本发明(6)提供(4)或(5)中的任意钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，前述原料混合工序中，以前述原料混合物中的Ti的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比(Ti/(Na+X))成为2.4～3.6的方式，将钛源与碱金属源混合。
另外，本发明(7)提供一种摩擦材料，其特征在于，含有(1)或(2)中的任意钛酸碱金属。
另外，本发明(8)提供一种钛酸碱金属，其特征在于，Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+K))×100)为50～100摩尔％，
基于激光衍射散射法的平均粒径(D50)为15μm以下，
短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物的含量为0.025体积％以下。
另外，本发明(9)提供(8)的钛酸碱金属，其特征在于，平均粒径(D50)为1～15μm。
另外，本发明(10)提供一种钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，具备如下工序：原料混合工序，以Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+K))×100)成为50～100摩尔％的方式，将含有Ti的钛源与含有碱金属的碱金属源混合，调整原料混合物；
焙烧工序，将该原料混合物在焙烧温度900～1300℃下进行焙烧，得到原料混合物的焙烧物；和，
粉碎工序，将该原料混合物的焙烧物进行粉碎。
另外，本发明(11)提供一种摩擦材料，其特征在于，含有(8)或(9)中的任意钛酸碱金属。
发明的效果
根据本发明，可以提供：WHO纤维的含量少的钛酸碱金属、能减少WHO纤维的钛酸碱金属的制造方法、和含有WHO纤维的含量少的钛酸碱金属的摩擦材料。
附图说明
图1为实施例5的钛酸碱金属的STEM图像。
图2为实施例5的钛酸碱金属的O映射解析的结果。
图3为实施例5的钛酸碱金属的Si映射解析的结果。
图4为实施例5的钛酸碱金属的Na映射解析的结果。
图5为实施例5的钛酸碱金属的Al映射解析的结果。
图6为实施例5的钛酸碱金属的Ti映射解析的结果。
图7为部分放大图1而示出观察点a～c的图。
图8为图7所示的观察点a的晶格观察图像。
图9为图7所示的观察点b的晶格观察图像。
图10为图7所示的观察点c的晶格观察图像。
图11为图7所示的观察点a的EDS分析的结果。
图12为图7所示的观察点b的EDS分析的结果。
图13为图7所示的观察点c的EDS分析的结果。
具体实施方式
＜本发明的第一方式的钛酸碱金属＞
以下，对本发明的第一方式的钛酸碱金属的实施方式，详细地进行说明。以下的说明针对实施方式的一例进行说明，本发明不限定于该实施方式。需要说明的是，本发明的第一方式中，在化合物的组成用元素符号表示的情况下，其并不限定金属、离子、其他状态，包含可以根据情况采取的全部状态。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的特征在于，一种钛酸碱金属，其具有：钛酸碱金属相以及含有Al、Si和Na的复合氧化物，
Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)为50～100摩尔％，
Si的含量与Al的含量的总计相对于Ti的含量之比的百分率(((Si+Al)/Ti)×100)为0.3～10质量％。
本发明的第一方式的钛酸碱金属具有钛酸碱金属相以及含有Al、Si和Na的复合氧化物。此处，钛酸碱金属相是指，包含由后述式(1a)表示的钛酸碱金属的相。本发明的第一方式的钛酸碱金属为包含钛酸碱金属的相以包含含有Al、Si和Na的复合氧化物的状态集合而成的集合体。
由后述的实施例的能量色散X射线光谱法所涉及的数据，本发明的第一方式的钛酸碱金属中，也有在钛酸碱金属相的颗粒间存在有间隙的钛酸碱金属。即，本发明的第一方式的钛酸碱金属中，存在颗粒彼此不接触的部分。本发明的第一方式中，认为在这样的钛酸碱金属间的非接触部(间隙)中有时存在有含有Al、Si和Na的复合氧化物。
需要说明的是，本发明的第一方式的钛酸碱金属中，对于含有Al、Si和Na的复合氧化物存在于钛酸碱金属相的颗粒间的间隙，可以应用能量色散X射线光谱法(EDX或EDS；Energy Dispersive X-ray Spectroscopy)观察钛酸碱金属。EDX通常附带于扫描电子显微镜(SEM；Scanning Electron Microscope)或透射电子显微镜(TEM；TransmissionElectron Microscope)(SEM-EDX或TEM-EDX)。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的钛酸碱金属相为含有Ti和碱金属的复合氧化物的颗粒，作为碱金属元素，含有钠作为必须的元素。需要说明的是，本发明中的“碱金属”是指，元素周期表的第1族元素中，除氢(H)之外的锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)这6种元素的统称。
作为钛酸碱金属相，可以举出下述式(1a)所示的复合氧化物：
AxTiyOz (1a)
(式中，A为1种以上的碱金属。x为1.5～2.5、y为5.5～6.5、z为12.0～14.0。y/x为2.4～3.6、优选2.6～3.4。)。
上述式(1a)所示的钛酸碱金属的复合氧化物(钛酸碱金属相)有时在其一部分中混入有晶格缺陷、元素置换等除上述式(1a)以外的组成的钛酸碱金属。本发明中，也允许含有如这样构成的钛酸碱金属相的钛酸碱金属。
需要说明的是，上述式(1a)中，作为碱金属元素，含有钠、且不含有除钠以外的碱金属的情况下，x是指钠的值，另外，含有钠和除钠以外的碱金属这两者的情况下，x是指钠与除钠以外的碱金属的总计的值。
本发明的第一方式的钛酸碱金属在不有损本发明的效果的范围内可以含有除Na以外的碱金属X、即K、Li、Rb、Cs、Fr。本发明的第一方式的钛酸碱金属中，钠的摩尔数相对于钠与除钠以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)为50～100摩尔％、优选70～100摩尔％。钠的摩尔数相对于钠与除钠以外的碱金属的总摩尔数之比处于上述范围，从而在焙烧时容易成为短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的条数比率为0.2％以下的钛酸碱金属。钛酸碱金属中所含的钠的含量相对于碱金属的总量(Na+X)如果成为上述范围，则含有铝、硅和钠的复合氧化物的含量增加。其结果，通过该含有铝、硅和钠的复合氧化物，可以妨碍钛酸碱金属中的该WHO纤维的形成。因此，制造钛酸碱金属时，将原料混合物焙烧后，即使不在强力的粉碎条件下进行粉碎，也变得容易得到该WHO纤维的条数比率为0.2％以下者。
特别是，除钠以外的碱金属为钾的情况下，本发明的第一方式的钛酸碱金属中所含的钾的含量相对于碱金属的总量的比率((K/总碱金属)×100)如果成为50摩尔％以上，则妨碍含有铝、硅和钠的复合氧化物的形成，故不优选。作为其理由，认为是含有铝、硅和钠的复合氧化物由包含铝的玻璃质构成，但推测由硅和钾不形成玻璃质。
另外，本发明的第一方式的钛酸碱金属可以含有多种除钠以外的碱金属X。本发明的第一方式的钛酸碱金属中，例如含有钾作为除钠以外的碱金属，进一步含有除钠和钾以外的碱金属Y(Li、Rb、Cs、Fr)的情况下，钠与钾的总摩尔数相对于碱金属Y的总摩尔数之比的百分率(((Na+K)/Y)×100)优选90摩尔％以上、特别优选95摩尔％以上、更优选100摩尔％。
本发明的第一方式的钛酸碱金属中，Ti的摩尔数相对于碱金属的总摩尔数之比(Ti/碱金属)优选2.4～3.6、特别优选2.6～3.4。本发明的第一方式的钛酸碱金属中，仅含有钠作为碱金属的情况下，上述碱金属是指钠的值，另外，含有钠和除钠以外的碱金属的情况下，上述碱金属是指钠与除钠以外的碱金属的总计的值。
需要说明的是，本发明中，可以使用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱分析装置(Hitachi High-Tech Science Corporation制、型号SPS3100)求出钛酸碱金属中所含的碱金属的含有比率和Ti的含有比率。
本发明的第一方式的钛酸碱金属中，Si的含量与Al的含量的总计相对于Ti的含量之比的百分率(((Si+Al)/Ti)×100)为0.3～10质量％、优选0.3～2.0质量％、特别优选0.35～2.0质量％。钛酸碱金属的Si的含量与Al的含量的总计处于上述范围，从而短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量变少。另一方面，钛酸碱金属的Si的含量与Al的含量的总计如果低于上述范围，则该WHO纤维的含量变多。另外，钛酸碱金属的Si的含量与Al的含量的总计如果超过上述范围，则制成摩擦材料时的制动性能变差。
本发明的第一方式的钛酸碱金属中，Si的含量与Al的含量之比(Si：Al)以质量比计、优选4：1～2：1、特别优选3.7：1～2.2：1。钛酸碱金属的Si的含量与Al的含量之比(Si：Al)处于上述范围，从而该WHO纤维的含量容易变少。
本发明的第一方式的钛酸碱金属也可以含有其他元素。作为其他元素，例如可以举出Fe、Mg等金属元素等。需要说明的是，本发明的第一方式的钛酸碱金属中，可以允许混入不可避免的杂质。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的平均粒径(D50)为15μm以下、优选1～10μm。钛酸碱金属的平均粒径D50处于上述范围，从而制成摩擦材料时的制动性能优异。需要说明的是，钛酸碱金属的平均粒径为通过激光衍射散射法而求出的D50，是指体积基准的累积分布成为50％的粒径。
本发明的第一方式的钛酸碱金属中，短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的条数比率优选0.2％以下、特别优选0.15％以下。需要说明的是，本发明的第一方式的钛酸碱金属中的该WHO纤维的条数比率是指，本发明的第一方式的钛酸碱金属中的该WHO纤维的条数相对于化合物的总个数的比率。
本发明的第一方式的钛酸碱金属中，通过动态图像解析而求出的、测定对象物的短径d、长径L、长径比(L/d)以及本发明的第一方式的钛酸碱金属中的该WHO纤维的条数比率的测定方法只要不脱离本发明的主旨就没有特别限定，例如，可以根据以下的步骤求出。使用动态图像解析装置(Seishin Enterprise Co.,Ltd.制、PITA-3)，拍摄测定对象物的钛酸碱金属的颗粒1万～10万个点，将得到的图像中的各颗粒的短径设为颗粒的“短径d”、长径设为颗粒的“长径L”，根据“长径比＝L/d”的式子算出各颗粒的长径比。另外，将各颗粒看成短径d、长径L的圆柱，并且将该圆柱的体积作为各颗粒的体积，根据“体积＝π×(d/2)2×L”的式子算出。然后，根据“((观测到的短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的颗粒的条数的总计)/(观测到的全部颗粒的个数的总计))×100”的式子，求出该WHO纤维的条数比率。需要说明的是，测定对象物的拍摄点数可以根据所使用的解析装置而适宜变更。本发明中，如果可以求出该WHO纤维的条数比率，则例如可以使用拍摄点数低于1万点时能解析的解析装置、需要超过10万点的拍摄点数的解析装置。
本发明的第一方式的钛酸碱金属中，含有Al、Si和Na的复合氧化物有时存在于钛酸碱金属相的间隙。本发明的第一方式的钛酸碱金属中，含有Al、Si和Na的复合氧化物有时以填埋该相间的间隙的方式存在。通过这样的构成，可妨碍在钛酸碱金属中形成该WHO纤维，而作为其理由，认为是以下的机制。
推测本发明的第一方式的钛酸碱金属中，在焙烧时由存在于原料混合物中的Na、Si和Al生成的含有Al、Si和Na的复合氧化物(二氧化硅氧化铝复合氧化物(硅酸铝))会在焙烧时沿钛酸碱金属相的晶体的生长方向存在，且妨碍钛酸碱金属相生长为纤维状的晶体，另外，即使生成纤维状的钛酸碱金属相，含有Al、Si和Na的复合氧化物也作为粘接剂发挥功能，使纤维状的晶体彼此结合而形成粒状，从而妨碍该WHO纤维的形成，该WHO纤维的含量变少。
＜本发明的第一方式的钛酸碱金属的制造方法＞
以下，对于本发明的第一方式的钛酸碱金属的制造方法的实施方式详细地进行说明。以下的说明针对实施方式的一例进行说明，本发明不限定于该实施方式。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的制造方法为一种钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，具备如下工序：原料混合工序，以Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)成为50～100摩尔％的方式，将含有Ti、碱金属、Si和Al的原料混合制备原料混合物；
焙烧工序，将该原料混合物在焙烧温度900～1300℃下进行焙烧，得到原料混合物的焙烧物；和，
粉碎工序，将该原料混合物的焙烧物进行粉碎。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的制造方法具备原料混合工序、焙烧工序和粉碎工序。
原料混合工序为如下工序：将含有Ti、碱金属、Si和Al的钛酸碱金属制造用的原料混合，调整以规定比率含有Ti、碱金属、Si和Al的原料混合物。原料混合物包含含有钛的钛源和含有碱金属的碱金属源。从降低短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量的观点出发，钛源优选包含Al和Si。原料混合工序只要可以得到以规定比率含有Ti、碱金属、Si和Al的原料混合物就对钛酸碱金属制造用的原料没有特别限定。原料混合工序中，作为钛酸碱金属制造用的原料，例如使用钛源、碱金属源、硅源和铝源，并且将它们混合。另外，原料混合工序中，作为钛酸碱金属制造用的原料，例如，作为Al和Si的供给源，可以使用包含Al和Si的钛源，或可以使用含有Al的铝源和含有Si的硅源。
钛源只要为含有钛的化合物就没有特别限制，例如可以举出氧化钛、偏钛酸、原钛酸、氯化钛、钛矿石、含水二氧化钛等含有钛的化合物。作为钛矿石，可以举出金红石矿石、钛铁矿、锐锥矿和板钛石等。作为钛源含有的钛矿石中，Ti含量相对于钛矿石的总质量、以TiO2换算计、优选85质量％以上、特别优选90质量％以上。
作为钛源使用的上述钛矿石中，除钛之外，还包含各种元素。例如，应用金红石矿作为钛源的情况下，由于包含有硅、铝，因此，也可以不使用作为硅源的含有硅的化合物、作为铝源的含有铝的化合物。从原料的操作性等的观点出发，钛矿石适合作为钛源。
成为钛源的含有钛的化合物可以为固体也可以为液体。钛源为固体的情况下，在原料的操作性、与其他原料的混合性和反应性优异的方面，钛源的平均粒径优选0.5～1000μm、特别优选0.5～850μm。需要说明的是，钛源的平均粒径为通过激光衍射散射法而求出的D50，是指体积基准的累积分布成为50％的粒径。
碱金属源为含有碱金属的化合物，本发明中，作为碱金属，含有钠作为必须的元素。因此，作为碱金属源，可以应用含有钠的化合物。另外，本发明中，在含有钠的化合物中，可以包含K、Li、Rb、Cs、Fr中的1种或多种除钠以外的其他碱金属。或者，含有钠作为碱金属源的化合物的基础上，还可以包含：含有钾的化合物、含有铷的化合物、含有铯的化合物、含有钫的化合物、它们的混合物等具有碱金属的化合物。
作为钠源、即含有钠的化合物，没有特别限制，例如可以举出碳酸钠、氧化钠、氢氧化钠、草酸钠、硝酸钠等化合物。它们之中，作为钠源，在与钛源的混合性和反应性优异、而且廉价且容易获得的方面，优选碳酸钠、氢氧化钠。作为钾源、即含有钾的化合物，没有特别限制，例如可以举出碳酸钾、氢氧化钾、硝酸钾等碱金属盐等化合物。它们之中，作为钾源，在与钛源的混合性和反应性优异、而且廉价且容易获得的方面，优选碳酸钾、氢氧化钾。
需要说明的是，作为铷源、铯源、钫源，分别可以举出各种碱金属盐等。
成为碱金属源的含有碱金属的化合物可以为固体也可以为液体。碱金属源为固体的情况下，碱金属源的粒径分布考虑了与其他原料的混合的容易性、粉碎的容易性而优选1mm以上为4质量％以下、且125μm以下为7质量％以下，特别优选1mm以上为3质量％以下、且125μm以下为6质量％以下。需要说明的是，碱金属源的粒径分布为基于筛分的粒度评价。
作为钛源使用的化合物中，不包含硅、铝的情况下，需要另行准备硅源、铝源。例如，硅源只要为含有硅、且不含有卤素的化合物就没有特别限制，例如可以举出二氧化硅、硅石(silica)、胶体二氧化硅等硅的氧化物。此外，作为硅源，可以举出具有硅氧烷键的有机硅化合物等有机硅化合物等。
成为硅源的含有硅的化合物可以为固体也可以为液体。硅源为固体的情况下，在原料的操作性、与其他原料的混合性和反应性优异的方面，硅源的平均粒径优选100μm以下、特别优选1～50μm。需要说明的是，硅源的平均粒径为通过激光衍射散射法求出的D50，是指体积基准的累积分布成为50％的粒径。
另外，铝源只要为含有铝的化合物就没有特别限制，例如可以举出氧化铝、氢氧化铝、碳酸铝、硫酸铝、硝酸铝等铝的氧化物等化合物。
成为铝源的含有铝的化合物可以为固体也可以为液体。铝源为固体的情况下，在原料的操作性、与其他原料的混合性和反应性优异的方面，铝源的平均粒径优选100μm以下、特别优选1～50μm。需要说明的是，铝源的平均粒径为通过激光衍射散射法求出的D50，是指体积基准的累积分布成为50％的粒径。
原料混合物可以含有二氧化硅氧化铝复合氧化物。亦即，原料混合工序中，作为硅源的全部或一部分和铝源的全部或一部分，可以使用二氧化硅氧化铝复合氧化物。而且，在原料的供给、省略配混的步骤的作业性优异的方面，优选含有二氧化硅氧化铝复合氧化物作为原料混合物中含有的硅源和铝源。
原料混合物可以含有“相对于Ti的含量、Si的含量为0.5～3.0质量％、优选0.5～2.5质量％、相对于Ti的含量、Al的含量为0.1～1.0质量％、优选0.1～0.8质量％的钛矿石”(以下，也记作原料混合物的钛矿石)。亦即，原料混合工序中，作为钛源的全部或一部分、硅源的全部或一部分和铝源的全部或一部分，可以使用上述原料混合物的钛矿石。
原料混合物中，通过相对于总钛源、上述原料混合物的钛矿石的含有比率处于后述的范围，可以减少经过焙烧工序和粉碎工序而得到的钛酸碱金属中的短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量。
相对于总钛源的、上述原料混合物的钛矿石的含有比率为20质量％以上、优选25质量％以上、特别优选50质量％以上、更优选100质量％。相对于总钛源的、上述原料混合物的钛矿石的含有比率处于上述范围，从而可以减少经过焙烧工序和粉碎工序而得到的钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的制造方法中，作为经过焙烧工序和粉碎工序得到的钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量变少的理由，认为是原料混合物中的钛源中所含的Na、Si和Al在焙烧时形成含有铝、硅和钠的二氧化硅氧化铝复合氧化物，该含有铝、硅和钠的二氧化硅氧化铝复合氧化物沿钛酸碱金属相的晶体的生长方向存在，因此可妨碍钛酸碱金属相的晶体以纤维状生长。进一步，作为该钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量的减少的理由，推测：即使生成纤维状的钛酸碱金属相，含有铝、硅和钠的二氧化硅氧化铝复合氧化物也作为粘接剂发挥功能，使纤维状的相彼此结合而形成粒状，因此，可以防止该WHO纤维的形成。钛矿石中的Si的含量如果低于上述范围，则难以得到减少该WHO纤维的含量的效果，另外，如果超过上述范围，则变得难以得到具有目标晶体结构的钛酸碱金属。另外，钛矿石中的Al的含量如果低于上述范围，则难以得到减少该WHO纤维的含量的效果，另外，如果超过上述范围，则变得难以得到具有目标晶体结构的钛酸碱金属。另外，相对于总钛源的、上述原料混合物的钛矿石的含有比率如果低于上述范围，则难以得到减少该WHO纤维的含量的效果。
原料混合工序中，以原料混合物中的Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+X))×100)成为50～100摩尔％、优选成为70～100摩尔％的方式，将碱金属源混合。原料混合物中的Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比处于上述范围，从而变得容易得到短径d超过3μm、长径L低于5μm且长径比(L/d)低于3的钛酸碱金属，因此，可以减少经过焙烧工序和粉碎工序得到的钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量。
例如，除Na以外的碱金属为K、进一步包含除Na和K以外的碱金属Y(Li、Rb、Cs和Fr中的任意1种以上)的情况下，原料混合工序中，以原料混合物中的Na与K的总摩尔数相对于碱金属Y的总摩尔数之比的百分率(((Na+K)/Y)×100)优选成为90摩尔％以上、特别优选成为95摩尔％以上、更优选成为100摩尔％的方式，将碱金属源混合。需要说明的是，对于原料混合物，作为碱金属，含有钠、且不含有钾的情况下，上述(Na+K)是指钠的值，另外，含有钠和钾这两者的情况下，上述(Na+K)是指钠与钾的总计的值。
原料混合工序中，以原料混合物中的Ti的摩尔数相对于碱金属的总摩尔数之比(Ti/碱金属)优选成为2.4～3.6、特别优选成为2.6～3.4的方式，将钛源与碱金属源混合。原料混合物中的Ti的摩尔数相对于碱金属的总摩尔数之比处于上述范围，从而可以得到属于目标钛酸盐的复合化合物的化学式。需要说明的是，对于原料混合物，作为碱金属，仅含有钠的情况下，上述碱金属的值是指钠的值，另外，仅含有钠和钾的情况下，上述碱金属的值是指钠与钾的总计的值。
原料混合工序中，作为将钛源、碱金属源等各原料混合的方法，没有特别限制，可以为干式混合也可以为湿式混合。作为以干式将钛源与碱金属源混合的方法，例如除使用了乳钵等的粉碎之外，还可以举出：使用振动磨、振动棒磨、球磨机、珠磨机、涡轮磨、行星式球磨机、亨舍尔混合机等混合装置，以干式进行混合的方法。另外，作为以湿式将钛源与碱金属源混合的方法，例如可以举出使用振动磨、振动棒磨、球磨机、珠磨机、涡轮磨、行星式球磨机等混合装置，以湿式进行混合的方法。以湿式进行混合的情况下，作为湿式混合中使用的溶剂，可以举出水、甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、庚烷、甲苯、二甲苯、环己烷等。
原料混合工序中，除钛源、碱金属源等各原料以外，根据需要，也可以混合氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锆等无机氧化物、木屑、木片粒料等有机物、甲醇、乙醇、甲苯、己烷、庚烷、丙酮等有机溶剂、水等。
焙烧工序为如下工序：将进行原料混合工序而得到的原料混合物焙烧，得到该原料混合物的焙烧物。
焙烧工序中的焙烧温度为900～1300℃、优选950～1250℃。焙烧温度处于上述范围，从而变得容易得到短径d超过3μm、长径L低于5μm且长径比(L/d)低于3的钛酸碱金属，因此，可以减少经过焙烧工序和粉碎工序得到的钛酸碱金属中的短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量。另一方面，焙烧温度如果低于上述范围，则未反应的原料混合物会残留，另外，如果超过上述范围，则变得容易得到短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的钛酸碱金属。
焙烧工序中，根据需要可以适宜选择焙烧时间。但是，焙烧时间如果过长，则钛酸碱金属相的晶体过度生长，因此，有钛酸碱金属的比表面积过度变小的倾向。另外，根据焙烧温度不同，钛酸碱金属相的晶体的生长速度不同。因此，焙烧工序中，可以选择与焙烧温度所对应的焙烧时间，使得经过粉碎工序可以得到目标钛酸碱金属的比表面积。
经过粉碎工序得到的钛酸碱金属的比表面积优选0.5～4.5g/m2、特别是进一步优选0.7～4.0g/m2。使用钛矿石作为钛源的情况下，钛源中所含的钛矿石的含有比率如果处于上述范围内，则可以降低钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量。而且，像那样的钛酸碱金属由于被调整了焙烧条件而可以容易地进行粉碎，因此，可以减少比表面积。
焙烧工序中，将原料混合物焙烧时的焙烧气氛可以根据需要而适宜选择，例如可以举出大气气氛、氧气气氛等氧化性气氛。
焙烧工序中，可以重复如下操作：对将原料混合物焙烧而得到的焙烧物再次进行焙烧。
而且，通过进行焙烧工序，从而可以得到原料混合物的焙烧物。
粉碎工序为如下工序：将原料混合物的焙烧物粉碎，得到具有期望的粉体物性的钛酸碱金属。
粉碎工序中，作为粉碎进行焙烧工序得到的焙烧物的方法，没有特别限制。作为进行干式粉碎的方法，例如除使用了乳钵等的粉碎之外，还可以举出使用振动磨、振动棒磨、球磨机、珠磨机、涡轮磨、行星式球磨机、粉磨机、喷磨机、锤磨机、针磨机等粉碎装置、以干式进行粉碎的方法。
粉碎工序中，粉碎进行焙烧工序得到的原料混合物的焙烧物时的粉碎条件可以根据制造目标的钛酸碱金属所要求的物性而适宜选择。
而且，通过进行粉碎工序，从而得到具有期望的粉体物性的本发明的第一方式的钛酸碱金属。
本发明的第一方式的钛酸碱金属的制造方法中，原料混合物中，使硅和铝与钛和碱金属一起存在，从而可以减少经过焙烧工序和粉碎工序得到的钛酸碱金属中的短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量。
＜本发明的第二方式的钛酸碱金属＞
以下，对本发明的第二方式的钛酸碱金属的实施方式，详细地进行说明。以下的说明针对实施方式的一例进行说明，本发明不限定于该实施方式。需要说明的是，本发明的第二方式中，在化合物的组成用元素符号表示的情况下，其并不限定金属、离子、其他状态，包含可以根据情况采取的全部状态。
本发明的第二方式的钛酸碱金属的特征在于，Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+K))×100)为50～100摩尔％，
基于激光衍射散射法的平均粒径(D50)为15μm以下，
短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量为0.025体积％以下。
本发明的第二方式的钛酸碱金属为含有钛和碱金属的复合氧化物的颗粒，作为碱金属，含有钠作为必须元素。需要说明的是，本发明中的“碱金属”是指，元素周期表的第1族元素中、除氢(H)之外的锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)、钫(Fr)这6种元素的统称。
本发明的第二方式的钛酸碱金属在不妨碍本发明的效果的范围内，可以含有除Na和K以外的碱金属、即、Li、Rb、Cs、Fr。本发明的第二方式的钛酸碱金属中，Na与K的总摩尔数相对于碱金属的总摩尔数之比的百分率(((Na+K)/碱金属)×100)优选90摩尔％以上、特别优选95摩尔％以上、更优选100摩尔％。
本发明的第二方式的钛酸碱金属中，Ti的摩尔数相对于碱金属的总摩尔数之比(Ti/碱金属)优选2.4～3.6、特别优选2.6～3.4。对于本发明的第二方式的钛酸碱金属，作为碱金属，仅含有钠的情况下，上述碱金属是指钠的值，另外，仅含有钠和钾的情况下，上述碱金属是指钠与钾的总计的值。作为本发明的第二方式的钛酸碱金属，例如可以举出下述式(1b)所示的复合氧化物：
AxTiyOz (1b)
(式中，A为Na、或Na和K。x为1.5～2.5、y为5.5～6.5、z为12.0～14.0。y/x为2.4～3.6、优选2.6～3.4。)。
上述式(1b)所示的钛酸碱金属的复合氧化物有时在其一部分中混入有晶格缺陷、元素置换等除上述式(1b)以外的组成的钛酸碱金属。本发明中，也允许如这样构成的钛酸碱金属。
需要说明的是，上述式(1b)中，作为碱金属，含有钠、且不含有钾的情况下，x是指钠的值，另外，含有钠和钾这两者的情况下，x是指钠与钾的总计的值。
本发明的第二方式的钛酸碱金属中，Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+K))×100)为50～100摩尔％、优选70～100摩尔％。Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比处于上述范围，从而制造钛酸碱金属时，将原料混合物焙烧后，即使不在强力的粉碎条件下进行粉碎，也变得容易得到短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量为0.025体积％以下者。另外，本发明的第二方式的钛酸碱金属变得无需在强力的粉碎条件下进行粉碎的强粉碎工序，因此，变得廉价。
需要说明的是，本发明中，钛酸碱金属中所含的碱金属的含有比率和钛的含有比率可以使用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱分析装置(Hitachi High-Tech ScienceCorporation制、型号SPS3100)而求出。
本发明的第二方式的钛酸碱金属中的该WHO纤维的含量为0.025体积％以下。
本发明的第二方式中，通过动态图像解析求出的、测定对象物的短径d、长径L、长径比(L/d)、本发明的第二方式的钛酸碱金属中的该WHO纤维的条数比率的测定方法只要不脱离本发明的主旨就没有特别限定，例如可以根据以下的步骤求出。使用动态图像解析装置(Seishin Enterprise Co.,Ltd.制、PITA-3)，拍摄测定对象物的钛酸碱金属的颗粒1万～10万个点，将得到的图像中的各颗粒的短径设为颗粒的“短径d”、长径设为颗粒的“长径L”，根据“长径比＝L/d”的式子算出各颗粒的长径比。另外，将各颗粒看成短径d、长径L的圆柱，并且将该圆柱的体积作为各颗粒的体积，根据“体积＝π×(d/2)2×L”的式子算出。然后，根据“((观测到的短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的颗粒的总计体积)/(观测到的全部颗粒的个数的总计体积))×100”的式子，求出该WHO纤维的含量(体积比率)。需要说明的是，测定对象物的拍摄点数可以根据使用的解析装置而适宜变更。本发明中，如果可以求出该WHO纤维的条数比率，则例如可以使用拍摄点数低于1万点时能解析的解析装置、需要超过10万点的拍摄点数的解析装置。
本发明的第二方式的钛酸碱金属的基于激光衍射法的平均粒径(D50)为15μm以下、优选1～15μm。钛酸碱金属的基于激光衍射法的平均粒径(D50)处于上述范围，从而摩擦材料的耐久性变高。需要说明的是，本发明中，D50是指，通过激光衍射散射法求出、体积基准的累积分布成为50％的粒径。
本发明的第二方式的钛酸碱金属的平均微晶直径优选150nm以下，特别优选80～150nm。需要说明的是，本发明中，平均微晶直径为如下算出的值：使用粉末X射线衍射装置，在表1所示的测定条件下，进行X射线衍射分析，基于根据得到的XRD测定结果求出的主峰的半值宽度(面指数(200))，用下述谢勒公式(2)算出的值。
τ＝Kλ/((β-βstd)·cosθ) (2)
τ：微晶直径
K：谢勒常数(形状因子(0.9))
λ：X射线波长(X射线波长Cu-Kα1 1.5405
)
β：主峰的半值宽度(200)
βstd：标准物质的半值宽度(＝0.029(°))
θ：布拉格角(°)
[表1]
| 靶 | Cu |
| 标准物质 | LaB6 2θ＝22～24°的主峰的半值宽度 |
| 管电压(kV) | 45V |
| 管电流(mA) | 40mA |
| 测定法 | 使用了一维高速检测器的集中法 |
| 检测器 | 高速半导体检测器 加速器 |
<本发明的第二方式的钛酸碱金属的制造方法>
本发明的第二方式的钛酸碱金属的制造方法为制造本发明的钛酸碱金属的方法，其特征在于，具备如下工序：原料混合工序，以Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+K))×100)成为50～100摩尔％的方式，将含有Ti的钛源与含有碱金属的碱金属源混合，调整原料混合物；
焙烧工序，将该原料混合物在焙烧温度900～1300℃下进行焙烧，得到原料混合物的焙烧物；和，
粉碎工序，将该原料混合物的焙烧物进行粉碎。
本发明的第二方式的钛酸碱金属的制造方法具备原料混合工序、焙烧工序和粉碎工序。
原料混合工序为如下构成：将含有Ti的钛源与含有碱金属的碱金属源混合，调整以规定比率含有Ti和碱金属的原料混合物。
钛源只要为含有钛的化合物就没有特别限制，例如可以举出氧化钛、偏钛酸、原钛酸、氯化钛、金红石矿石、含水二氧化钛等。它们之中，在原料的操作性、与碱源的混合性和反应性优异、而且廉价的方面，优选氧化钛、金红石矿石。
成为钛源的含有钛的化合物可以为固体也可以为液体。钛源为固体的情况下，在原料的操作性、与碱源的混合性和反应性的方面，钛源的平均粒径优选0.5～1000μm、特别优选0.5～850μm。需要说明的是，钛源的平均粒径为通过激光衍射散射法求出的D50。
碱金属源为含有碱金属的化合物，例如可以举出含有钠的化合物、含有钾的化合物、含有钠和钾的化合物、它们的混合物。而且，对于原料混合物，作为碱金属源，为含有钠、且可以包含钾的化合物。另外，原料混合物在不有损本发明的效果的范围内可以包含含有除Na和K以外的碱金属、即、Li、Rb、Cs、Fr的化合物作为碱金属源。
作为钠源、即含有钠的化合物，没有特别限制，例如可以举出碳酸钠、氧化钠、氢氧化钠、草酸钠、硝酸钠等。它们之中，作为钠源，在与钛源的混合性和反应性优异、而且廉价且容易获得的方面，优选碳酸钠、氢氧化钠。作为钾源、即含有钾的化合物，没有特别限制，例如可以举出碳酸钾、氢氧化钾、硝酸钾等碱金属盐。它们之中，作为钾源，在与钛源的混合性和反应性优异、而且廉价且容易获得的方面，优选碳酸钾、氢氧化钾。
成为碱金属源的含有碱金属的化合物可以为固体也可以为液体。碱金属源为固体的情况下，碱金属源的粒径分布考虑了与钛源的混合的容易性、粉碎的容易性而优选1mm以上为4质量％以下、且125μm以下为7质量％以下，特别优选1mm以上为3质量％以下、且125μm以下为6质量％以下。需要说明的是，碱金属源的粒径分布为基于筛分的粒度评价。
原料混合工序中，以原料混合物中的Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比的百分率((Na/(Na+K))×100)成为50～100摩尔％、优选成为70～100摩尔％的方式，将碱金属源混合。原料混合物中的Na的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比处于上述范围，从而变得容易得到长径比为3以上的颗粒的比率为2.0体积％以下的钛酸碱金属，因此，制造钛酸碱金属时，将原料混合物焙烧后，在粉碎工序中，即使不进行强力的条件下的粉碎，也变得容易得到短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量为0.025体积％以下者。
原料混合工序中，以原料混合物中的Na与K的总摩尔数相对于碱金属的总摩尔数之比的百分率(((Na+K)/碱金属)×100)优选成为90摩尔％以上、特别优选成为95摩尔％以上、更优选成为100摩尔％的方式，将碱金属源混合。需要说明的是，对于原料混合物，作为碱金属，含有钠、且不含有钾的情况下，上述(Na+K)是指钠的值，另外，含有钠和钾这两者的情况下，上述(Na+K)是指钠与钾的总计的值。
原料混合工序中，以原料混合物中的Ti的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比(Ti/(Na+K))优选成为2.4～3.6、特别优选成为2.6～3.4的方式，将钛源与碱金属源混合。原料混合物中的Ti的摩尔数相对于Na与K的总摩尔数之比处于上述范围，从而可以得到属于作为目标的钛酸盐的复合化合物的化学式者。
原料混合工序中，作为将钛源与碱金属源混合的方法，没有特别限制，可以为干式混合也可以为湿式混合。作为以干式将钛源与碱金属源混合的方法，例如可以举出使用振动磨、振动棒磨、球磨机、珠磨机、涡轮磨、行星式球磨机、亨舍尔混合机等混合装置、以干式进行混合的方法。另外，作为以湿式将钛源与碱金属源混合的方法，例如可以举出使用振动磨、振动棒磨、球磨机、珠磨机、涡轮磨、行星式球磨机等混合装置、以湿式进行混合的方法。以湿式进行混合的情况下，作为湿式混合中使用的溶剂，可以举出水、甲醇、乙醇、丁醇、丙酮、庚烷、甲苯、二甲苯、环己烷等。
原料混合工序中，除钛源和碱金属源以外，根据需要，也可以将氧化铁、氧化铝、氧化硅、氧化锆等无机氧化物、木屑、木片粒料等有机物、甲醇、乙醇、甲苯、己烷、庚烷、丙酮等有机溶剂、水等混合。
焙烧工序为如下工序：焙烧进行原料混合工序得到的原料混合物，得到原料混合物的焙烧物。
焙烧工序中的焙烧温度为900～1300℃、优选950～1250℃。焙烧温度处于上述范围，从而制造钛酸碱金属时，将原料混合物焙烧后，在粉碎工序中，即使不进行强力的条件下的粉碎，也变得容易得到短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量为0.025体积％以下者。另外，根据本发明的钛酸碱金属的制造方法，即使不在强力的粉碎条件下进行粉碎，经过焙烧和粉碎也可以得到该WHO纤维的含量为0.025体积％以下者，因此，可以制造廉价的钛酸碱金属。另一方面，焙烧温度如果低于上述范围，则未反应的焙烧原料会残留，另外，如果超过上述范围，则变得容易得到该WHO纤维的比率超过0.025体积％的钛酸碱金属。
焙烧工序中，根据需要可以适宜选择焙烧时间。但是，焙烧时间如果过长，则钛酸碱金属的晶体过度生长，因此，有变得难以得到平均粒径(D50)为15μm以下的钛酸碱金属的倾向。另外，根据焙烧温度不同，钛酸碱金属的晶体的生长速度不同。因此，焙烧工序中，可以选择与焙烧温度所对应的焙烧时间，使得通过焙烧得到的钛酸碱金属的平均粒径(D50)成为15μm以下、优选成为1～15μm。
焙烧工序中，将原料混合物焙烧时的焙烧气氛可以根据需要而适宜选择，例如可以举出大气气氛、氧气气氛等氧化性气氛。
焙烧工序中，可以重复如下操作：再次焙烧将原料混合物焙烧而得到的焙烧物。
而且，通过进行焙烧工序，从而可以得到原料混合物的焙烧物。
粉碎工序为如下工序：将原料混合物的焙烧物粉碎，得到具有期望的粉体物性的钛酸碱金属。
粉碎工序中，作为粉碎进行焙烧工序得到的焙烧物的方法，没有特别限制。作为进行干式粉碎的方法，例如除使用了乳钵等的粉碎之外，还可以举出使用振动磨、振动棒磨、球磨机、珠磨机、涡轮磨、行星式球磨机、粉磨机、喷磨机、锤磨机、针磨机等粉碎装置、以干式进行粉碎的方法。
粉碎工序中，粉碎进行焙烧工序得到的原料混合物的焙烧物时的粉碎条件可以根据制造目标钛酸碱金属所要求的物性而适宜选择。
而且，通过进行粉碎工序，从而得到具有期望的粉体物性的本发明的第二方式的钛酸碱金属。
钛酸钾或主要包含钾作为碱金属的钛酸碱金属容易在焙烧时生长为长径L相对于短径d之比即长径比(L/d)超过3那样的纤维状的晶体。因此，使用以往的钛酸钾或主要包含钾作为碱金属的钛酸碱金属作为填充材料的摩擦材料的情况下，作为填充材料的钛酸钾或主要包含钾作为碱金属的钛酸碱金属的纤维长度越大，通过锚固效果，填充材料从基质越难以脱落，因此，磨耗耐久性变高。
与此相对，本发明的第二方式的钛酸碱金属为主要包含钠作为碱金属的钛酸碱金属，因此，容易在焙烧时成为长径L相对于短径d之比即长径比(L/d)为3以下的晶体。而且，本发明人等发现：使用该长径比(L/d)为3以下、且主要包含钠作为碱金属的钛酸碱金属作为摩擦材料的填充材料的情况下，填充材料的粒径越小，即，平均粒径(D50)为15μm以下、优选1～15μm，从而磨耗耐久性越变高。另外发现：填充材料的平均粒径(D50)为15μm以下、优选1～15μm的范围内，与填充材料为钛酸钾或主要包含钾作为碱金属的钛酸碱金属的情况相比，填充材料为主要包含钠作为碱金属的钛酸碱金属时，磨耗耐久性变高。
另外，钛酸碱金属的制造中，钛酸碱金属的原料混合物中，碱金属主要为钠，从而容易在焙烧时变得成为该长径比(L/d)为3以下的晶体，因此，在焙烧后，粉碎工序中，即使不在强力的粉碎条件下进行粉碎，也变得容易得到短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含量为0.025体积％以下者。另外，根据本发明的钛酸碱金属的制造方法，即使不在强力的粉碎条件下进行粉碎，经过焙烧和粉碎，也可以得到该WHO纤维的含量为0.025体积％以下者，因此，可以制造廉价的钛酸碱金属。
由此，本发明的第二方式的钛酸碱金属可以提供：能得到廉价且耐久性优异的摩擦材料的摩擦材料用的原材料。
仅包含钾作为碱金属的钛酸钾为了实现该WHO纤维的含量的降低，需要在强力的粉碎条件下的粉碎。然而，为了进行强粉碎，例如产生如下问题：由于增加粉碎的次数会使制造工序增加而导致高成本化，由于进行强粉碎而导致粉碎装置的寿命的降低。
本发明的第二方式的钛酸碱金属和本发明的第二方式的钛酸碱金属的制造方法中，设为使用钠或组合使用了钾与钠作为碱金属的钛酸碱金属，从而无需强力的粉碎条件下的粉碎，因此，可以消除粉碎的实行而伴随的各问题。具体而言，本发明的第二方式的钛酸碱金属和本发明的第二方式的钛酸碱金属的制造方法中，使碱金属中的钠的含有比率为50～100摩尔％、优选70～100摩尔％。
本发明的钛酸碱金属(第一方式和第二方式)或通过本发明的钛酸碱金属的制造方法(第一方式和第二方式)得到的钛酸碱金属适合作为制动用摩擦材料的原材料使用。例如，使用本发明的钛酸碱金属或通过本发明的钛酸碱金属的制造方法得到的钛酸碱金属作为制动用摩擦材料的原材料的情况下，将摩擦材料用原料混合物成型为制动的摩擦材料的形状，在面压10～400kgf/cm2、热成型70～250℃的温度下进行加压，得到制动用摩擦材料，所述摩擦材料用原料混合物含有本发明的钛酸碱金属或通过本发明的钛酸碱金属的制造方法得到的钛酸碱金属15～25质量％、酚醛树脂9～11质量％、石墨(人造石墨)7～9质量％、硫酸钡(重晶石)25～30质量％、硅酸锆6～8质量％、三硫化锑2～4质量％、铜纤维和粉末0～9质量％、cashew dust 4～6质量％、橡胶粉1～3质量％、芳族聚酰胺纤维3～5质量％、云母(mica)4～6质量％、铬铁矿(chromite)0～2质量％。
以下，列举实施例，对本发明进一步具体地进行说明，但其单纯地为示例，不限定本发明。
实施例
(实施例1)
(原料混合)
作为钛源，使用氧化钛(原料用的TiO2(市售品)、平均粒径0.6μm)、金红石矿石(市售品)，作为钠源，使用碳酸钠(Tokuyama Corporation制、品名Soda Ash Dense)，作为钾源，使用碳酸钾(Unid公司制)，以表2所示的混合比率，用氧化铝制的乳钵进行10分钟以上粉碎混合，得到原料混合物。
＜金红石矿石的组成＞
金红石矿石中的各氧化物的含量相对于金红石矿石总质量、分别TiO2为95质量％、SiO2为1.8质量％、Al2O3为0.4质量％。即，SiO2的含量与Al2O3的含量的总计相对于TiO2的含量之比的百分率(((SiO2+Al2O3)/TiO2)×100)为2.3质量％。
另外，如果将各元素进行原子换算，则金红石矿石中的Ti的含量相对于金红石矿石总质量，金红石矿石中的Ti的含量为57质量％。另外，金红石矿石中的相对于Ti的含量的Si的含量为1.5质量％、Al的含量为0.4质量％、Si的含量与Al的含量的总计相对于Ti的含量之比的百分率(((Si+Al)/Ti)×100)为1.9质量％。
(焙烧)
对于上述中得到的原料混合物，用箱式炉(Motoyama Co.,Ltd.制)，在大气气氛下、5℃/分钟的升温速度下升温至下述表1所示的焙烧温度，在下述表1所示的时间内进行焙烧，之后进行自然冷却。接着，用氧化铝制的乳钵，进行5分钟以上的粉碎处理，从而得到粉末状的钛酸碱金属。
对得到的钛酸碱金属进行分析。将其结果示于下述表2。
(实施例2～16和比较例1～6)
将钛源、钠源和钾源分别以表2～表6所示的混合比率进行混合，除此之外，与实施例1同样地得到原料混合物。之后，与实施例1同样地得到钛酸碱金属，对得到的钛酸碱金属进行分析，将其结果分别示于表2～表6。
(分析)
＜组成＞
利用粉末X射线衍射装置(X射线源：CuKα射线、Panalytical Inc.制型号：X‘Part-ProMPD)进行测定。
＜WHO纤维的分析＞
对于短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比(L/d)为3以上的化合物(WHO纤维)的含有率(体积比率)、该WHO纤维的条数和该WHO纤维的条数比率，用动态图像解析装置(Seishin Enterprise Co.,Ltd.制、PITA-3)进行测定。需要说明的是，分析条件如以下所述。
试样：20mg
载体液：纯水(16g)
分散条件
载体液流量：500μL/秒
试样分散液流量：0.31μL/秒
观察倍率：10倍
测定试样个数：70000个
＜含有元素分析＞
对于仅使用金红石矿石(含有比率100质量％)作为Ti源得到的钛酸碱金属(实施例5)，如下述进行含有元素分析。
将实施例5中得到的钛酸碱金属包埋于可见固化型树脂并固化后，制作薄片，用设有能量色散型X射线光谱器(EDS)(日本电子株式会社制、JED-2300T)的透射电子显微镜(日本电子株式会社制、JEM-2100F)进行观察，将得到的STEM图像示于图1。另外，该STEM图像使用EDS数据进行解析(映射图像处理、组成定性)。将使用了该EDS数据的含有元素映射解析的结果示于图2～图6。需要说明的是，图2～图6分别为O、Si、Na、Al、Ti的含有元素映射的结果。
另外，对于实施例5中得到的钛酸碱金属，用透射电子显微镜观察如图7所示的观察点a～c，将得到的晶格观察图像示于图8～图10。另外，将使用了该EDS数据的观察点a～c的EDS分析的结果(组成定性)示于图11～图13。需要说明的是，图7为部分地放大图1而示出观察点a～c的图，图8～图10所示的晶格观察图像分别对应于图11～图13所示的EDS分析结果。
(实施例17)
(摩擦材料)
使用实施例4中得到的钛酸碱金属，制作摩擦材料。
作为摩擦材料原料，与实施例4中制作的钛酸碱金属一起，将酚醛树脂、人造石墨、硅酸锆、三硫化锑、铜纤维、铜粉、cashew dust、橡胶粉、芳族聚酰胺纤维、云母(mica)和铬铁矿以表7所示的混合比率进行混合，从而制成摩擦材料原料混合粉。
将得到的摩擦材料原料混合粉以200kgf/cm2进行预成型，将得到的预成型物以70℃预热2小时后，在180℃、400kgf/cm2下进行热成型，接着，在250℃下进行10kgf/cm2、3小时热处理，得到成型体，由得到的成型体得到纵10mm、横50mm、厚10mm的摩擦材料。
＜制动试验＞
对于实施例17中得到的摩擦材料，依据日本汽车技术会标准即JASO-C406测定该摩擦材料的摩擦系数。第2Fade Recovery试验的第2Fade试验的摩擦系数的平均值为0.36。
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
(实施例18)
(原料混合)
作为钛源，使用氧化钛(原料用的TiO2(市售品)、平均粒径0.6μm)48.6kg和金红石矿石(市售品)50.4kg，作为钠源，使用碳酸钠(Tokuyama Corporation制、品名Soda AshDense)23.6kg，用振动磨(中央化工机株式会社制)，以振幅幅度6mm，将如上述计量的各原料和改性醇(三协化学工业株式会社制)0.5L进行20分钟混合，得到原料混合物。
(焙烧)
将上述中得到的原料混合物在回转窑炉、大气气氛下、温度1060℃下进行焙烧，得到原料混合物。接着，对于振动磨(中央化工机株式会社制)和冲击型粉碎机(HosokawaMicron Corporation制ACM粉磨机)，以该顺序依次以50kg/小时投入原料混合物，进行粉碎处理，从而得到粉末状的钛酸碱金属。
对得到的钛酸碱金属进行分析。将其结果示于表8。
(分析)
＜组成＞
利用粉末X射线衍射装置(X射线源：CuKα射线、Panalytical Inc.制型号：X‘Part-ProMPD)测定。
＜平均粒径＞
利用激光衍射散射法进行平均粒径(D50)的测定。分析装置使用的是，堀场制作所社制的LA920。
＜平均微晶直径＞
对于平均微晶直径，使用粉末X射线衍射装置(PANalytical公司制、型号X‘PertPRO)，在表1所示的测定条件下，进行测定对象的X射线衍射分析，基于根据得到的XRD测定结果求出的主峰的半值宽度(面指数(200))，用上述谢勒公式(2)算出。
(摩擦耐久性的评价)
(摩擦材料的制作)
使用实施例18中得到的钛酸碱金属，制作摩擦材料。
作为摩擦材料原料，与实施例18中制作的钛酸碱金属一起将酚醛树脂、人造石墨、硅酸锆、三硫化锑、铜纤维、铜粉、cashew dust、橡胶粉、芳族聚酰胺纤维、云母(mica)和铬铁矿以表9所示的混合比率混合，从而制成摩擦材料原料混合粉。
将得到的摩擦材料原料混合粉以200kgf/cm2进行预成型，将得到的预成型物在70℃下进行2小时预热后，在180℃、400kgf/cm2下进行热成型，接着，在250℃下进行10kgf/cm2、3小时热处理，得到成型体，由得到的成型体得到纵10mm、横50mm、厚10mm的摩擦材料。
(摩擦耐久试验)
依据JASO C427而进行。将其结果示于表10。
(实施例19)
变更为将原料混合物在隧道窑炉、大气气氛下、温度1250℃下进行焙烧，除此之外，与实施例18同样地得到钛酸碱金属和试验用摩擦材料。
(比较例7)
将配混原料由作为钠源使用的碳酸钠变更为作为钾源的碳酸钾(Unid制)30.7kg，除此之外，与实施例18同样地得到钛酸碱金属和试验用摩擦材料。
[表8]
[表9]
[表10]
Claims (6)
1.一种钛酸碱金属，其特征在于，具有：钛酸碱金属相以及含有Al、Si和Na的复合氧化物，
Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率(Na/(Na+X))×100％为50～100摩尔％，
Si的含量与Al的含量的总计相对于Ti的含量之比的百分率((Si+Al)/Ti)×100％为0.3～10质量％，
短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比L/d为3以上的钛酸碱金属化合物的条数比率为0.2％以下，所述条数比率由下式定义：
((观测到的短径d为3μm以下、长径L为5μm以上且长径比L/d为3以上的颗粒的条数的总计)/(观测到的全部颗粒的个数的总计))×100％。
2.一种权利要求1所述的钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，具备如下工序：
原料混合工序，以Na的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比的百分率(Na/(Na+X))×100％为50～100摩尔％的比例，将含有Ti、碱金属、Si和Al的原料混合，制备原料混合物；
焙烧工序，将该原料混合物在焙烧温度900～1300℃下进行焙烧，得到原料混合物的焙烧物；和，
粉碎工序，将该原料混合物的焙烧物进行粉碎。
3.根据权利要求2所述的钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，
所述原料混合物包含含有Ti的钛源、和含有碱金属的碱金属源，
该钛源含有Al和Si。
4.根据权利要求3所述的钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，作为所述钛源含有钛矿石，所述钛矿石中相对于Ti的含量、Si的含量为0.5～3.0质量％、Al的含量为0.1～1.0质量％，
所述钛源中的该钛矿石的含有比率为20质量％以上。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的钛酸碱金属的制造方法，其特征在于，所述原料混合工序中，以所述原料混合物中的Ti的摩尔数相对于Na与除Na以外的碱金属X的总摩尔数之比Ti/(Na+X)为2.4～3.6的比例，将钛源与碱金属源混合。
6.一种摩擦材料，其特征在于，含有权利要求1所述的钛酸碱金属。
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