JP3393277B2 - 球状六チタン酸アルカリ金属粉末およびその製造方法 - Google Patents
球状六チタン酸アルカリ金属粉末およびその製造方法Info
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スチックの補強材,樹脂塗料充填材等として有用な、耐
摩耗性,補強性,耐熱性等にすぐれた六チタン酸アルカ
リ金属の球状粒子からなる粉末およびその製造方法に関
する。
Tin O2n+1〔式中,Mはアルカリ金属,nは2〜8〕
で示される合成無機化合物である。なかでも、トンネル
型結晶構造を有する六チタン酸アルカリ金属(M2 Ti
6 O13)は、耐熱性,耐摩耗性,補強性,化学的安定性
等にすぐれ、アスベスト繊維の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装置
の摩擦材料,強化プラスチック用補強材,樹脂塗料用充
填材,断熱材,耐熱材等として実用化が試みられてい
る。
一つとして焼成法が知られている。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(M2 O)ま
たは加熱によりM2 Oを生成するアルカリ金属化合物と
を所定の比率に混合し、焼成処理することにより、反応
生成物としてチタン酸アルカリ金属が生成する。通常チ
タン酸アルカリ金属の粉末は、微細単結晶繊維(ウィス
カー)または多結晶繊維として製造されているが、これ
と異なって粉末の形態を球状粒子とすることにより、粉
末の流動性や他材種に配合する場合の分散性等を高め、
複合成形品の均質性・寸法精度等を改善すること等も提
案されている(特開平7-53214 号公報)。
するチタン酸アルカリ金属粉末について、球状粒子を構
成するチタン酸アルカリ金属の結晶粒同士の結合を強化
することにより、球形態を安定化し、その材料特性をよ
り一層高めることを目的としてなされたものである。
アルカリ金属粉末は、TiO 2 又は加熱によりTiO 2
を生成するチタン化合物と、M 2 O[Mはアルカリ金属
元素]又は加熱によりM 2 Oを生成するアルカリ金属化
合物と、SiO 2 または加熱によりSiO 2 を生成する
珪素化合物との混合粉末からなる球状粒子の造粒粉を焼
成処理することにより製造され、六チタン酸アルカリ金
属[M2Ti6O13](Mはアルカリ金属)の結晶粒
同士がアルカリ金属珪酸塩[M2SiO3]を介して結
合した球状粒子からなり、M2Ti6O13/M2Si
O3(モル比)は1/0.02〜1/0.5であること
を特徴としている。本発明の上記粉末は、TiO2また
は加熱によりTiO2を生成するチタン化合物、M2O
[式中、Mはアルカリ金属元素]又は加熱によりM2O
を生成するアルカリ金属化合物、およびSiO2または
加熱によりSiO2を生成する珪素化合物を、TiO2
/M2O/SiO2のモル比が、6/(1+x)/x[但
し、xは0.02〜0.5]となる割合に混合し、その
混合粉末の造粒粉を、700〜1300℃で焼成処理す
ることにより製造される。
ン酸アルカリ金属の結晶粒同士は強固に結合し、高い圧
壊強度を有する。これは、焼成過程で生成するアルカリ
金属珪酸塩(M2 SiO3 )が焼結助剤として六チタン
酸アルカリ金属結晶粒同士の結合を促進し、該珪酸塩は
いわばバインダの役目をなしていると考えられる。本発
明の球状六チタン酸アルカリ金属粉末について、M2 T
i6 O13/M2 SiO3 の量比を、1/0.02〜1/
0.5(モル比)の範囲に限定しているのは、1/0.
02から外れると、珪酸塩量の不足により、球状粒子を
構成する六チタン酸アルカリ金属の結晶粒間の結合強度
が低下し、他方1/0.5から逸脱すると、珪酸塩量が
過剰となり、六チタン酸アルカリ金属の材料特性が弱め
られるからである。上記量比(M2 Ti6 O13/M2 S
iO3 )は、原料粉末混合物を構成するチタン化合物,
アルカリ金属化合物および珪素化合物の配合量比により
高低任意に制御される。
ン化合物とアルカリ金属化合物と珪素化合物とを、Ti
O2 /M2 O/SiO2 のモル比が、6/(1+x)/
x〔但し、x=0.02〜0.5〕となるように配合
し、これを造粒し、焼成処理することにより製造され
る。その焼成処理において、原料粉末混合物中のTiO
2 とM2 Oは、TiO2 /M2 O=6の比率(モル比)
で反応して六チタン酸アルカリ金属〔M2 Ti6 O13〕
の結晶を生成し、残余のM2 OはSiO2 との反応によ
り、アルカリ金属珪酸塩(M2 SiO3 )を生成する。
従って、原料粉末混合物におけるTiO2 /M2 O/S
iO2 のモル比を、上記所定の範囲に調整しておくこと
により、生成する六チタン酸アルカリ金属とアルカリ金
属珪酸塩の量比(M2Ti6 O13/M2 SiO3 )は、
1/0.02〜1/0.5(モル比)に制御される。そ
の珪酸塩は、焼結助剤として六チタン酸アルカリ金属の
結晶粒同士の結合を促進する。
料粉末の調製に使用されるチタン化合物は、精製アナタ
ーゼ粉末,精製ルチル粉末等であり、またハロゲン化
物,硫酸塩,硝酸塩,水和物等を使用することもでき
る。また、アルカリ金属(Na,K,Rb,Li等)の
化合物は、酸化物,炭酸塩等が好ましく、この他に,硫
酸塩,硝酸塩,ハロゲン化合物,水酸化物等を使用する
こともできる。これらの粉末は、比較的微細な粒径、例
えば約1μm以下の微細粒度を有するものが好ましく使
用される。上記チタン化合物およびアルカリ金属化合物
に配合される珪素化合物は、酸化物,炭酸塩等であり、
この他に硫酸塩,硝酸塩,ハロゲン化合物,水酸化物等
を使用することもできる。
よび珪素化合物からなる原料粉末混合物は、これに適量
の水(例えば、粉末重量の約1〜3倍量)を加えてスラ
リーとし、湿式噴霧乾燥処理に付し、乾燥物として適度
の粒度を有する造粒粉を得、ついでこれを焼成処理す
る。焼成処理は、温度約700〜1300℃で行なうこ
とを要する。700℃を下限とするのは、それより低い
温度域では、六チタン酸アルカリ金属結晶の生成反応が
生起しないからである。好ましくは、800℃以上の温
度が適用される。1300℃を上限とするのは、それを
越えると、生成した六チタン酸アルカリ金属の結晶の溶
融を生じ、結果として製品粉末の球状粒子形態が損なわ
れるからである。
るい等の軽度の解砕処理に付すことにより、六チタン酸
アルカリ金属の結晶粒がアルカリ金属珪酸塩により強固
に結合した球状粒子からなる粉末が収得される。得られ
る粉末は、原料粉末混合物の造粒粉の粒子形態をほぼそ
のまま受け継ぎ、真球に近似した球形状を有している。
球状粒子からなる粉末の粒度は、粉末の用途・使用態様
等により異なるが、例えば約10〜100μm程度の粒
径のものが好適に使用される。その粒径は上記のように
原料粉末の造粒粉の粒径により制御することができる。
アルカリ金属炭酸塩(炭酸カリウム,炭酸ナトリウム)
の粉末,およびシリカ粉末を混合して出発原料とする。
なお、粉末粒度は、二酸化チタン化合物粉末:1μm以
下、アルカリ金属炭酸塩粉末:1μm以下,シリカ粉
末:10μm以下である。上記粉末混合物に、2倍量
(重量比)の水を添加してスラリーを調製した後、湿式
噴霧乾燥機(スプレードライヤー)で処理して造粒粉
(平均粒径:約45μm)を得る。造粒粉をアルミナる
つぼに入れ、電気炉内で焼成処理する(処理温度: 炭酸
カリウム使用の場合 1000 ℃, 炭酸ナトリウム使用の場
合 1100 ℃, 処理時間: いずれも2Hr)。焼成処理後、
反応生成物を振動ふるいにかけて解砕された粉末を得
る。
び得られた粉末のチタン酸アルカリ金属結晶相,粒径を
示す。表中、No. 1 〜3は発明例、No.11 および12は比
較例であり、比較例No.11 は、珪素化合物の配合が省略
された例、No.12 は、珪素化合物を配合しているが、配
合量が不足している例である。得られた粉末は、走査型
電子顕微鏡により、造粒粉の粒子形態と同様の真球に近
似した球状粒子であることが観察される。その粒子の平
均粒径は約40μmである。各供試粉末を圧縮試験(島
津製作所製「微小圧縮試験機MCTM」による)に付し、そ
れぞれの圧壊強度を測定し、表1の右欄に示す結果を得
た。表中、「圧壊強度(比)」欄の数値は、比較例No.1
1 (SiO2 分の配合なし)の強度を1とする比であ
る。
原料粉末に配合して製造された発明例の球状粉末(No.1
〜3) は、SiO2 分を含有しない比較例(No.11 )の
粉末に比し、圧壊強度が高く、球状粒子を構成する六チ
タン酸アルカリ金属結晶同士が高い結合強度を有してい
る。なお、比較例No.12 は、SiO2 分が配合されてい
るが、その量が不足しているため、圧壊強度は、比較例
No.11 のそれと同じレベルにとどまっている。
末は、その球状粒子を構成する六チタン酸アルカリ金属
結晶粒の結合強度が高く、ハンドリング工程での解砕・
粉化が軽減緩和され、また樹脂等の他材種に配合して複
合材料を構成する場合においては、その球状粒子形態が
安定に維持されることにより所期の配合効果が確保さ
れ、例えば自動車用ブレーキパッド等の制動部材の用途
において、改良された摩擦摩耗特性を得ることを可能と
するものである。
Claims (2)
- 【請求項1】TiO 2 又は加熱によりTiO 2 を生成す
るチタン化合物と、M 2 O[Mはアルカリ金属元素]又
は加熱によりM 2 Oを生成するアルカリ金属化合物と、
SiO 2 または加熱によりSiO 2 を生成する珪素化合
物との混合粉末からなる球状粒子の造粒粉を焼成処理す
ることにより製造される、六チタン酸アルカリ金属[M
2Ti6O13](Mはアルカリ金属)の結晶粒同士が
アルカリ金属珪酸塩[M2SiO3]を介して結合した
球状粒子からなり、M2Ti6O13/M2SiO
3(モル比)は1/0.02〜1/0.5であることを
特徴とする球状六チタン酸アルカリ金属粉末。 - 【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、M2 O〔式中,Mはアルカリ金属
元素〕または加熱によりM2 Oを生成するアルカリ金属
化合物、およびSiO2 または加熱によりSiO2 を生
成する珪素化合物を、TiO2 /M2 O/SiO2 のモ
ル比が、6/(1+x)/x〔但し、xは0.02〜
0.5〕となる割合に混合し、その混合粉末の造粒粉
を、700〜1300℃で焼成処理することを特徴とす
る請求項1に記載の球状六チタン酸アルカリ金属粉末の
製造方法。
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JP18872795A JP3393277B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 球状六チタン酸アルカリ金属粉末およびその製造方法 |
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JPH0940424A JPH0940424A (ja) | 1997-02-10 |
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