WO2021149498A1 - 複合酸化物粉末、摩擦材組成物、及び、摩擦材 - Google Patents

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WO2021149498A1
WO2021149498A1 PCT/JP2021/000334 JP2021000334W WO2021149498A1 WO 2021149498 A1 WO2021149498 A1 WO 2021149498A1 JP 2021000334 W JP2021000334 W JP 2021000334W WO 2021149498 A1 WO2021149498 A1 WO 2021149498A1
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mass
less
composite oxide
oxide powder
friction material
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卓二 鍋田
元希 ▲高▼瀬
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第一稀元素化学工業株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G25/00Compounds of zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09KMATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/14Anti-slip materials; Abrasives
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D69/00Friction linings; Attachment thereof; Selection of coacting friction substances or surfaces
    • F16D69/02Compositions of linings; Methods of manufacturing

Definitions

  • the present invention relates to a composite oxide powder, a friction material composition, and a friction material.
  • Brake pads are often used for braking automobiles. Conventionally, it has been the mainstream for brake pads to obtain desired performance by adding asbestos. However, in recent years, asbestos-free brake pads have been demanded due to the problem of environmental load, and are being actively researched and developed.
  • Patent Document 1 discloses a friction material containing a rare earth oxide as at least a part of the friction modifier in a friction material formed by bonding a fiber base material and a friction modifier with a thermosetting resin. .. Further, in Patent Document 1, as an effect, rare earth oxides such as CeO 2 , La 2 O 3 , and Y 2 O 3 have lower hardness than general abrasive materials such as alumina, and are less likely to cause deterioration. Therefore, it is disclosed that the aggression to the mating material can be reduced while obtaining a high and stable friction coefficient.
  • rare earth oxides such as CeO 2 , La 2 O 3 , and Y 2 O 3 have lower hardness than general abrasive materials such as alumina, and are less likely to cause deterioration. Therefore, it is disclosed that the aggression to the mating material can be reduced while obtaining a high and stable friction coefficient.
  • Patent Document 2 describes a friction material composition containing a binder, an organic filler, an inorganic filler, and a fiber base material, wherein the friction material composition does not contain copper as an element, and the inorganic filler is described.
  • ⁇ -alumina with an average particle size of 10 nm to 50 ⁇ m dolomite with an average particle size of 1 to 20 ⁇ m, calcium carbonate with an average particle size of 1 to 20 ⁇ m, magnesium carbonate with an average particle size of 1 to 20 ⁇ m, manganese dioxide with an average particle size of 1 to 20 ⁇ m, average
  • zinc oxide having a particle size of 10 nm to 1 ⁇ m
  • iron tetraoxide having an average particle size of 1.0 ⁇ m or less
  • zirconia having an average particle size of 5 to 50 nm.
  • Friction material compositions that are more than a species are disclosed. Further, in Patent Document 2, as an effect, when used as a friction material such as an automobile disc brake pad, fade resistance and high temperature abrasion resistance exceeding 500 ° C. are not required even if copper having a high environmental load is not used. It is disclosed that it is excellent.
  • Patent Document 3 describes a friction material composition containing a binder, an organic filler, an inorganic filler, and a fiber base material, which does not contain copper as an element in the friction material composition and has a plurality of convex shapes.
  • a friction material composition containing potassium titanate and zirconium silicate having an average particle size of 1 to 2.5 ⁇ m is disclosed. Further, Patent Document 3 discloses that, as an effect, it is excellent in wear resistance at high temperature and has less abnormal noise even if copper having a high environmental load is not used.
  • NAO brake pads non-asbestos organic brake pads
  • One of the weaknesses of NAO brake pads is the decrease in braking force (fade phenomenon) due to continuous use. If the ⁇ value drops significantly due to fading, it will lead to discomfort during braking. Further, in recent years, there has been a tendency to demand brake pads having a high ⁇ value, but there is a problem that the difference between the ⁇ value at the time of sudden braking and the ⁇ value at the time of light braking tends to be large by setting the high ⁇ value. appear.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a friction material as a friction material for a brake pad, which has excellent fade resistance and a high ⁇ value, but also has excellent friction stability. It is an object of the present invention to provide a composite oxide powder which makes it possible to obtain. Another object of the present invention is to provide a friction material composition containing the composite oxide powder. Another object of the present invention is to provide a friction material composed of a molded product of the friction material composition.
  • the present inventors have diligently studied the powder used for the friction material of the brake pad. As a result, surprisingly, when zirconia powder and alumina powder are mixed with ceria powder, melted and crushed, and the powder obtained is used as a friction material for brake pads, it has excellent fade resistance and a high ⁇ value. We have found that a friction material having excellent frictional stability can be obtained, and have completed the present invention.
  • the composite oxide powder according to the present invention is Contains cerium, zirconium, and aluminum
  • the specific surface area is 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less.
  • the cerium oxide (cerium) powder containing no zirconium or aluminum has excellent fade resistance, but cannot obtain a high ⁇ value and is also inferior in frictional stability. It was the result.
  • the composite oxide powder since a composite oxide powder containing zirconium and aluminum in addition to cerium and having a specific surface area of 5 m 2 / g or less is used, the composite oxide powder is used as a friction material for brake pads. Then, it becomes possible to obtain a friction material having excellent fade resistance and high ⁇ value, but also having excellent friction stability. This is also clear from the examples.
  • Patent Documents 1 to 3 do not disclose composite oxide powder containing the three elements of cerium, zirconium, and aluminum. Further, Patent Documents 1 to 3 do not disclose the problem and effect of having the three characteristics of excellent fade resistance, high ⁇ value, and excellent frictional stability.
  • the crystallite diameter is preferably in the range of 100 nm or more and 800 nm or less.
  • the crystallite diameter is 100 nm or more, sufficient crystal growth is achieved, and characteristics such as a high ⁇ value can be easily obtained.
  • the particle size D 50 is preferably 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the particle size D 50 is 0.5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less, characteristics such as a high ⁇ value can be more easily obtained.
  • the particle size D 99 is preferably 60 ⁇ m or less.
  • the single grain crushing strength is in the range of 50 N or more and 300 N or less.
  • the single grain crushing strength is 50 N or more, the strength of the particles is high, and characteristics such as a high ⁇ value can be obtained particularly easily.
  • the content of cerium is 60% by mass or more and 95% by mass or less in terms of oxide.
  • the zirconium content is in the range of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less in terms of oxide.
  • the aluminum content is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of oxide.
  • the cerium content is 60% by mass or more and 95% by mass or less in terms of oxide
  • the zirconium content is in the range of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less in terms of oxide
  • the aluminum content is When it is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of oxide, the ratio is suitable for obtaining characteristics such as a high ⁇ value.
  • the present inventors are high because the composite oxide powder has two crystal phases, a crystal phase in which zirconia and ceria are solid-solved and a crystal phase in which cerium and aluminum are contained. It is presumed that characteristics such as ⁇ value can be obtained.
  • the content of cerium is 60% by mass or more and 95% by mass or less in terms of oxide
  • the content of zirconium is in the range of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less in terms of oxide
  • aluminum is in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of oxide
  • the crystal phase in which zirconia and ceria are solid-dissolved and the crystal phase in which cerium and aluminum are contained are high. It is presumed that the ratio is suitable for obtaining characteristics such as ⁇ value.
  • the content of cerium is 65% by mass or more and 91% by mass or less in terms of oxide.
  • the zirconium content is in the range of 1% by mass or more and 27% by mass or less in terms of oxide.
  • the aluminum content is preferably in the range of 1% by mass or more and 8% by mass or less in terms of oxide.
  • the cerium content is 65% by mass or more and 91% by mass or less in terms of oxide
  • the zirconium content is in the range of 1% by mass or more and 27% by mass or less in terms of oxide
  • the aluminum content is oxide.
  • rare earth elements other than cerium it is preferable to contain rare earth elements other than cerium.
  • the crystal phase becomes stable and a higher ⁇ value can be obtained.
  • a rare earth element other than cerium is contained in the range of 0.1% by mass or more and 5% by mass or less in terms of oxide.
  • the rare earth element other than cerium is one or more selected from the group consisting of yttrium and lanthanum.
  • the crystal phase is stable and a high ⁇ value can be obtained.
  • alkaline earth elements may be contained.
  • it contains alkaline earth elements, it can be manufactured at low cost, although its stability is slightly inferior to that of rare earths such as yttria.
  • the composite oxide powder When used as a friction material for brake pads, it is suitable for use as a friction material because a friction material having excellent fade resistance and a high ⁇ value but also excellent friction stability can be obtained. can.
  • the friction material composition according to the present invention contains a friction modifier, a fiber base material, and a binder.
  • the friction modifier contains the composite oxide powder.
  • the composite oxide powder is contained as a friction modifier, when the friction material composition is molded and used as a friction material for brake pads, it has excellent fade resistance and a high ⁇ value. However, it is possible to obtain a friction material having excellent friction stability.
  • the content of the composite oxide powder is preferably in the range of 5% by mass or more and 20% by mass or less when the entire friction material composition is taken as 100% by mass.
  • the content of the composite oxide powder is in the range of 5% by mass or more and 20% by mass or less when the entire friction material composition is 100% by mass, characteristics such as a high ⁇ value can be more easily obtained. be able to.
  • the friction material according to the present invention is characterized in that it is composed of a molded body of the friction material composition.
  • the first fade test measured under the following measurement condition A was carried out 9 times according to the standard JASO C406 of the Society of Automotive Engineers of Japan, and the maximum coefficient of friction was shown at the obtained behavior peak.
  • the average value of the value ⁇ value and the minimum value ⁇ value is calculated, and the average value is preferably 0.20 ⁇ or more.
  • the ground joint ⁇ value which is the average value of the friction coefficients measured under the following measurement condition B according to the Japanese Automotive Standards Organization JASO C406, is 0.40 or more.
  • the average value of the friction coefficient at 8 times of measurement in the second efficacy test measured under the following measurement condition C is defined as the friction coefficient X in accordance with the Japanese Automotive Standards Organization JASO C406.
  • the average value of the friction coefficient in the second efficacy test measured under the following measurement condition D is defined as the friction coefficient Y in accordance with the Japanese Automotive Standards Organization JASO C406.
  • the difference in friction coefficient [(friction coefficient X)-(friction coefficient Y)] is preferably 0.12 or less.
  • a composite oxide powder that, when used as a friction material for brake pads, makes it possible to obtain a friction material having excellent fade resistance, a high ⁇ value, and excellent friction stability. can do. Further, it is possible to provide a friction material composition containing the composite oxide powder. Further, it is possible to provide a friction material composed of a molded body of the friction material composition.
  • zirconia zirconium oxide
  • an impurity metal compound unavoidable impurity
  • the composite oxide powder according to this embodiment is Contains cerium, zirconium, and aluminum
  • the specific surface area is 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less.
  • the composite oxide powder according to the present embodiment contains zirconium and aluminum in addition to cerium and has a specific surface area of 5 m 2 / g or less, the composite oxide powder is used as a friction material for the brake pad. When used in, it is possible to obtain a friction material having excellent fade resistance, a high ⁇ value, and excellent friction stability. This is also clear from the examples.
  • the composite oxide powder according to the present embodiment contains cerium (Ce), zirconium (Zr), and aluminum (Al) as a whole, and is formed as a composite of a plurality of types of oxides.
  • a complex of a plurality of types of oxides means a composite of two or more oxides having different composition ratios.
  • the composite oxide powder according to this embodiment is not a mixture of ceria (cerium oxide), zirconia (zirconium dioxide), and alumina (aluminum oxide).
  • the content of cerium contained in the composite oxide powder is preferably 60% by mass or more in terms of oxide, more preferably 65% by mass or more, further preferably 68% by mass or more, particularly preferably 70% by mass or more, 72. Mass% or more is particularly preferable.
  • the content of cerium contained in the composite oxide powder is preferably 95% by mass or less, more preferably 92% by mass or less, further preferably 91% by mass or less, particularly preferably 90% by mass or less, and 88% by mass in terms of oxide. 50% by mass or less is particularly preferable.
  • the composite oxide powder according to the present embodiment contains cerium oxide
  • reduction of the friction material can be suppressed by supplying oxygen by changing the valence of cerium oxide.
  • the reduction of the friction material can be further suppressed.
  • the friction material is an oxide
  • oxygen is deprived in a strongly reducing atmosphere and the hardness may decrease.
  • cerium oxide since cerium oxide is contained, the decrease in hardness due to the reduction of the friction material is suppressed. Will be done.
  • the content of zirconium contained in the composite oxide powder is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, further preferably 3% by mass or more, and particularly preferably 4% by mass or more in terms of oxide. 5, 5% by mass or more is particularly preferable.
  • the content of zirconium contained in the composite oxide powder is preferably 30% by mass or less, more preferably 27% by mass or less, further preferably 23% by mass or less, particularly preferably 15% by mass or less in terms of oxide, and 10% by mass or less. 50% by mass or less is particularly preferable.
  • the content of aluminum contained in the composite oxide powder is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, further preferably 2% by mass or more, and particularly preferably 3% by mass or more in terms of oxide. ..
  • the content of aluminum contained in the composite oxide powder is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, further preferably 7% by mass or less, and particularly preferably 6% by mass or less in terms of oxide. 50% by mass or less is particularly preferable.
  • the content of cerium, zirconium, and aluminum contained in the composite oxide powder is such that the content of cerium is 60% by mass or more and 95% by mass or less in terms of oxide, and the content of zirconium is equivalent to oxide. It is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 30% by mass or less, and the content of aluminum is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in terms of oxide.
  • the cerium content is 65% by mass or more and 91% by mass or less in terms of oxide
  • the zirconium content is in the range of 1% by mass or more and 27% by mass or less in terms of oxide
  • the aluminum content is It is more preferably in the range of 1% by mass or more and 8% by mass or less in terms of oxide.
  • the ratio is suitable for obtaining characteristics such as a high ⁇ value.
  • the composite oxide powder may contain rare earth elements other than cerium.
  • a rare earth element other than cerium is contained, the crystal phase is stabilized and a higher ⁇ value can be obtained.
  • rare earth elements other than cerium include scandium, ytterbium, lantern, praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, and lutetium.
  • the rare earth element other than cerium contained in the composite oxide powder may be one kind or two or more kinds.
  • the rare earth element other than cerium is preferably one or more selected from the group consisting of yttrium and lanthanum, and yttrium is particularly preferable. When yttrium and lanthanum are contained, particularly when yttrium is contained, the crystal phase is more stable and the ⁇ value can be further increased.
  • the content of rare earth elements other than cerium is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more in terms of oxide, when the total amount of the composite oxide powder is 100% by mass.
  • the content of rare earth elements other than cerium is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and further preferably 3% by mass or less in terms of oxide, when the total amount of the composite oxide powder is 100% by mass. ..
  • a rare earth element other than cerium is contained in the range of 0.1% by mass or more and 5% by mass or less in terms of oxide, the crystal phase becomes more stable and a higher ⁇ value can be obtained.
  • the composite oxide powder may contain other elements as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the other elements include alkaline elements, alkaline earth elements, and transition metal elements.
  • the specific surface area of the composite oxide powder is 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less.
  • the specific surface area is preferably 1 m 2 / g or more, more preferably 1.5 m 2 / g or more, further preferably 1.8 m 2 / g or more, and 2 m 2 / g or more. It is particularly preferable to have.
  • the specific surface area is preferably 4.5 m 2 / g or less, more preferably 4 m 2 / g or less, still more preferably 3.5 m 2 / g or less, and 3.2 m 2 / g. It is particularly preferable that it is less than or equal to 3 m 2 / g or less.
  • the composite oxide powder can easily be a molten solidified product having desired crystallinity and strength. Due to the characteristics of the manufacturing method, the melt-solidified product may include a semi-melt-solidified product.
  • the method for obtaining the composite oxide powder having the specific surface area include a method in which zirconia powder and alumina powder are mixed with ceria powder, melted and pulverized.
  • the specific surface area of the composite oxide powder refers to a value obtained by the method described in Examples.
  • the crystallite diameter of the composite oxide powder is preferably in the range of 100 nm or more and 800 nm or less.
  • the crystallite diameter is more preferably 200 nm or more, further preferably 300 nm or more, and particularly preferably 350 nm or more.
  • the crystallite diameter is more preferably 700 nm or less, further preferably 650 nm or less, and particularly preferably 600 nm or less.
  • the crystallite diameter is 100 nm or more, sufficient crystal growth is achieved, and characteristics such as a high ⁇ value can be easily obtained. On the other hand, it is not necessary to excessively promote crystal growth.
  • the crystallite diameter is preferably 800 nm or less.
  • the crystallite diameter is calculated by applying the measurement result of the peak of 2 ⁇ of 40 ° to 42 ° in the XRD measurement to the following Scherrer equation.
  • Dp (K ⁇ ⁇ ) / ⁇ cos ⁇
  • is the wavelength of the X-ray
  • is the diffraction angle
  • K is a constant called a scherrer equation
  • is the peak width after correcting the spread of the diffraction line by the apparatus.
  • the peak with 2 ⁇ of 40 ° to 42 ° is a peak derived from (111) of CeAlO 3. Details of the XRD measurement conditions are as described in the examples. Examples of the method for obtaining the composite oxide powder having a crystallite diameter include a method in which zirconia powder and alumina powder are mixed with ceria powder, melted and pulverized.
  • the composite oxide powder contains cerium, zirconium, and aluminum as a whole, and is formed as a composite of a plurality of types of oxides.
  • Each oxide constituting the complex need only contain at least one of cerium, zirconium, and aluminum, and does not have to contain all three.
  • the complex may further contain oxides other than cerium, zirconium and aluminum as part of the complex.
  • the complex may contain a compound (element) other than an oxide as a part of the complex.
  • the composite oxide powder is a composite containing an oxide containing cerium and zirconia (hereinafter, also referred to as crystal phase A) and an oxide containing cerium and aluminum (hereinafter, also referred to as crystal phase B).
  • the crystal phase A is a solid solution of zirconia in ceria and does not have a specific composition formula.
  • the composition formula of the crystal phase B is CeAlO 3 .
  • the composite oxide powder contains a rare earth element other than cerium
  • an oxide corresponding to the amount of the rare earth element other than cerium added is contained as a part of the composite.
  • the composite oxide powder contains yttrium and lanthanum as rare earth elements other than cerium, they are solid-solved in ceria and zirconia.
  • the particle size D 50 of the composite oxide powder is preferably 20 ⁇ m or less.
  • the particle size D 50 is more preferably 0.8 ⁇ m or more, further preferably 1 ⁇ m or more, particularly preferably 1.5 ⁇ m or more, particularly preferably 2 ⁇ m or more, and particularly preferably 2.3 ⁇ m or more.
  • the particle size D 50 is more preferably 15 ⁇ m or less, further preferably 10 ⁇ m or less, particularly preferably 7 ⁇ m or less, particularly preferably 5 ⁇ m or less, and particularly preferably 4 ⁇ m or less.
  • the particle size D 90 of the composite oxide powder is preferably 25 ⁇ m or less.
  • the particle size D 90 is more preferably 3 ⁇ m or more, further preferably 5 ⁇ m or more, and particularly preferably 6.5 ⁇ m or more.
  • the particle size D 90 is more preferably 21 ⁇ m or less, further preferably 15 ⁇ m or less, particularly preferably 10 ⁇ m or less, and particularly preferably 8 ⁇ m or less.
  • characteristics such as a high ⁇ value can be obtained more easily.
  • the particle size D 99 of the composite oxide powder is preferably 60 ⁇ m or less.
  • the particle size D 99 is more preferably 50 ⁇ m or less, further preferably 48 ⁇ m or less, particularly preferably 20 ⁇ m or less, and particularly preferably 15 ⁇ m or less.
  • the particle size D 99 is preferably 5 ⁇ m or more, more preferably 7 ⁇ m or more, still more preferably 10 ⁇ m or more, and particularly preferably 11 ⁇ m or more.
  • characteristics such as a high ⁇ value can be obtained more easily.
  • the particle size D 50, the particle size D 90 , and the particle size D 99 of the composite oxide powder refer to the values obtained by the method described in the examples.
  • the particle size D 50 , the particle size D 90 , and the particle size D 99 described in the present specification are measured on a volume basis, and the particle size D 50 is the minimum measured by a laser diffraction method.
  • the particle size is 50% of the cumulative value from the particle size, and the particle size D 90 is the particle size of 90% of the minimum particle size measured by the laser diffraction method.
  • the particle size D 99 is the laser. It is a particle size that corresponds to a cumulative value of 99% from the minimum particle size value measured by the diffraction method.
  • zirconia powder and alumina powder are mixed with ceria powder, melted, and pulverized to obtain a composite oxide. Examples thereof include a method of controlling the crushing conditions when obtaining the powder.
  • the single grain crushing strength of the composite oxide powder is preferably in the range of 50 N or more and 300 N or less.
  • the single grain crushing strength is more preferably 70 N or more, further preferably 80 N or more, particularly preferably 90 N or more, particularly preferably 100 N or more, and particularly preferably 110 N or more.
  • the upper limit of the single grain crushing strength is not particularly limited, but the single grain crushing strength can be 250N or less, 230N or less, 210N or less, 190N or less, 180N or less, and the like.
  • the single grain crushing strength is measured with the particles before crushing. As the particles before pulverization, those having a particle diameter in the range of 2.36 mm to 2.80 mm are used.
  • the particles having the particle size can be obtained by using a commercially available sieve.
  • the number of measured pieces is 50, and the average value is taken as the single grain crushing strength.
  • a tensile compression tester is used as the measuring device. Specifically, SV-201-NSL manufactured by Imada Seisakusho Co., Ltd. is used as the tensile compression tester.
  • the loading speed is 0.50 mm / min.
  • the details of the method for measuring the single grain crush strength are as described in Examples. Examples of the method for obtaining the composite oxide powder having the single grain crushing strength include a method in which zirconia powder and alumina powder are mixed with ceria powder, melted and pulverized.
  • the true specific gravity of the composite oxide powder is preferably 6.0 g / cm 3 or more and 7.2 g / cm 3 or less.
  • the true specific gravity is preferably 6.3 g / cm 3 or more, more preferably 6.5 g / cm 3 or more, and further preferably 6.7 g / cm 3 or more.
  • the true specific gravity is preferably 7.1 g / cm 3 or less, more preferably 7.0 g / cm 3 or less, and further preferably 6.9 g / cm 3 or less.
  • the true specific density refers to a value measured in accordance with JIS Z8807: 2012.
  • Examples of the method for obtaining the composite oxide powder having a true specific gravity include a method in which zirconia powder and alumina powder are mixed with ceria powder, melted and pulverized.
  • the composite oxide powder according to this embodiment has been described above.
  • the method for producing the composite oxide powder according to the present embodiment is Step 1 to prepare the starting material and Step 2 of melting the starting raw material by giving a predetermined amount of heat to the starting raw material, Step 3 of cooling the melt obtained in the above step 2 to form an ingot, and Step 4 of crushing the ingot obtained in the above step 3 into powder, and
  • the step 5 includes heating the powder obtained in the step 4 in an atmosphere of 400 to 1100 ° C.
  • a starting material is prepared. Specifically, for example, a cerium raw material, a zirconium raw material, and an aluminum raw material are prepared.
  • the cerium raw material is a material for mainly introducing a cerium element into a composite oxide powder.
  • "Introducing mainly cerium element into composite oxide powder” means introducing more (more than equimolar) than other elements (rare earth elements other than zirconium, aluminum and cerium). That is, the cerium raw material may contain rare earth elements other than zirconium, aluminum, and cerium as long as the amount (small number of moles) is smaller than that of the cerium element.
  • the cerium raw material is not particularly limited, but preferably contains cerium oxide. Cerium oxide can be synthesized from various raw materials such as nitrates, carbonates, sulfates, acetates, chlorides and bromides.
  • the cerium raw material may be a composite oxide of cerium, zirconium and aluminum.
  • the cerium raw material may contain compounds such as nitrates, carbonates, sulfates, chlorides and bromides of cerium.
  • the cerium raw material may contain compounds such as zirconium nitrate, carbonate, sulfate, chloride and bromide.
  • the zirconium raw material is a material for mainly introducing a zirconium element into a composite oxide powder. "Introducing mainly zirconium element into composite oxide powder” means introducing more (introducing more than equimolar) as compared with other elements (cerium, aluminum, rare earth elements other than cerium). That is, the zirconium raw material may contain rare earth elements other than zirconium, aluminum, and cerium as long as the amount (small number of moles) is smaller than that of the zirconium element.
  • the zirconium raw material is not particularly limited, and for example, various zirconium-based materials such as baddeleyite, desilicate zirconia, and zirconium oxide, and other zirconium materials containing zirconium oxide can be used.
  • Zirconium oxide can be synthesized from various raw materials such as nitrates, carbonates, sulfates, acetates, chlorides and bromides.
  • the zirconium raw material may contain a composite oxide of zirconium and at least one element of cerium and a rare earth element other than cerium.
  • the zirconium raw material may contain compounds such as cerium nitrate, carbonate, sulfate, chloride and bromide.
  • the zirconium raw material may contain compounds such as zirconium nitrate, carbonate, sulfate, chloride and bromide. As the zirconium raw material, it is desirable to use a raw material that does not contain a radioactive element.
  • the aluminum raw material is a material for mainly introducing an aluminum element into a composite oxide powder.
  • "Introducing mainly aluminum element into composite oxide powder” means introducing more (introducing more than equimolar) as compared with other elements (cerium, zirconium, rare earth elements other than cerium). That is, the aluminum raw material may contain rare earth elements other than cerium, zirconium, and cerium as long as the amount is smaller than that of the aluminum element (small number of moles).
  • the aluminum raw material is not particularly limited, but preferably contains aluminum oxide.
  • Aluminum oxide can be synthesized from various raw materials such as nitrates, carbonates, sulfates, acetates, chlorides and bromides.
  • the aluminum raw material may be a composite oxide of zirconium and at least one element of cerium and a rare earth element other than cerium.
  • the aluminum raw material may contain compounds such as cerium nitrate, carbonate, sulfate, chloride and bromide.
  • the aluminum raw material may contain compounds such as zirconium nitrate, carbonate, sulfate, chloride and bromide.
  • a raw material containing a rare earth element other than cerium (hereinafter, also referred to as “third element raw material”) may be prepared as a raw material.
  • the third element raw material is a material for mainly introducing a rare earth element other than cerium (hereinafter, also referred to as “third element”) into the composite oxide powder.
  • "Introducing the third element mainly into the composite oxide powder” means introducing more (introducing more than equimolar) as compared with other elements (cerium, zirconium, aluminum). That is, the third element raw material may contain cerium, zirconium, and aluminum as long as the amount (small number of moles) is smaller than that of the third element.
  • Itria is preferable as the third element.
  • Itria (yttrium oxide) can be synthesized from various raw materials such as nitrates, carbonates, sulfates, acetates, chlorides and bromides.
  • the “step 1 for preparing the raw material” refers to the material for introducing the cerium element, the material for introducing the zirconium element, and the material for introducing the aluminum element in this step 1. Is finally prepared as a whole, and it is not necessary to clearly distinguish between the cerium raw material, the zirconium raw material, and the aluminum raw material.
  • each of the raw materials of the cerium raw material, the zirconium raw material, the aluminum raw material, and the third element raw material contains other substances as long as the characteristics of the composite oxide powder are not impaired. May be. Examples of other substances include nitrates, carbonates, sulfates, chlorides, bromides, etc. of cerium and zirconium, as described above. Further, as other substances, an alkaline element, an alkaline earth element, a transition metal element and the like may be contained.
  • alkaline earth elements are preferable.
  • the composite oxide powder contains an alkaline earth element, it can be produced at low cost, although its stability is slightly inferior to that of rare earth elements such as yttria.
  • the alkaline earth element Ca, Mg, Sr and Ba are preferable, Ca, Mg and Sr are more preferable, Ca and Mg are further preferable, and Ca is particularly preferable.
  • Ca is a cheap raw material, but it is also relatively easy to dissolve in zirconia, which makes it easy to manufacture.
  • each raw material is blended so that the contents of cerium, zirconium, and aluminum are within a predetermined range.
  • the starting raw material is melted by giving a predetermined amount of heat to the starting raw material.
  • step 2 it is preferable to melt all the raw materials.
  • the starting raw materials may be given a calorific value so that the temperature becomes higher than the highest melting point among the melting points of the various raw materials contained in the starting raw materials.
  • the step 2 is not limited to this example, and for example, at least one of a cerium raw material, a zirconium raw material, and an aluminum raw material may be melted.
  • the method for melting the starting raw material is not particularly limited, and examples thereof include melting methods such as an arc type and a high-frequency thermal plasma type. Above all, it is preferable to adopt a general electric melting method, that is, a melting method using an arc-type electric furnace (melting device).
  • heat may be applied with an electric power of 100 to 1000 kWh / kg in terms of electric power basic unit.
  • the starting raw material can be raised to a temperature exceeding the highest melting point among the melting points of various raw materials contained in the starting raw material, and a melt of the starting raw material can be obtained.
  • a predetermined amount of coke or the like is added as a conductive material to the starting raw material in advance in order to promote the initial energization of the starting material before performing the heating step (step 2). May be good.
  • the amount of coke added and the like can be appropriately determined according to the mixing ratio of each raw material used in step 1.
  • the atmosphere at the time of melting the starting material in step 2 is not particularly limited, and an atmosphere of an inert gas such as argon or helium can be adopted in addition to the atmosphere of air and nitrogen.
  • the pressure at the time of melting is not particularly limited, and may be atmospheric pressure, pressurization, or depressurization, but is usually performed under atmospheric pressure.
  • the melt obtained in step 2 is cooled (preferably slowly cooled) to form an ingot.
  • the method for forming the ingot is not particularly limited, and for example, when the melting in step 2 is performed in an electric furnace, a method of attaching a carbon lid to the electric furnace and slowly cooling it over 10 to 60 hours can be mentioned. Be done.
  • the slow cooling time is preferably 20 to 50 hours, more preferably 30 to 45 hours, and even more preferably 35 to 40 hours.
  • the melt when the melt is slowly cooled, for example, it may be allowed to cool in the atmosphere so that the temperature of the melt is 100 ° C. or lower, preferably 50 ° C. or lower.
  • the temperature of the melt may drop sharply by heating the melt during the slow cooling step as appropriate. You can avoid it.
  • the elements contained in the raw material are likely to be uniformly combined with each other.
  • the ingot obtained in step 3 is crushed into powder.
  • the method of crushing the ingot is not particularly limited, but a method of crushing with a crusher such as a jaw crusher or a roll crusher is exemplified.
  • the crushing may be performed by using a plurality of crushers in combination.
  • the average particle size of the crushed powder may be 3 mm or less, and if necessary, 1 mm or less, in consideration of the handleability of the powder in the subsequent step.
  • classification may be performed, and for example, it is possible to collect powder having a desired average particle size using a sieve or the like.
  • the powder obtained in step 4 is heated in an atmosphere of 400 to 1100 ° C. Before the heating, it is preferable to magnetically dress the powder to separate impurities and the like. Then, the powder may be heated in an atmosphere of 400 to 1100 ° C. using an electric furnace or the like. By this heating, the powder is heated and fired, and the suboxide generated in the melting step in step 3 and the strain in the crystal generated by supercooling can be removed.
  • the heating temperature is preferably 400 ° C. to 1000 ° C., more preferably 600 ° C. to 800 ° C., and in any case, the suboxide and the strain in the crystal are easily removed.
  • the heating time is not particularly limited, but can be, for example, 1 to 5 hours, preferably 2 to 3 hours.
  • the heating may be performed in an atmosphere or an oxygen atmosphere. From the above, a solid or powdery composite oxide can be obtained. When a powdery composite oxide is obtained, it may be used as the composite oxide powder according to the present embodiment.
  • the solid or powdered composite oxide obtained in the above step 5 may be further finely pulverized by a pulverizer such as a planetary mill, a ball mill, or a jet mill. Fine pulverization may be appropriately performed depending on the intended use of the composite oxide. When finely pulverized, the composite oxide may be treated with the above pulverizer for about 5 to 30 minutes. When the composite oxide is finely pulverized, the average particle size of the composite oxide is preferably in the above range. From the above, the composite oxide powder according to the present embodiment can be obtained.
  • the friction material composition according to the present embodiment contains a friction modifier, a fiber base material, and a binder, and contains the composite oxide powder as the friction modifier. Since the composite oxide powder is contained as a friction modifier, when the friction material composition is molded and used as a friction material for brake pads, it has excellent fade resistance and has a high ⁇ value, but also has friction stability. It is possible to obtain an excellent friction material.
  • the friction modifier includes an inorganic filler and an organic filler.
  • the inorganic filler is added for the purpose of avoiding deterioration of heat resistance of the friction material, improving wear resistance, improving friction coefficient, improving lubricity, and the like.
  • the inorganic filler contains the composite oxide powder.
  • the content of the composite oxide powder in the friction material composition is preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less, preferably 7% by mass or more, assuming that the entire friction material composition is 100% by mass. It is more preferably 15% by mass or less.
  • the content of the composite oxide powder is in the range of 5% by mass or more and 20% by mass or less when the entire friction material composition is 100% by mass, characteristics such as a high ⁇ value can be more easily obtained. be able to.
  • the inorganic filler includes, for example, tin sulfide, bismuth sulfide, molybdenum disulfide, iron sulfide, antimony trisulfide, zinc sulfide, calcium hydroxide, calcium oxide, sodium carbonate, and barium sulfate.
  • Coke mica, vermiculite, calcium sulfate, talc, clay, zeolite, mullite, chromate, titanium oxide, magnesium oxide, silica, graphite, mica, dolomite, calcium carbonate, magnesium carbonate, granular or plate-like titanate, silicic acid Calcium, manganese dioxide, zinc oxide, iron tetraoxide, PTFE (polytetrafluoroethylene) and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
  • granular or plate-shaped titanate potassium hexatitanate, potassium octatate, lithium titanate, magnesium magnesium titanate, sodium titanate and the like can be used.
  • the content of the inorganic filler in the friction material composition (content of the entire inorganic filler including the composite oxide powder) is 20 to 70 mass by mass when the entire friction material composition is 100% by mass. %, More preferably 30 to 65% by mass, and particularly preferably 35 to 60% by mass.
  • the organic filler is added for friction adjustment to improve the sound vibration performance and wear resistance of the friction material.
  • the organic filler is not particularly limited as long as it can exhibit the above performance, and a commonly used organic filler is used.
  • cashew dust and rubber components can be mentioned.
  • the cashew dust is obtained by crushing a hardened cashew nut shell oil.
  • the rubber component include tire rubber, acrylic rubber, isoprene rubber, NBR (nitrile butadiene rubber), SBR (styrene butadiene rubber), chlorinated butyl rubber, butyl rubber, silicone rubber, and the like, and are selected from these 1 Species or a combination of two or more can be used.
  • the content of the organic filler in the friction material composition is preferably 1 to 25% by mass, preferably 1 to 10% by mass, assuming that the entire friction material composition is 100% by mass.
  • the elastic modulus of the friction material becomes high, and deterioration of sound vibration performance such as brake squeal can be effectively suppressed, and further deterioration of heat resistance and heat can be suppressed. It is possible to effectively suppress the decrease in strength due to history.
  • Fiber base material exhibits a reinforcing action in the friction material.
  • organic fibers, inorganic fibers, metal fibers, carbon-based fibers and the like which are usually used as a fiber base material, can be used, and these can be used alone or in combination of two or more. can.
  • organic fiber As the organic fiber, aramid fiber, cellulose fiber, acrylic fiber, phenol resin fiber and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
  • inorganic fiber ceramic fiber, biodegradable ceramic fiber, mineral fiber, glass fiber, silicate fiber and the like can be used, and one kind or a combination of two or more kinds can be used.
  • the metal fiber is not particularly limited as long as it is usually used as a friction material, and is, for example, a metal or alloy such as aluminum, iron, cast iron, zinc, tin, titanium, nickel, magnesium, silicon, copper, and brass. (However, copper is preferably 5% or less in order to comply with the regulations of 2020).
  • carbon-based fiber flame-resistant fiber, pitch-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, activated carbon fiber and the like can be used, and these can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the fiber base material in the friction material composition is preferably 5 to 40% by mass, preferably 5 to 20% by mass, assuming that the entire friction material composition is 100% by mass. Is more preferable, and 5 to 15% by mass is particularly preferable.
  • the binder has a function of binding and integrating each material constituting the friction material composition to improve the strength as a friction material (brake friction material).
  • thermosetting resin can be used as a commonly used binder.
  • thermosetting resin examples include epoxy resin; acrylic resin; silicon resin; thermosetting fluororesin; phenol resin; acrylic elastomer-dispersed phenolic resin, silicon elastomer-dispersed phenolic resin, and other various elastomer-dispersed phenolic resins; acrylic.
  • examples thereof include a modified phenol resin, a silicon-modified phenol resin, a cashew-modified phenol resin, an epoxy-modified phenol resin, and an alkylbenzene-modified phenol tree, which can be used alone or in combination of two or more.
  • it is preferable to use a phenol resin, an acrylic-modified phenol resin, a silicon-modified phenol resin, or an alkylbenzene-modified phenol resin which can obtain excellent heat resistance, moldability, and friction coefficient.
  • the content of the binder in the friction material composition is preferably 3 to 20% by mass, preferably 5 to 10% by mass, based on 100% by mass of the entire friction material composition. More preferred. Within this range, the strength of the friction material can be maintained high, the porosity of the friction material is reduced, and the deterioration of sound vibration performance such as brake squeal due to the high elastic modulus is more effectively suppressed. can.
  • the friction material composition can be obtained by blending each of the above components and, if necessary, an arbitrary component in a predetermined ratio.
  • the step of pulverizing and mixing the respective components and the optional components in a dispersion medium with a ball mill or the like for a predetermined time, drying to remove the dispersion medium, and sizing using a sieve or the like may be included. preferable.
  • the friction material according to the present embodiment is composed of a molded body of the friction material composition.
  • the friction material can be obtained by molding the friction material composition and, if necessary, sintering it.
  • a known ceramic molding method and sintering method can be used.
  • the molding method include dry molding methods such as uniaxial pressure molding and cold hydrostatic molding.
  • injection molding, extrusion molding, slurry casting, pressure casting, rotary casting, doctor blade method and the like can also be applied.
  • the sintering method include an atmosphere sintering method, a reaction sintering method, a normal pressure sintering method, and a thermal plasma sintering method.
  • the sintering temperature and the holding time at the sintering temperature can be appropriately set according to the raw materials used.
  • sintering may be performed in the atmosphere or in an inert gas such as nitrogen gas or argon gas, or carbon monoxide gas, hydrogen gas or the like. It may be carried out in a reducing gas. Further, it may be performed in a vacuum. Further, it may be sintered while pressurizing.
  • the friction material according to the present embodiment can be obtained by performing processing such as cutting, grinding, and polishing as necessary.
  • the friction material can be laminated and integrated with a metal back plate such as iron to form a brake pad including the friction material and the back plate. Further, it can also be thermoformed together with the friction material composition to obtain a brake pad including the friction material and the back plate.
  • the friction material was subjected to the first fade test measured under the following measurement condition A nine times in accordance with the Japanese Automotive Standards Organization JASO C406, and the maximum friction coefficient was shown at the obtained behavior peak.
  • the average value of the value ⁇ value and the minimum value ⁇ value is calculated, and the average value is preferably 0.20 ⁇ or more, more preferably 0.22 ⁇ or more, and further preferably 0.24 ⁇ or more. , 0.25 ⁇ or more is particularly preferable, 0.27 ⁇ or more is particularly preferable, and 0.28 ⁇ or more is particularly preferable. The higher this value, the more the discomfort during braking can be reduced. The larger the average value of the friction coefficient is, the more preferable it is.
  • the friction material preferably has a ground joint ⁇ value of 0.40 or more, which is an average value of friction coefficients measured under the following measurement condition B according to the standard JASO C406 of the Society of Automotive Engineers of Japan, and is 0.405 or more. More preferably, it is more preferably 0.41 or more, 0.42 or more is particularly preferable, 0.43 or more is particularly preferable, and 0.44 or more is particularly preferable. The larger the adjusted ⁇ value is, the more preferable it is. For example, 0.6 or less, 0.55 or less, 0.53 or less and the like can be mentioned. When the ground joint ⁇ value is 0.40 or more, a stronger braking force can be obtained with less pressing.
  • the average value of the friction coefficient after 8 measurements in the second efficacy test measured under the following measurement condition C is defined as the friction coefficient X in accordance with the JASO C406 standard of the Society of Automotive Engineers of Japan, and the standard of the Society of Automotive Engineers of Japan.
  • the difference in friction coefficient [(friction coefficient X)- (Friction coefficient Y)] is preferably 0.12 or less, more preferably 0.11 or less, further preferably 0.10 or less, particularly preferably 0.09 or less, and 0. 08 or less is particularly preferable, and 0.05 or less is particularly preferable.
  • the difference [(friction coefficient X) ⁇ (friction coefficient Y)] of the friction coefficient is 0.12 or less, the discomfort during braking can be further reduced.
  • the composite oxide powder, the friction material composition, and the friction material in Examples and Comparative Examples contain 1.3 to 2.5% by mass of hafnium oxide as an unavoidable impurity with respect to zirconium oxide (the following formula (the following formula)). Calculated in Z). ⁇ Formula (Z)> ([Mass of hafnium oxide] / ([Mass of zirconium oxide] + [Mass of hafnium oxide])) ⁇ 100 (%)
  • Example 1 ⁇ Preparation of composite oxide powder> High-purity cerium oxide (purity 99.9%, manufactured by Mitsuwa Chemicals), high-purity zirconium oxide (purity 99.9%, manufactured by Daiichi Rare Element Chemical Industry), and high-purity aluminum oxide (purity 98.0%). , Made by Nippon Light Metal) was mixed so as to be uniform according to the blending ratio shown in Table 1.
  • the collected powder was heat-treated in order to remove the suboxide generated in the melting process and the strain in the crystal due to supercooling.
  • the heat treatment was carried out in the air using an electric furnace at 600 ° C. for 3 hours.
  • a planetary mill manufactured by Fritsch Japan Co., Ltd., device name: PULVERISETTE 6
  • it was pulverized under the following conditions.
  • the obtained friction material composition was preformed by a forming press (Preform machine).
  • the resulting premold was thermoformed with an iron pack plate.
  • the thermoforming conditions were a friction surface of 155 ° C., a B / P side of 160 ° C., a medium size of 140 ° C., and a molding pressure of 500 kg / cm 2 .
  • the degassing conditions were 8 times for the friction surface (300 seconds in total) and 8 times for 10 seconds on the B / P side.
  • a thermoforming press manufactured by Marushichi Co., Ltd., product name: MA250 type
  • the obtained molded product was heat-treated.
  • the heat treatment conditions, temperature 250 ° C., and the pressure was 5 kg / cm 2, 5 hours. From the above, a laminate of the back plate and the molded body (friction material) of the friction material composition was obtained.
  • Example 2 to 11 Preparation of composite oxide powder, friction material composition, friction material and brake pads> The composite oxide powder, friction material composition, friction material and brake pad according to Examples 2 to 11 in the same manner as in Example 1 except that the mixing ratio of the starting material was changed to the mixing ratio shown in Table 1.
  • Got Y 2 O 3 shown in Table 1 is high-purity yttrium oxide (purity 99.99%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and La 2 O 3 is high-purity lanthanum oxide (purity 99.9%).
  • Wako Pure Chemical Industries, Ltd., and CaO is high-purity calcium oxide (purity 99.0%, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.).
  • Comparative Example 1 Comparative Example 2, Comparative Example 4
  • Comparative Example 1 Comparative Example 1, Comparative Example 2, and Comparative Example 4 in the same manner as in Example 1 except that the blending ratios of high-purity cerium oxide, high-purity zirconium oxide, and high-purity aluminum oxide were changed to the blending ratios shown in Table 1.
  • the composite oxide powder, the friction material composition, the friction material and the brake pad according to the above were obtained.
  • Dp (K ⁇ ⁇ ) / ⁇ cos ⁇
  • Dp is the crystallite diameter of the composite oxide powder
  • is the wavelength of the X-ray
  • is the diffraction angle
  • K is a constant called a scherrer equation
  • is the peak width after correcting the spread of the diffraction line by the apparatus.
  • the peak with 2 ⁇ of 40 ° to 42 ° is a peak derived from (111) of CeAlO 3. The results are shown in Table 3.
  • FIG. 1 shows an X-ray diffraction spectrum of the composite oxide powder according to Example 4.

Abstract

セリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含み、比表面積が0.5m/g以上5m/g以下である複合酸化物粉末。

Description

複合酸化物粉末、摩擦材組成物、及び、摩擦材
 本発明は、複合酸化物粉末、摩擦材組成物、及び、摩擦材に関する。
 自動車などの制動にはブレーキパッドが多く使用される。従来、ブレーキパッドは、アスベストを添加して所望の性能を得ることが主流であった。しかしながら、近年、環境負荷の問題からアスベストフリーのブレーキパッドが要求され、活発に研究開発されている。
 また、従来、一般的に、ブレーキパッドに使用される摩擦材には、ジルコン原鉱石の粉末、又は、原鉱石から珪素等の不純物を除去した酸化ジルコニウムの粉末が用いられることが多い。しかしながら、近年の原料価格の高騰、鉱石由来の放射性元素を含有している等の問題が発生している。
 特許文献1には、繊維基材と摩擦調整剤を熱硬化製樹脂で結合してなる摩擦材において、前記摩擦調整剤の少なくとも一部として、希土類の酸化物を含む摩擦材が開示されている。また、特許文献1には、効果として、CeO、La、Yなどの希土類酸化物は、アルミナ等の一般的なアブレーシブ材に比べて硬度が低く、変質等も起こし難いため、高くて安定した摩擦係数を得ながら相手材への攻撃性を下げることができる旨、開示されている。
 特許文献2には、結合剤、有機充填材、無機充填材および繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素として銅を含まず、前記無機充填材が、平均粒径10nm~50μmのγアルミナ、平均粒径1~20μmのドロマイト、平均粒径1~20μmの炭酸カルシウム、平均粒径1~20μmの炭酸マグネシウム、平均粒径1~20μmの二酸化マンガン、平均粒径10nm~1μmの酸化亜鉛、平均粒径1.0μm以下の四三酸化鉄、平均粒径0.5~5μmの酸化セリウム、および平均粒径5~50nmのジルコニアから選ばれる1種または2種以上である摩擦材組成物が開示されている。また、特許文献2には、効果として、自動車用ディスクブレーキパッド等の摩擦材に用いた際に、環境負荷の高い銅を用いなくとも、耐フェード性と500℃を超える高温の耐磨耗性に優れる旨、開示されている。
 特許文献3には、結合剤、有機充填材、無機充填材及び繊維基材を含む摩擦材組成物であって、該摩擦材組成物中に元素として銅を含まず、複数の凸部形状を有するチタン酸カリウムと平均粒径が1~2.5μmの珪酸ジルコニウムとを含有する摩擦材組成物が開示されている。また、特許文献3には、効果として、環境負荷の高い銅を用いなくとも、高温での耐摩耗性に優れ、異音の少ない旨、開示されている。
特開平9-13009号公報 国際公開第2016/060129号 特開2016-79246号公報
 近年、アスベストを使用しないブレーキパッド(ノンアスベストオーガニックブレーキパッド(NAOブレーキパッド))の研究開発が進められている。NAOブレーキパッドの弱点としては、連続使用による制動力の低下(フェード現象)が挙げられる。フェード現象によるμ値の低下が大きい場合、ブレーキング時の違和感につながることとなる。また、近年、高いμ値を有するブレーキパッドが求められる傾向にあるが、高μ値にすることで、急ブレーキ時のμ値と軽いブレーキ時のμ値との差が大きくなりやすいという問題が発生する。急ブレーキ時のμ値と軽いブレーキ時のμ値との差が大きくなると、ブレーキング時の違和感につながることとなる。
 以下、本明細書では、急ブレーキ時のμ値と軽いブレーキ時のμ値との差が小さいことを摩擦安定性に優れるという。
 本発明は前記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることを可能とする複合酸化物粉末を提供することにある。また、本発明の他の目的は、当該複合酸化物粉末を含む摩擦材組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、当該摩擦材組成物の成形体で構成された摩擦材を提供することにある。
 本発明者らは、ブレーキパッドの摩擦材に使用する粉末について鋭意検討を行った。その結果、驚くべきことに、セリア粉末にジルコニア粉末とアルミナ粉末とを混合し、溶融、粉砕して得られた粉末をブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
 すなわち、本発明に係る複合酸化物粉末は、
 セリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含み、
 比表面積が0.5m/g以上5m/g以下であることを特徴とする。
 本発明者らの検討によれば、ジルコニウム、アルミニウムを含まない酸化セリウム(セリア)の粉末では、耐フェード性に優れるものの、高μ値を得ることはできず、また、摩擦安定性にも劣る結果となっていた。これに対して、本発明では、セリウムに加えて、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含み比表面積が5m/g以下の複合酸化物粉末としたため、当該複合酸化物粉末をブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる。このことは、実施例からも明らかである。
 セリウムに加えて、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含む複合酸化物粉末とすると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる点につき、詳細は明らかではないが、本発明者らは、当該複合酸化物粉末が、ジルコニアとセリアとが固溶した結晶相、及び、セリウムとアルミニウムとを含む結晶相の2つの結晶相を有することとなるために、このような特性が得られたものと推察している。また、比表面積が5m/g以下であるために、高硬度とすることができ、高μ値とすることができたものと推察している。
 なお、特許文献1~3には、セリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムの3つの元素を含む複合酸化物粉末は開示されていない。また、特許文献1~3には、耐フェード性に優れ、高μ値を有し、摩擦安定性に優れるという3つの特性を兼ね備えるという課題や効果についても開示されていない。
 前記構成においては、結晶子径が100nm以上800nm以下の範囲内であることが好ましい。
 結晶子径が100nm以上であると、充分な結晶成長ができており、高μ値等の特性を容易に得ることができる。
 前記構成においては、粒子径D50が0.5μm以上20μm以下であることが好ましい。
 粒子径D50が0.5μm以上20μm以下であると、高μ値等の特性をより容易に得ることができる。
 前記構成においては、粒子径D99が60μm以下であることが好ましい。
 粒子径D99が60μm以下であると、高μ値等の特性をさらに容易に得ることができる。
 前記構成においては、単粒圧壊強度が50N以上300N以下の範囲内であることが好ましい。
 単粒圧壊強度が50N以上であると、粒子の強度が高く、高μ値等の特性を特に容易に得ることができる。
 前記構成においては、セリウムの含有量が酸化物換算で60質量%以上95質量%以下であり、
 ジルコニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上30質量%以下の範囲内であり、
 アルミニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上10質量%以下の範囲内であることが好ましい。
 セリウムの含有量が酸化物換算で60質量%以上95質量%以下であり、ジルコニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上30質量%以下の範囲内であり、アルミニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上10質量%以下の範囲内であると、高μ値等の特性が得られるのに好適な比率となる。
 上述したように、本発明者らは、当該複合酸化物粉末が、ジルコニアとセリアとが固溶した結晶相、及び、セリウムとアルミニウムとを含む結晶相の2つの結晶相を有するために、高μ値等の特性が得られると推察している。
 ここで、セリウムの含有量が酸化物換算で60質量%以上95質量%以下であり、ジルコニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上30質量%以下の範囲内であり、アルミニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上10質量%以下の範囲内であると、ジルコニアとセリアとが固溶した結晶相と、セリウムとアルミニウムとを含む結晶相との2つが、高μ値等の特性が得られるのに好適な比率となると推察される。
 前記構成においては、セリウムの含有量が酸化物換算で65質量%以上91質量%以下であり、
 ジルコニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上27質量%以下の範囲内であり、
 アルミニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上8質量%以下の範囲内であることが好ましい。
 セリウムの含有量が酸化物換算で65質量%以上91質量%以下であり、ジルコニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上27質量%以下の範囲内であり、アルミニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上8質量%以下の範囲内であると、高μ値等の特性が得られるのにより好適な比率となる。
 前記構成においては、CeAlOを含むことが好ましい。
 CeAlOを含む場合、高μ値等の特性により優れる。
 前記構成においては、セリウム以外の希土類元素を含むことが好ましい。
 セリウム以外の希土類元素を含むと、結晶相が安定し、より高μ値とすることができる。
 前記構成においては、セリウム以外の希土類元素を酸化物換算で0.1質量%以上5質量%以下の範囲内で含むことが好ましい。
 セリウム以外の希土類元素を酸化物換算で0.1質量%以上5質量%以下の範囲内で含むと、結晶相がより安定し、より高μ値とすることができる。
 前記構成において、前記セリウム以外の希土類元素が、イットリウム、及び、ランタンからなる群より選ばれる1以上であることが好ましい。
 前記セリウム以外の希土類元素が、イットリウム、及び、ランタンからなる群より選ばれる1以上であると、結晶相が安定し、高μ値とすることができる。
 前記構成においては、アルカリ土類元素を含んでも構わない。
 アルカリ土類元素を含むと、イットリア等の希土類に比べて安定性はわずかに劣るものの、安価に製造することができる。
 前記構成においては、摩擦材用であることが好ましい。
 前記複合酸化物粉末は、ブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材が得られるため、摩擦材用として好適に使用できる。
 また、本発明に係る摩擦材組成物は、摩擦調整剤と、繊維基材と、結合剤とを含み、
 前記摩擦調整剤として、前記複合酸化物粉末を含むことを特徴とする。
 前記構成によれば、摩擦調整剤として、前記複合酸化物粉末を含むため、当該摩擦材組成物を成形し、ブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる。
 前記構成において、前記複合酸化物粉末の含有量が、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、5質量%以上20質量%以下の範囲内であることが好ましい。
 前記複合酸化物粉末の含有量が、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、5質量%以上20質量%以下の範囲内であると、高μ値等の特性をより容易に得ることができる。
 また、本発明に係る摩擦材は、前記摩擦材組成物の成形体で構成されていることを特徴とする。
 前記構成によれば、前記摩擦材組成物の成形体で構成されているため、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる。
 前記構成においては、自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Aにて測定される第1フェード試験を9回実施し、得られた挙動ピークにおいて、最小摩擦係数を示したときの最大値μ値と最小値μ値の平均値を算出し、その平均値が0.20μ以上であることが好ましい。
 <測定条件A>
  制動初速度100km/h
  制動間隔35秒
  第1回目測定時の制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.45G
  制動回数9回
 前記の数値が0.20μ以上であると、ブレーキング時の違和感をより低減することができる。
 前記構成においては、自動車技術会規格JASO C406に準じて下記測定条件Bにて測定される摩擦係数の平均値であるすり合わせμ値が0.40以上であることが好ましい。
 <測定条件B>
  制動初速度65km/h
  制動前ブレーキ温度120℃
  制動減速度0.35G
  測定回数200回
 前記すり合わせμ値が0.40以上であると、少ない押圧でより強い制動力が得られる。
 前記構成においては、自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Cにて測定される第2効力試験での測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Xとし、
 自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Dにて測定される第2効力試験での測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Yとしたとき、
 摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]が、0.12以下であることが好ましい。
 <測定条件C>
  制動初速度100km/h
  制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.2G
  測定回数8回
 <測定条件D>
  制動初速度100km/h
  制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.7G
  測定回数8回
 前記摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]が、0.12以下であると、ブレーキング時の違和感をさらに低減することができる。
 本発明によれば、ブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることを可能とする複合酸化物粉末を提供することができる。また、当該複合酸化物粉末を含む摩擦材組成物を提供することができる。また、当該摩擦材組成物の成形体で構成された摩擦材を提供することができる。
実施例4に係る複合酸化物粉末のX線回折スペクトルである。
 以下、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。なお、本明細書において、ジルコニア(酸化ジルコニウム)とは一般的なものであり、ハフニアを含めた10質量%以下の不純物金属化合物(不可避不純物)を含むものである。
[複合酸化物粉末]
 本実施形態に係る複合酸化物粉末は、
 セリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含み、
 比表面積が0.5m/g以上5m/g以下である。
 本実施形態に係る複合酸化物粉末は、セリウムに加えて、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含み比表面積が5m/g以下の複合酸化物粉末としたため、当該複合酸化物粉末をブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる。このことは、実施例からも明らかである。
 (複合酸化物粉末の組成)
 本実施形態に係る複合酸化物粉末は、全体としてセリウム(Ce)、ジルコニウム(Zr)、及び、アルミニウム(Al)を含んでおり、複数種の酸化物の複合体として形成されている。複数種の酸化物の複合体とは、組成比率の異なる2つ以上の酸化物が合わさって一体となったものをいう。
 なお、本実施形態に係る複合酸化物粉末は、セリア(酸化セリウム)、ジルコニア(二酸化ジルコニウム)、アルミナ(酸化アルミニウム)の混合物ではない。
 前記複合酸化物粉末に含まれるセリウムの含有量は、酸化物換算で60質量%以上が好ましく、65質量%以上がより好ましく、68質量%以上がさらに好ましく、70質量%以上が特に好ましく、72質量%以上が特別に好ましい。
 前記複合酸化物粉末に含まれるセリウムの含有量は、酸化物換算で95質量%以下が好ましく、92質量%以下がより好ましく、91質量%以下がさらに好ましく、90質量%以下が特に好ましく、88質量%以下が特別に好ましい。
 摩擦熱により摩擦材表面の温度が400~800℃まで達することで、摩擦材に含まれる樹脂成分が蒸発する。その際、生じる蒸発ガスにより強還元雰囲気となる。本実施形態に係る複合酸化物粉末は、酸化セリウムを含むため、酸化セリウムの価数変化により酸素を供給することで摩擦材の還元を抑制することができる。特に、酸化セリウムを多く含む場合(セリウムを酸化物換算で60質量%以上含む場合)摩擦材の還元をより抑制することができる。通常、摩擦材は酸化物であるため、強還元雰囲気下では酸素が奪われ、硬度低下の可能性があるが、本実施形態では、酸化セリウムを含むため、摩擦材の還元による硬度低下が抑制される。
 前記複合酸化物粉末に含まれるジルコニウムの含有量は、酸化物換算で0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、4質量%以上が特に好ましく、5質量%以上が特別に好ましい。
 前記複合酸化物粉末に含まれるジルコニウムの含有量は、酸化物換算で30質量%以下が好ましく、27質量%以下がより好ましく、23質量%以下がさらに好ましく、15質量%以下が特に好ましく、10質量%以下が特別に好ましい。
 前記複合酸化物粉末に含まれるアルミニウムの含有量は、酸化物換算で0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、2質量%以上がさらに好ましく、3質量%以上が特に好ましい。
 前記複合酸化物粉末に含まれるアルミニウムの含有量は、酸化物換算で10質量%以下が好ましく、8質量%以下がより好ましく、7質量%以下がさらに好ましく、6質量%以下が特に好ましく、5質量%以下が特別に好ましい。
 前記複合酸化物粉末に含まれるセリウム、ジルコニウム、アルミニウムの含有量は、上記の中でも、セリウムの含有量が酸化物換算で60質量%以上95質量%以下であり、ジルコニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上30質量%以下の範囲内であり、アルミニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上10質量%以下の範囲内であることが好ましい。
 また、セリウムの含有量が酸化物換算で65質量%以上91質量%以下であり、ジルコニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上27質量%以下の範囲内であり、アルミニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上8質量%以下の範囲内であることがより好ましい。
 セリウム、ジルコニウム、アルミニウムの含有量が上記数値範囲内であると、高μ値等の特性が得られるのに好適な比率となる。
 前記複合酸化物粉末は、セリウム以外の希土類元素を含んでいてもよい。セリウム以外の希土類元素を含むと、結晶相が安定し、より高μ値とすることができる。
 セリウム以外の希土類元素としては、スカンジウム、イットリウム、ランタン、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等が挙げられる。前記複合酸化物粉末に含まれるセリウム以外の希土類元素は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。セリウム以外の希土類元素としては、なかでも、イットリウム、及び、ランタンからなる群より選ばれる1以上であることが好ましく、特に、イットリウムが好ましい。イットリウム、ランタンが含まれる場合、特にイットリウムが含まれる場合、結晶相がさらに安定し、さらに高μ値とすることができる。
 セリウム以外の希土類元素の含有量は、複合酸化物粉末全体を100質量%としたときに、酸化物換算で0.1質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましい。
 セリウム以外の希土類元素の含有量は、複合酸化物粉末全体を100質量%としたときに、酸化物換算で5質量%以下が好ましく、4質量%以下がより好ましく、3質量%以下がさらに好ましい。
 セリウム以外の希土類元素を酸化物換算で0.1質量%以上5質量%以下の範囲内で含むと、結晶相がより安定し、より高μ値とすることができる。
 前記複合酸化物粉末は、本発明の効果を阻害しない範囲内において、その他の元素が含まれていてもよい。前記その他の元素としては、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移金属元素が挙げられる。
 (比表面積)
 前記複合酸化物粉末の比表面積は、0.5m/g以上5m/g以下である。前記比表面積は、1m/g以上であることが好ましく、1.5m/g以上であることがより好ましく、1.8m/g以上であることがさらに好ましく、2m/g以上であることが特に好ましい。
 前記比表面積は、4.5m/g以下であることが好ましく、4m/g以下であることがより好ましく、3.5m/g以下であることがさらに好ましく、3.2m/g以下であることが特に好ましく、3m/g以下であることが特別に好ましい。
 前記比表面積が0.5m/g以上5m/g以下であると、前記複合酸化物粉末は、所望の結晶性及び強度を有する溶融固化物とし易い。なお、製法の特性上、溶融固化物の中には半溶融固化物も含み得る。
 前記比表面積を有する複合酸化物粉末を得る方法としては、セリア粉末にジルコニア粉末とアルミナ粉末とを混合し、溶融、粉砕する方法が挙げられる。
 前記複合酸化物粉末の比表面積は、実施例に記載の方法により得られた値をいう。
 (結晶子径)
 前記複合酸化物粉末の結晶子径は、100nm以上800nm以下の範囲内であることが好ましい。前記結晶子径は、より好ましくは200nm以上、さらに好ましくは300nm以上、特に好ましくは350nm以上である。前記結晶子径は、より好ましくは700nm以下、さらに好ましくは650nm以下、特に好ましくは600nm以下である。
 前記結晶子径が100nm以上であると、充分な結晶成長ができており、高μ値等の特性を容易に得ることができる。一方、結晶成長を過度に促進する必要はない。前記結晶子径に特に上限はないが、生産性を考慮すると、前記結晶子径が800nm以下であると好ましい。
 前記結晶子径は、XRD測定における2θが40°~42°のピークの測定結果を次のScherrerの式に当てはめ、算出する。
  Dp=(K×λ)/βcosθ
 ここで、Dpは複合酸化物粉末の結晶子径、λはX線の波長、θは回折角、Kは形状因子とよばれる定数、βは装置による回折線の広がりを補正したあとのピーク幅である。
 2θが40°~42°のピークは、CeAlOの(111)に由来するピークである。
 XRD測定条件の詳細は実施例に記載の通りである。
 前記結晶子径を有する複合酸化物粉末を得る方法としては、セリア粉末にジルコニア粉末とアルミナ粉末とを混合し、溶融、粉砕する方法が挙げられる。
 (結晶相)
 上述したように、前記複合酸化物粉末は、全体としてセリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含んでおり、複数種の酸化物の複合体として形成されている。複合体を構成する各酸化物は、少なくともセリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムのうちの1種を含んでいればよく、3種全部を含んでいる必要はない。前記複合体は、さらに、セリウム、ジルコニウム、アルミニウム以外の酸化物を複合体の一部として含んでいてもよい。前記複合体は、酸化物以外の化合物(元素)を複合体の一部として含んでいてもよい。
 前記複合酸化物粉末は、中でも、セリウムとジルコニアとを含む酸化物(以下、結晶相Aともいう)と、セリウムとアルミニウムとを含む酸化物(以下、結晶相Bともいう)とを含む複合体であることが好ましい。
 前記結晶相Aは、ジルコニアがセリアに固溶したものであり、特定の組成式を持たない。前記複合酸化物粉末が結晶相Aを有すると、酸素貯蔵・放出能を持ち、硬度低下が抑制される。また、高μ値等の特性により優れる。
 前記結晶相Bの組成式はCeAlOである。
 前記複合酸化物粉末が結晶相Aと結晶相Bとの2相を有する場合、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる。
 前記複合酸化物粉末がセリウム以外の希土類元素を含む場合、セリウム以外の希土類元素の添加量に応じた酸化物が複合体の一部として含まれることになる。特に、前記複合酸化物粉末がセリウム以外の希土類元素としてイットリウム、ランタンを含む場合、それらは、セリアとジルコニアに固溶する。
 (粒子径D50
 前記複合酸化物粉末の粒子径D50は、20μm以下であることが好ましい。前記粒子径D50は、より好ましくは0.8μm以上、さらに好ましくは1μm以上、特に好ましくは1.5μm以上、特別に好ましくは2μm以上、格別に好ましくは2.3μm以上である。前記粒子径D50は、より好ましくは15μm以下、さらに好ましくは10μm以下、特に好ましくは7μm以下、特別に好ましくは5μm以下、格別に好ましくは4μm以下である。
 前記粒子径D50が20μm以下であると、高μ値等の特性をさらに容易に得ることができる。
 (粒子径D90
 前記複合酸化物粉末の粒子径D90は、25μm以下であることが好ましい。前記粒子径D90は、より好ましくは3μm以上、さらに好ましくは5μm以上、特に好ましくは6.5μm以上である。前記粒子径D90は、より好ましくは21μm以下、さらに好ましくは15μm以下、特に好ましくは10μm以下であり、特別に好ましくは8μm以下である。
 前記粒子径D90が25μm以下であると、高μ値等の特性をさらに容易に得ることができる。
(粒子径D99
 前記複合酸化物粉末の粒子径D99は、60μm以下であることが好ましい。前記粒子径D99は、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは48μm以下、特に好ましくは20μm以下であり、特別に好ましくは15μm以下である。前記粒子径D99は、好ましくは5μm以上、より好ましくは7μm以上、さらに好ましくは10μm以上であり、特に好ましくは11μm以上である。
 前記粒子径D99が60μm以下であると、高μ値等の特性をさらに容易に得ることができる。
 前記複合酸化物粉末の粒子径D50、粒子径D90、粒子径D99は、実施例に記載の方法により得られた値をいう。なお、本明細書に記載の前記前記粒子径D50、前記粒子径D90、前記粒子径D99は体積基準で測定されており、前記粒子径D50はレーザー回折法により測定される、最少粒径値より累積値50%にあたる粒子径であり、前記粒子径D90はレーザー回折法により測定される、最少粒径値より累積値90%にあたる粒子径であり、前記粒子径D99はレーザー回折法により測定される、最少粒径値より累積値99%にあたる粒子径である。
 前記粒子径D50、前記粒子径D90、前記粒子径D99を有する複合酸化物粉末を得る方法としては、セリア粉末にジルコニア粉末とアルミナ粉末とを混合し、溶融、粉砕して複合酸化物粉末を得る際の粉砕条件をコントロールする方法が挙げられる。
 (単粒圧壊強度)
 前記複合酸化物粉末の単粒圧壊強度は、50N以上300N以下の範囲内であることが好ましい。前記単粒圧壊強度は、より好ましくは70N以上、さらに好ましくは80N以上、特に好ましくは90N以上、特別に好ましくは100N以上、格別に好ましくは110N以上である。前記単粒圧壊強度の上限は特に限定されないが、前記単粒圧壊強度は、250N以下、230N以下、210N以下、190N以下、180N以下等とすることができる。
 前記単粒圧壊強度は、粉砕前の粒子にて測定する。粉砕前の粒子としては、粒子径2.36mm~2.80mmの範囲内のものを用いる。前記粒子径の粒子は、市販の篩を用いて得ることができる。測定個数は50個とし、その平均値を単粒圧壊強度とする。測定装置は引張圧縮試験機を使用する。具体的に、引張圧縮試験機には、(株)今田製作所社製のSV-201-NSLを用いる。ロードスピードは0.50mm/minで行う。
 前記単粒圧壊強度の測定方法の詳細は、実施例に記載の通りである。
 前記単粒圧壊強度を有する複合酸化物粉末を得る方法としては、セリア粉末にジルコニア粉末とアルミナ粉末とを混合し、溶融、粉砕する方法が挙げられる。
 (密度(真比重))
 前記複合酸化物粉末の真比重は、6.0g/cm以上7.2g/cm以下であることが好ましい。前記真比重は、好ましくは6.3g/cm以上、より好ましくは6.5g/cm以上、さらに好ましくは6.7g/cm以上である。前記真比重は、好ましくは7.1g/cm以下、より好ましくは7.0g/cm以下、さらに好ましくは6.9g/cm以下である。
 前記真比重が6.0g/cm以上7.2g/cm以下であると、高μ値等の特性をさらに容易に得ることができる。
 前記真比重は、JIS Z8807:2012に準拠して測定した値をいう。
 前記真比重を有する複合酸化物粉末を得る方法としては、セリア粉末にジルコニア粉末とアルミナ粉末とを混合し、溶融、粉砕する方法が挙げられる。
 以上、本実施形態に係る複合酸化物粉末について説明した。
[複合酸化物粉末の製造方法]
 以下、複合酸化物粉末の製造方法の一例について説明する。ただし、本発明に係る複合酸化物粉末の製造方法は、以下の例示に限定されない。
 本実施形態に係る複合酸化物粉末の製造方法は、
 出発原料を準備する工程1と、
 前記出発原料に所定の熱量を与えることにより、前記出発原料を溶融させる工程2と、
 前記工程2で得られた溶融物を冷却してインゴットを形成する工程3と、
 前記工程3で得られたインゴットを粉砕して粉体とする工程4と、
 前記工程4で得られた粉体を400~1100℃の雰囲気下で加熱する工程5とを含む。
 <工程1>
 本実施形態に係る複合酸化物粉末の製造方法においては、まず、出発原料を準備する。具体的には、例えば、セリウム原料と、ジルコニウム原料と、アルミニウム原料とを準備する。
 前記セリウム原料は、複合酸化物粉末にセリウム元素を主として導入するための材料である。「複合酸化物粉末にセリウム元素を主として導入する」とは、他の元素(ジルコニウム、アルミニウム、セリウム以外の希土類元素)と比較して多く導入する(等モルよりも多く導入する)ことをいう。つまり、前記セリウム原料は、セリウム元素よりも少ない量(少ないモル数)であれば、ジルコニウム、アルミニウム、セリウム以外の希土類元素を含んでいてもよい。
 前記セリウム原料としては、特に限定されないが、酸化セリウムを含むことが好ましい。酸化セリウムは、例えば、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩化物、臭化物等の各種原料から合成することができる。前記セリウム原料は、セリウムとジルコニウムとアルミニウムとの複合酸化物であってもよい。前記セリウム原料は、セリウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等の化合物を含んでいてもよい。前記セリウム原料は、ジルコニウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等の化合物を含んでいてもよい。
 前記ジルコニウム原料は、複合酸化物粉末にジルコニウム元素を主として導入するための材料である。「複合酸化物粉末にジルコニウム元素を主として導入する」とは、他の元素(セリウム、アルミニウム、セリウム以外の希土類元素)と比較して多く導入する(等モルより多く導入する)ことをいう。つまり、前記ジルコニウム原料は、ジルコニウム元素よりも少ない量(少ないモル数)であれば、ジルコニウム、アルミニウム、セリウム以外の希土類元素を含んでいてもよい。
 前記ジルコニウム原料としては、特に限定されないが、例えば、バデライト、脱珪ジルコニア、酸化ジルコニウム等の各種ジルコニウム系材料、その他、酸化ジルコニウムを含むジルコニウム材料などを使用することができる。酸化ジルコニウムは、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩化物、臭化物等の各種原料から合成することができる。前記ジルコニウム原料は、ジルコニウムと、セリウム及びセリウム以外の希土類元素の少なくとも一方の元素との複合酸化物を含んでもよい。前記ジルコニウム原料には、セリウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等の化合物が含まれていてもよい。前記ジルコニウム原料には、ジルコニウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等の化合物が含まれていてもよい。前記ジルコニウム原料としては、放射性元素を含有しない原料を用いることが望ましい。
 前記アルミニウム原料は、複合酸化物粉末にアルミニウム元素を主として導入するための材料である。「複合酸化物粉末にアルミニウム元素を主として導入する」とは、他の元素(セリウム、ジルコニウム、セリウム以外の希土類元素)と比較して多く導入する(等モルよりも多く導入する)ことをいう。つまり、前記アルミニウム原料は、アルミニウム元素よりも少ない量(少ないモル数)であれば、セリウム、ジルコニウム、セリウム以外の希土類元素を含んでいてもよい。
 前記アルミニウム原料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウムを含むが好ましい。酸化アルミニウムは、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩化物、臭化物等の各種原料から合成することができる。前記アルミニウム原料は、ジルコニウムと、セリウム及びセリウム以外の希土類元素の少なくとも一方の元素との複合酸化物であってもよい。前記アルミニウム原料には、セリウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等の化合物が含まれていてもよい。前記アルミニウム原料には、ジルコニウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等の化合物が含まれていてもよい。
 工程1では、原料として、セリウム以外の希土類元素を含む原料(以下、「第3の元素原料」ともいう)を準備してもよい。
 第3の元素原料は、複合酸化物粉末にセリウム以外の希土類元素(以下、「第3の元素」ともいう)を主として導入するための材料である。「複合酸化物粉末に第3の元素を主として導入する」とは、他の元素(セリウム、ジルコニウム、アルミニウム)と比較して多く導入する(等モルよりも多く導入する)ことをいう。つまり、前記第3の元素原料は、第3の元素よりも少ない量(少ないモル数)であれば、セリウム、ジルコニウム、アルミニウムを含んでいてもよい。
 第3の元素としては、イットリアが好ましい。イットリア(酸化イットリウム)は、硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、酢酸塩、塩化物、臭化物等の各種原料から合成することができる。
 本明細書において、「原料を準備する工程1」とは、この工程1において、セリウム元素を導入するための材料と、ジルコニウム元素を導入するための材料と、アルミニウム元素を導入するための材料とが最終的に全体として準備されていればよく、セリウム原料と、ジルコニウム原料と、アルミニウム原料とに明確に区別して準備する必要はない。
 前記セリウム原料、前記ジルコニウム原料、前記アルミニウム原料、前記第3の元素原料の純度は、特に限定されるものではないが、目的生成物の純度を高くできるという点で99.9%以上の純度であることが好ましい。なお、上述した通り、前記セリウム原料、前記ジルコニウム原料、前記アルミニウム原料、前記第3の元素原料の各々の原料には、複合酸化物粉末の特性が阻害されない程度であればその他の物質が含まれていてもよい。その他の物質としては、上述した通り、例えば、セリウムやジルコニウムの硝酸塩、炭酸塩、硫酸塩、塩化物、臭化物等が挙げられる。また、その他の物質として、アルカリ元素、アルカリ土類元素、遷移金属元素等が含まれていてもよい。なかでも、アルカリ土類元素が好ましい。前記複合酸化物粉末がアルカリ土類元素を含むと、イットリア等の希土類に比べて安定性はわずかに劣るものの、安価に製造することができる。
 アルカリ土類元素としては、Ca、Mg、Sr、Baが好ましく、Ca、Mg、Srがより好ましく、Ca、Mgがさらに好ましく、Caが特に好ましい。Caは原料が安価であるだけでなく、ジルコニアに比較的固溶しやすく、製造が容易となる。
 前記原料を準備した後、セリウム、ジルコニウム、アルミニウムの含有量が所定の範囲内となるように各原料を配合する。
 <工程2>
 次に、前記出発原料に所定の熱量を与えることにより、前記出発原料を溶融させる。工程2では、すべての原料を溶融させることが好ましい。すべての原料を溶融させた場合、得られる複合酸化物粉末の結晶構造が安定し、高μ等の特性を得ることができる。すべての原料を溶融させるには、出発原料に含まれる各種原料の融点のうちの最も高い融点以上の温度となるように、出発原料に熱量を与えるようにすればよい。ただし、工程2は、この例に限定されず、例えば、セリウム原料と、ジルコニウム原料と、アルミニウム原料とのうちの少なくとも一種を溶融させればよい。
 出発原料を溶融させる方法は、特に限定されないが、例えば、アーク式、高周波熱プラズマ式等の溶融方法が例示される。中でも一般的な電融法、すなわち、アーク式電気炉(溶融装置)を用いた溶融方法を採用することが好ましい。
 出発原料を加熱するには、例えば、電力原単位換算で100~1000kWh/kgの電力によって熱を加えればよい。この加熱により、出発原料に含まれる各種原料の融点のうちの最も高い融点を超える温度にまで出発原料を昇温させることができ、出発原料の溶融物を得ることができる。
 上記アーク式電気炉を用いた溶融方法を採用する場合、加熱工程(工程2)を行うにあたっては、あらかじめ出発原料に初期の通電を促すためにコークス等を導電材として所定量添加しておいてもよい。ただし、コークスの添加量等は、工程1で使用する各原料の混合割合に応じて適宜決定することができる。
 工程2における出発原料の溶融時の雰囲気については、特に限定されず、大気、窒素雰囲気の他、アルゴン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気を採用できる。また、溶融時の圧力も特に限定されず、大気圧、加圧、減圧のいずれでもよいが、通常は大気圧下で行われる。
 <工程3>
 次に、工程2で得られた溶融物を冷却(好ましくは、徐冷却)してインゴットを形成する。インゴットを形成する方法は、特に限定されないが、例えば、工程2の溶融を電気炉で行った場合には、この電気炉に炭素蓋を装着し、10~60時間かけて徐冷却する方法が挙げられる。徐冷却時間は、好ましくは20~50時間であり、より好ましくは30~45時間であり、さらに好ましくは35~40時間である。また、溶融物を徐冷却するにあたっては、例えば、大気中にて、溶融物の温度が100℃以下、好ましくは50℃以下となるように放冷すればよい。溶融物の温度が急激に下がって徐冷却時間が20~60時間より短くなるおそれがある場合には、適宜、徐冷却工程中に溶融物を加熱するなどして溶融物の急激な温度低下を回避すればよい。
 上記のように徐冷却工程中における溶融物の急激な温度低下を回避しながら徐冷却を行うことで、原料中に含まれる元素が互いに均一に化合しやすくなる。
 <工程4>
 次に、工程3で得られたインゴットを粉砕して粉体とする。インゴットを粉砕する方法は特に限定されないが、ジョークラッシャー、ロールクラッシャー等の粉砕機で粉砕する方法が例示される。粉砕は、複数の粉砕機を併用して行ってもよい。インゴットを粉砕するにあたっては、後工程での粉体の取り扱い性を考慮して、粉砕後の粉体の平均粒子径が3mm以下、必要に応じて1mm以下になるように粉砕してもよい。粉砕後は分級を行ってもよく、例えば、篩等を使用して所望の平均粒子径の粉体を捕集することが可能である。
 <工程5>
 次に、工程4で得られた粉体を400~1100℃の雰囲気下で加熱する。前記加熱をするにあたって、あらかじめ粉体を磁力選鉱して不純物などを分離しておくことが好ましい。その後、電気炉等を用いて、粉体を400~1100℃の雰囲気下で加熱すればよい。この加熱によって粉体は加熱焼成され、工程3における溶融工程で生成した亜酸化物や過冷却によって発生した結晶内の歪みが除去され得る。上記加熱温度は、好ましくは400℃~1000℃、より好ましくは600℃~800℃であり、いずれの場合も亜酸化物や結晶内の歪みが除去されやすくなる。また、加熱の時間は、特に限定されないが、例えば、1~5時間、好ましくは2~3時間とすることができる。上記加熱は、大気下で行ってもよいし、酸素雰囲気下で行ってもよい。
 以上により、固体状又は粉末状の複合酸化物が得られる。粉末状の複合酸化物が得られた場合には、これを本実施形態に係る複合酸化物粉末としてもよい。
 <工程6>
 上記工程5によって得られた固体状又は粉末状の複合酸化物は、遊星ミル、ボールミル、ジェットミル等の粉砕機でさらに微粉砕してもよい。微粉砕は、複合酸化物の使用用途に応じて適宜行えばよい。微粉砕する場合、複合酸化物を上記粉砕機で5~30分程度処理すればよい。また、複合酸化物を上記微粉砕する場合、複合酸化物の平均粒径は、上記の範囲が好ましい。
 以上により、本実施形態に係る複合酸化物粉末を得ることができる。
[摩擦材組成物]
 本実施形態に係る摩擦材組成物は、摩擦調整剤と、繊維基材と、結合剤とを含み、前記摩擦調整剤として、前記複合酸化物粉末を含む。
 摩擦調整剤として、前記複合酸化物粉末を含むため、当該摩擦材組成物を成形し、ブレーキパッドの摩擦材に使用すると、耐フェード性に優れ、高μ値を有しながらも、摩擦安定性に優れる摩擦材を得ることが可能となる。
 (摩擦調整剤)
 前記摩擦調整剤は、無機充填剤と有機充填剤とを含む。
 前記無機充填剤は、摩擦材の耐熱性の悪化を避ける、耐摩耗性を向上させる、摩擦係数を向上する、潤滑性を向上させる等の目的で添加される。
 前記無機充填剤は、前記複合酸化物粉末を含む。
 前記摩擦材組成物中における、前記複合酸化物粉末の含有量は、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、5質量%以上20質量%以下であることが好ましく、7質量%以上15質量%以下であることがより好ましい。前記複合酸化物粉末の含有量が、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、5質量%以上20質量%以下の範囲内であると、高μ値等の特性をより容易に得ることができる。
 また、前記無機充填剤は、前記複合酸化物粉末以外に、例えば、硫化錫、硫化ビスマス、二硫化モリブデン、硫化鉄、三硫化アンチモン、硫化亜鉛、水酸化カルシウム、酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、硫酸バリウム、コークス、マイカ、バーミキュライト、硫酸カルシウム、タルク、クレー、ゼオライト、ムライト、クロマイト、酸化チタン、酸化マグネシウム、シリカ、黒鉛、雲母、ドロマイト、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、粒状または板状のチタン酸塩、珪酸カルシウム、二酸化マンガン、酸化亜鉛、四三酸化鉄、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。粒状または板状のチタン酸塩としては、6チタン酸カリウム、8チタン酸カリウム、チタン酸リチウムカリウム、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸ナトリウムなどを用いることができる。
 前記摩擦材組成物中における、無機充填剤の含有量(前記複合酸化物粉末を含む無機充填剤全体の含有量)は、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、20~70質量%であることが好ましく、30~65質量%であることがより好ましく、35~60質量%であることが特に好ましい。無機充填剤の含有量を上記の範囲とすることで、耐熱性の悪化を避けることができ、摩擦剤のその他成分の含有量バランスの点でも好ましい。
 前記有機充填剤は、摩擦材の音振性能や耐摩耗性などを向上させるための摩擦調整用として添加される。
 前記有機充填剤は、上記性能を発揮できるものであれば特に制限はなく、通常に使用される有機充填剤が用いられる。例えば、カシューダストやゴム成分などが挙げられる。
 上記カシューダストは、カシューナッツシェルオイルを硬化させたものを粉砕して得られる。
 上記ゴム成分としては、例えば、タイヤゴム、アクリルゴム、イソプレンゴム、NBR(ニトリルブタジエンゴム)、SBR(スチレンブタジエンゴム)、塩素化ブチルゴム、ブチルゴム、シリコーンゴム、などが挙げられ、これらから選択される1種又は2種類以上を組み合わせて用いることができる。
 前記摩擦材組成物中における、有機充填剤の含有量は、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、1~25質量%であることが好ましく、1~10質量%であることがより好ましく、2~7質量%であることが特に好ましい。有機充填剤の含有量を上記の範囲とすることで、摩擦材の弾性率が高くなり、ブレーキ鳴きなどの音振性能の悪化を効果的に抑制することができ、さらに耐熱性の悪化や熱履歴による強度低下においても効果的に抑制することができる。
(繊維基材)
 前記繊維基材は、摩擦材において補強作用を示すものである。
 前記摩擦材組成物は、通常、繊維基材として用いられる、有機繊維、無機繊維、金属繊維、炭素系繊維などを用いることができ、これらを単独で又は二種類以上を組み合わせて使用することができる。
 前記有機繊維としては、アラミド繊維、セルロース繊維、アクリル繊維、フェノール樹脂繊維などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
 前記無機繊維としては、セラミック繊維、生分解性セラミック繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、シリケート繊維などを用いることができ、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
 前記金属繊維としては、通常、摩擦材に用いられるものであれば特に制限はなく、例えば、アルミ、鉄、鋳鉄、亜鉛、錫、チタン、ニッケル、マグネシウム、シリコン、銅、黄銅などの金属または合金を主成分とする繊維を用いることができる(ただし、2020年の規制対応のため銅は5%以下が望ましい)。
 前記炭素系繊維としては、耐炎化繊維、ピッチ系炭素繊維、PAN系炭素繊維、活性炭繊維などを用いることができ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。
 前記摩擦材組成物中における、前記繊維基材の含有量は、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、5~40質量%であることが好ましく、5~20質量%であることがより好ましく、5~15質量%であることが特に好ましい。前記繊維基材の含有量を5~40質量%の範囲とすることで、摩擦材としての最適な気孔率が得られ、鳴き防止ができ、適正な材料強度が得られ、耐摩耗性を発現し、成形性をよくすることができる。
 (結合材)
 前記結合材は、摩擦材組成物を構成する各材料を結合、一体化し、摩擦材(ブレーキ摩擦材)としての強度を向上させる機能を有するものである。
 前記結合材としては、熱硬化性樹脂を通常用いられる結合材として用いることができる。
 前記熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂;アクリル系樹脂;シリコン樹脂;熱硬化性フッ素系樹脂;フェノール樹脂;アクリルエラストマー分散フェノール樹脂、シリコンエラストマー分散フェノール樹脂等の各種エラストマー分散フェノール樹脂;アクリル変性フェノール樹脂、シリコン変性フェノール樹脂、カシュー変性フェノール樹脂、エポキシ変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹などが挙げられ、これらを単独で又は2種類以上を組み合わせて使用することができる。特に、優れた耐熱性、成形性及び摩擦係数を得ることできる、フェノール樹脂、アクリル変性フェノール樹脂、シリコン変性フェノール樹脂、アルキルベンゼン変性フェノール樹脂を用いることが好ましい。
 前記摩擦材組成物中における、前記結合材の含有量は、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、3~20質量%であることが好ましく、5~10質量%であることがより好ましい。この範囲内とすることで、摩擦材の強度を高く維持でき、また、摩擦材の気孔率を低減し、弾性率が高くなることによるブレーキ鳴きなどの音振性能の悪化をより効果的に抑制できる。
 前記摩擦材組成物は、前記各成分、及び、必要に応じた任意成分を所定の比率で配合して得ることができる。この際、前記各成分、及び、前記任意成分を、分散媒中でボールミル等により所定時間粉砕混合した後、乾燥して分散媒を除去し、ふるい等を用いて整粒する工程を含むことが好ましい。
 [摩擦材]
 本実施形態に係る摩材は、前記摩擦材組成物の成形体で構成されている。
 前記摩擦材は、前記摩擦材組成物を成形し、必要に応じて、焼結することにより得ることができる。上記成形工程及び焼結工程では、公知のセラミックスの成形方法及び焼結方法を用いることができる。前記成形方法としては例えば、一軸加圧成形、冷間静水圧成形等の乾式成形法が挙げられる。前記成形方法としては上記乾式成形法の他、射出成形、押出成形、泥漿鋳込み、加圧鋳込み、回転鋳込み、ドクターブレード法等も適用することができる。前記焼結方法としては、例えば、雰囲気焼結法、反応焼結法、常圧焼結法、熱プラズマ焼結法等が挙げられる。また、焼結温度及び焼結温度での保持時間は使用原料に応じて適宜設定することができる。なお、焼結は、セラミックスの種類や添加する材料の種類によって、大気中や、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス中で行ってもよいし、一酸化炭素ガス、水素ガス等のような還元性ガス中で行ってもよい。また、真空中で行ってもよい。さらに、加圧しながら、焼結してもよい。その後、必要に応じて切削、研削、研摩等の処理を施すことにより本実施形態に係る摩擦材が得られる。
 前記摩擦材は、鉄等の金属のバックプレートと貼り合わせて一体化し、摩擦材とバックプレートとを備えるブレーキパッドとすることができる。また、前記摩擦材組成物と共に熱成形して摩擦材とバックプレートとを備えるブレーキパッドとすることもできる。
 前記摩擦材は、自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Aにて測定される第1フェード試験を9回実施し、得られた挙動ピークにおいて、最小摩擦係数を示したときの最大値μ値と最小値μ値の平均値を算出し、その平均値が0.20μ以上であることが好ましく、0.22μ以上であることがより好ましく、0.24μ以上であることがさらに好ましく、0.25μ以上であることが特に好ましく、0.27μ以上が特別に好ましく、0.28μ以上が格別に好ましい。この数値が高いほど、ブレーキング時の違和感をより低減することができる。前記摩擦係数の平均値は、大きいほど好ましいが、例えば、0.4以下、0.35以下、0.33以下等が挙げられる。
 <測定条件A>
  制動初速度100km/h
  制動間隔35秒
  第1回目測定時の制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.45G
  制動回数9回
 前記摩擦材は、自動車技術会規格JASO C406に準じて下記測定条件Bにて測定される摩擦係数の平均値であるすり合わせμ値が0.40以上であることが好ましく、0.405以上であることがより好ましく、0.41以上であることがさらに好ましく、0.42以上が特に好ましく、0.43以上が特別に好ましく、0.44以上が格別に好ましい。前記すり合わせμ値は、大きいほど好ましいが、例えば、0.6以下、0.55以下、0.53以下等が挙げられる。前記すり合わせμ値が0.40以上であると、少ない押圧でより強い制動力が得られる。
 <測定条件B>
  制動初速度65km/h
  制動前ブレーキ温度120℃
  制動減速度0.35G
  測定回数200回
 前記摩擦材は、自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Cにて測定される第2効力試験での測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Xとし、自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Dにて測定される第2効力試験での測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Yとしたとき、摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]が、0.12以下であることが好ましく、0.11以下であることがより好ましく、0.10以下であることがさらに好ましく、0.09以下が特に好ましく、0.08以下が特別に好ましく、0.05以下が格別に好ましい。前記摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]は小さいほど好ましいが、例えば、0.01以上、0.02以上、0.03以上等が挙げられる。前記摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]が、0.12以下であると、ブレーキング時の違和感をさらに低減することができる。
 <測定条件C>
  制動初速度100km/h
  制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.2G
  測定回数8回
 <測定条件D>
  制動初速度100km/h
  制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.7G
  測定回数8回
 以下、本発明に関し実施例を用いて詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例における複合酸化物粉末、摩擦材組成物、及び、摩擦材には、不可避不純物として酸化ハフニウムを酸化ジルコニウムに対して1.3~2.5質量%含有(下記式(Z)にて算出)している。
 <式(Z)>
 ([酸化ハフニウムの質量]/([酸化ジルコニウムの質量]+[酸化ハフニウムの質量]))×100(%)
 (実施例1)
  <複合酸化物粉末の作製>
 高純度酸化セリウム(純度99.9%、三津和化学薬品製)と、高純度酸化ジルコニウム(純度99.9%、第一稀元素化学工業製)と、高純度酸化アルミニウム(純度98.0%、日本軽金属製)とを表1に示す配合比率に従って均一となるように混合した。
 次に、アーク式電気炉を用い、電力原単位換算で20kwh/kgを2時間印加し、2400℃以上で溶融を行った。なお、初期の通電を促すためにコークス300gを使用した。溶融終了後、電気炉に炭素蓋をして、大気中で24時間徐冷し、インゴットを得た。得られたインゴットをジョークラッシャー及びロールクラッシャーで粒径(直径)3mm以下まで粉砕した後、篩で1mm以下の粉末を捕集した。
 溶融工程で発生した亜酸化物や過冷却による結晶内の歪みを除去するために、捕集した粉末を熱処理した。熱処理は、電気炉を用いて大気中、600℃で3時間行った。その後、遊星ミル(フリッチュジャパン社製、装置名:PULVERISETTE 6)で15分間粉砕した。
 具体的には、下記の条件で粉砕した。
<乾式粉砕条件>
  粉砕装置:遊星型ボールミル
  ZrOポット:500cc
  ZrOビーズ(φ5mm):900g
  回転数:400rpm」
  粉砕時間:15min
 以上により、実施例1に係る複合酸化物粉末を得た。
  <摩擦材組成物の作製>
 表2に示す配合比率に従って各材料を均一となるように混合し、実施例1に係る摩擦材組成物を得た。混合には、(株)日本アイリッヒ製のアイリッヒ インテンシブルミキサーを用いた。
  <摩擦材及びブレーキパッドの作製>
 得られた摩擦材組成物を成形プレス(Preform machine)で予備成形した。得られた予備成形物を鉄製のパックプレートと共に熱成形した。熱成形条件は、摩擦面155℃、B/P側160℃、中型140℃、成形圧力500kg/cmとした。ガス抜き条件は、摩擦面8回(計300秒)、B/P側10秒8回とした。熱成形は、熱成形プレス((株)マルシチ製、製品名:MA250型)を用いた。
 次に、得られた成形品を熱処理した。熱処理条件は、温度250℃、圧力5kg/cm、5時間とした。以上により、バックプレートと摩擦材組成物の成形体(摩擦材)との積層体を得た。
 ロータリー研磨機を用い、得られたバックプレートと摩擦材との積層体を研磨し、続いて、500℃でスコーチ処理を行い、さらにミゾ切りを行って実施例1に係るブレーキパッドを得た。
 (実施例2~実施例11)
  <複合酸化物粉末、摩擦材組成物、摩擦材及びブレーキパッドの作製>
 出発原料の混合比率を表1に示す配合比率に変更したこと以外は、実施例1と同様にして実施例2~実施例11に係る複合酸化物粉末、摩擦材組成物、摩擦材及びブレーキパッドを得た。
 なお、表1に示したYは高純度酸化イットリウム(純度99.99%、和光純薬工業(株)製)であり、Laは高純度酸化ランタン(純度99.9%、和光純薬工業(株)製)であり、CaOは高純度酸化カルシウム(純度99.0%、和光純薬工業(株)製)である。
 (比較例1、比較例2、比較例4)
  <複合酸化物粉末、摩擦材組成物、摩擦材及びブレーキパッドの作製>
 高純度酸化セリウム、高純度酸化ジルコニウム、高純度酸化アルミニウムの配合比率を表1に示す配合比率に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1、比較例2、比較例4に係る複合酸化物粉末、摩擦材組成物、摩擦材及びブレーキパッドを得た。
 (比較例3)
  <混合粉末の作製>
 表1に示す配合比率に従って各出発原料を混合し、比較例3に係る混合粉末を得た。
  <摩擦材組成物、摩擦材及びブレーキパッドの作製>
 上記混合粉末を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3に係る摩擦材組成物、摩擦材及びブレーキパッドを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
[複合酸化物粉末の組成測定]
 実施例、比較例で作製した複合酸化物粉末の組成(酸化物換算)を、ICP-AES(「ULTIMA-2」HORIBA製)を用いて分析した。その結果、表1の配合比率通りであることが確認できた。
[複合酸化物粉末の比表面積の測定]
 実施例、比較例の複合酸化物粉末の比表面積を、比表面積計(「マックソーブ」マウンテック製)を用いてBET法にて測定した。結果を表3に示す。
[複合酸化物粉末の結晶子径の測定]
 実施例、比較例の複合酸化物粉末について、X線回折装置(「RINT2500」リガク製)を用い、X線回折スペクトルを得た。測定条件は下記の通りとした。
<測定条件>
  測定装置:X線回折装置(リガク製、RINT2500)
  線源:CuKα線源
  サンプリング間隔:0.02°
  スキャン速度:2θ=1.0°/分
  発散スリット(DS):1°
  発散縦制限スリット:5mm
  散乱スリット(SS):1°
  受光スリット(RS):0.3mm
  モノクロ受光スリット:0.8mm
  管電圧:50kV
  管電流:300mA
 その後、XRD測定における2θが40°~42°のピークの測定結果を次のScherrerの式に当てはめ、結晶子径を算出した。
  Dp=(K×λ)/βcosθ
 ここで、Dpは複合酸化物粉末の結晶子径、λはX線の波長、θは回折角、Kは形状因子とよばれる定数、βは装置による回折線の広がりを補正したあとのピーク幅である。
 2θが40°~42°のピークは、CeAlOの(111)に由来するピークである。
 結果を表3に示す。
 なお、参考のため、図1に、実施例4に係る複合酸化物粉末のX線回折スペクトルを示した。
[複合酸化物粉末の粒子径D50、粒子径D90、及び粒子径D99の測定]
 実施例、比較例の複合酸化物粉末の粒子径を、レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置「LA-950」((株)堀場製作所製)を用いて測定した。より詳細には、サンプル0.15gと40mlの0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液とを50mlビーカーに投入し、装置(レーザー回折/散乱式粒子径分布測定装置「LA-950」)に投入して測定した。
 測定条件は下記の通りとした。結果を表3に示す。
  分散条件:100Wで2分超音波分散
  屈折率:1.70-0.0i
[複合酸化物粉末の単粒圧壊強度の測定]
 実施例、比較例の複合酸化物粉末の単粒圧壊強度は、遊星ミルで粉砕前の粒子(遊星ミルで粉砕して実施例、比較例の複合酸化物粉末とする前段階の粒子)を用いて測定した。粉砕前の粒子としては、粒子径2.36mm~2.80mmの範囲内のものを用いた。前記粒子径の粒子は、市販の篩を用いて得た。測定個数は50個とし、その平均値を単粒圧壊強度とした。測定装置は引張圧縮試験機を使用した。具体的に、引張圧縮試験機には、(株)今田製作所社製のSV-201-NSLを用いた。ロードスピードは0.5mm/minで行った。結果を表3に示す。
[複合酸化物粉末の真比重の測定]
 実施例、比較例の複合酸化物粉末の真比重を、JIS Z8807:2012に準拠して測定した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
[すり合わせμ値の測定]
 自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Bにて200回の各摩擦係数を得た。その200回の摩擦係数の平均値を求め、これをすり合わせμ値とした。結果を表4に示す。
 <測定条件B>
  制動初速度65km/h
  制動前ブレーキ温度120℃
  制動減速度0.35G
  測定回数200回
 200回の各測定には、それぞれ、製造後、他の試験に使用していないものを用いた。
[摩擦安定性評価]
 自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Cにて第2効力試験を行い、測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Xとして求めた。
 また、自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Dにて第2効力試験を行い、測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Yとして求めた。
 その後、摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]を求めた。
 結果を表4に示す。
 <測定条件C>
  制動初速度100km/h
  制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.2G
  測定回数8回
 <測定条件D>
  制動初速度100km/h
  制動前ブレーキ温度80℃
  制動減速度0.7G
  測定回数8回
 8回の各測定には、それぞれ、製造後、他の試験に使用していないものを用いた。
[耐フェード性評価]
 自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Aにて第1フェード試験を行い、9回の各摩擦係数を得た。その中の、摩擦係数の最も大きい値と、摩擦係数の最も小さい値、及び、摩擦係数の最も大きい値と摩擦係数の最も小さい値との差を表4に示す。
 <測定条件A>
 制動初速度100km/h
 制動間隔35秒
 第1回目測定時の制動前ブレーキ温度80℃
 制動減速度0.45G
 制動回数9回
[ロータ磨耗性評価]
 ブレーキ一般性能試験項目(JASO-C406ベース)の条件で全項目の試験を行なった後のロータのインナー側、アウター側のロータ磨耗量の平均値を求めた。ロータ磨耗量は少ないほど性能がよいことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004

Claims (19)

  1.  セリウム、ジルコニウム、及び、アルミニウムを含み、
     比表面積が0.5m/g以上5m/g以下であることを特徴とする複合酸化物粉末。
  2.  結晶子径が100nm以上800nm以下の範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の複合酸化物粉末。
  3.  粒子径D50が0.5μm以上20μm以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の複合酸化物粉末。
  4.  粒子径D99が60μm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  5.  単粒圧壊強度が50N以上300N以下の範囲内であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  6.  セリウムの含有量が酸化物換算で60質量%以上95質量%以下であり、
     ジルコニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上30質量%以下の範囲内であり、
     アルミニウムの含有量が酸化物換算で0.1質量%以上10質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1~5のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  7.  セリウムの含有量が酸化物換算で65質量%以上91質量%以下であり、
     ジルコニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上27質量%以下の範囲内であり、
     アルミニウムの含有量が酸化物換算で1質量%以上8質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  8.  CeAlOを含むことを特徴とする請求項1~7のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  9.  セリウム以外の希土類元素を含むことを特徴とする請求項1~8のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  10.  セリウム以外の希土類元素を酸化物換算で0.1質量%以上5質量%以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項1~9のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  11.  前記セリウム以外の希土類元素が、イットリウム、及び、ランタンからなる群より選ばれる1以上であることを特徴とする請求項9又は10に記載の複合酸化物粉末。
  12.  アルカリ土類元素を含むことを特徴とする請求項1~11のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  13.  摩擦材用であることを特徴とする請求項1~12のいずれか1に記載の複合酸化物粉末。
  14.  摩擦調整剤と、繊維基材と、結合剤とを含み、
     前記摩擦調整剤として、請求項1~13のいずれか1に記載の複合酸化物粉末を含むことを特徴とする摩擦材組成物。
  15.  前記複合酸化物粉末の含有量が、摩擦材組成物全体を100質量%としたときに、5質量%以上20質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項14に記載の摩擦材組成物。
  16.  請求項14又は15に記載の摩擦材組成物の成形体で構成されていることを特徴とする摩擦材。
  17.  自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Aにて測定される第1フェード試験を9回実施し、得られた挙動ピークにおいて、最小摩擦係数を示したときの最大値μ値と最小値μ値の平均値を算出し、その平均値が0.20μ以上であることを特徴とする請求項16に記載の摩擦材。
     <測定条件A>
      制動初速度100km/h
      制動間隔35秒
      第1回目測定時の制動前ブレーキ温度80℃
      制動減速度0.45G
      制動回数9回
  18.  自動車技術会規格JASO C406に準じて下記測定条件Bにて測定される摩擦係数の平均値であるすり合わせμ値が0.40以上であることを特徴とする請求項16又は17に記載の摩擦材。
     <測定条件B>
      制動初速度65km/h
      制動前ブレーキ温度120℃
      制動減速度0.35G
      測定回数200回
  19.  自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Cにて測定される第2効力試験での測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Xとし、
     自動車技術会規格JASO C406に準じて、下記測定条件Dにて測定される第2効力試験での測定回数8回における摩擦係数の平均値を摩擦係数Yとしたとき、
     摩擦係数の差[(摩擦係数X)-(摩擦係数Y)]が、0.12以下であることを特徴とする請求項16~18のいずれか1に記載の摩擦材。
     <測定条件C>
      制動初速度100km/h
      制動前ブレーキ温度80℃
      制動減速度0.2G
      測定回数8回
     <測定条件D>
      制動初速度100km/h
      制動前ブレーキ温度80℃
      制動減速度0.7G
      測定回数8回
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