纤铁矿钛酸钾镁及其制备方法以及摩擦材料技术

提供一种具有式子Ｋ＃－［０．２－０．７］Ｍｇ＃－［０．４］Ｔｉ＃－［１．６］Ｏ＃－［３．７－４］表示的组成的纤铁矿钛酸钾镁及其制造方法，该方法包括用酸处理具有式子Ｋ＃－［０．８］Ｍｇ＃－［０．４］Ｔｉ＃－［１．６］Ｏ＃－［４］表示的组成的纤铁矿钛酸钾镁，然后煅烧产生的固体。这种纤铁矿钛酸钾镁能很好用于摩擦材料作为摩擦控制剂。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纤铁矿钛酸钾镁(lepidocrocite potassium magnesium)及其制备方法，还涉及一种摩擦材料。
技术介绍
此前用于形成制动部件的摩擦材料采用的是分散于有机或无机粘合剂中并由这些粘合剂结合的形式的石棉。然而，这些材料不具备充分的耐热性和耐磨损性能如摩擦系数和耐摩性，这些性能在高温区会下降，在实施制动时会导致其衰损现象常常发生。在实施制动时，摩擦材料与高速制动片的接触引起“制动噪音”的频繁发生。石棉是一种已知的致癌物质，容易成为粉尘。操作人员在操作期间会吸入石棉，鉴于这样的环境卫生问题，石棉的使用已日益受到限制。这些情况下，迫切需要研制石棉的代用品。针对这样的需求，已经提出使用非致癌的钛酸钾纤维摩擦材料作为摩擦控制剂，并已经主要广泛用于汽车的制动垫。含钛酸钾纤维的摩擦材料具有优良的滑动性能和良好的制动效果。不过，它们对制动片又几乎没有损害作用，这是一个非常有利的优点。然而，这种材料的耐磨性不够，尤其在高温区，其磨损速度较快。它们也不能对制动装置发出的“制动噪音”提供有效的解决办法。而且，由于是纤维形式，钛酸钾镁纤维体积庞大，流动性差，在制造摩擦材料时易出现沉积在进料通道的壁上和堵塞通道的倾向，而成为问题。日本专利公报平5-221759描述了具有正交晶系的层结构，即纤铁矿钛酸钾镁，它具有式K0.8Mg0.4Ti1.6O4表示的组成，长直径(长度)为5mm，短直径(宽度)为2-3mm，厚度为0.1-0.5mm。日本专利No.3027577描述了使用纤铁矿钛酸钾镁作为摩擦材料的摩擦控制剂。这样的摩擦材料在低温至高温区具有稳定的耐磨性能。然而，由于制动片和制动垫之间的接触温度高达1000℃或更高，长期连续使用数十小时以上的话，其耐热性有时会变差，可能导致高温区耐磨性降低和磨损量增加。因此，仍需要研制进一步提高耐热性和耐磨损性能的摩擦材料。
技术实现思路
本专利技术目的是提供新颖的纤铁矿钛酸钾镁，这种材料用作摩擦控制剂时能进一步提高耐热性和耐磨损性能，本专利技术还提供制造这种材料的方法以及使用这种材料的摩擦材料。要达到上述目的，本专利技术人进行了深入持久的研究后，成功地获得了适合用作摩擦控制剂的新颖的纤铁矿钛酸钾镁，以及显著提高耐热性和耐磨损性能并享有高产率的摩擦材料。即是，本专利技术涉及通式K0.2-0.7Mg0.4Ti1.6O3.7-4表示的纤铁矿钛酸钾镁，涉及制造这种材料的方法和使用这种材料的摩擦材料。本专利技术制造方法的特点是包括下列步骤，在具有式子K0.8Mg0.4Ti1.6O4表示的组成的纤铁矿钛酸钾镁的含水浆液中加入一种酸，同时调节该浆液pH至6-9，较好为6.5-8.5，更好为6.5-7.5，从该浆液分离出固体，然后煅烧所述固体。本专利技术摩擦控制剂的特点是包含本专利技术的纤铁矿钛酸钾镁或者是通过本专利技术方法制得的纤铁矿钛酸钾镁。本专利技术摩擦材料的特点是含有1-80％(重量)本专利技术的纤铁矿钛酸钾镁或通过本专利技术方法制得的纤铁矿钛酸钾镁。本专利技术的纤铁矿钛酸钾镁(除非另外特别指出，下面简称为KTMO)具有层状结构，具有和温度无关的耐热性和耐磨损性能。由于纤铁矿钛酸钾镁和钛酸钾纤维不同，不以纤维形式存在，因此，在生产过程中几乎不会堵塞进料通道和由于存在可吸入的纤维而使操作环境劣化。含KTMO作为摩擦控制剂的摩擦材料能在低温至高温区域内显示极稳定的耐热性和耐磨损性能(如耐磨性和摩擦系数)。即使在数十小时以上的长期使用中仍能保持其极稳定的耐热性和耐磨损性能。因此，本专利技术的摩擦材料用于制动部件，如安装在汽车、飞机、火车和工厂设备的制动装置中的离合器衬片、制动内衬和盘垫，不仅提高和稳定了制动功能而且延长了其使用寿命。含本专利技术KTMO的摩擦材料能提供这样的优良性能的原因还不清楚，但是，可以推测是由于相对于现有技术的式子K0.8Mg0.4Ti1.6O4表示的纤铁矿钛酸钾镁，本专利技术的KTMO具有更高的熔点，以及它们之间的结构差异。本专利技术的纤铁矿钛酸钾镁(KTMO)一般具有下式代表的组成K0.2-0.7Mg0.4Ti1.6O3.7-4(1)并具有正交晶层结构。从耐磨损性能考虑，较好的KTMO是由下式代表的KTMOK0.2-0.5Mg0.4Ti1.6O3.7-4(2)其钾含量在0.2-0.5摩尔范围内。本专利技术的KTMO具有类似于云母、贝壳碎片等的片层形状。本专利技术的KTMO的X-射线衍射谱(附图说明图1)与式子K0.8Mg0.4Ti1.6O4(a)代表的现有技术的纤铁矿钛酸钾镁(此后称为KTMO-a)的X-射线衍射谱(ICDD Card No.35-0046，图2)实质上是对应的，这表明本专利技术的KTMO可能保持，缺少一部分钾但保留正交晶系层状结构的结晶状态。由于钾一般是以K2O形式缺少的，可认为本专利技术的纤铁矿钛酸钾镁由下式表示KxMg0.4TI1.6O4-y其中，x满足x＝0.2-0.7，y满足y＝(0.8-x)/2。然而，很难准确测定实际制备的化合物中氧的组成比。因此，在本
，假设氧未缺少，化合物可由下式表示KxMg0.4Ti1.6O4这种化合物应该认为和上式表示的化合物相同。热分析(TG DTA，图3本专利技术的KTMO，图4KTMO-a)揭示本专利技术KTMO的熔点约为1375℃，已知物质的KTMO-a熔点约为1300℃。在这方面，它们明显是不同的无机物。本专利技术的KTMO，其长直径和短直径的算术平均值((长直径+下直径)/2)、长直径与短直径之比(长直径/短直径)和平均厚度可以有很宽范围，可以根据所需的最终用途适当选择。为提供含有作为摩擦控制剂的KTMO的摩擦材料足够的耐热性和滑动性能，使用的KTMO，其长直径和短直径的算术平均值一般约在0.1-100微米范围，较好为1-30微米，长直径与短直径之比为1至小于5，较好为1至小于3，厚度一般在50-5,000nm范围，较好为200-2,000nm。通过扫描电子显微镜可测定长直径、短直径和厚度的这些数值。长直径和短直径的算术平均值、长直径与短直径之比以及平均厚度是分别对20个颗粒测定的算术平均值。长直径是各个片状颗粒在其片形平面上的最长直径。短直径则是各个片状颗粒在其片形平面上的最短直径。特别好的KTMO的长直径和短直径的算术平均值一般在约0.1-100微米范围，长直径与短直径之比在1至小于5范围，厚度一般在50-5,000nm范围，并以片状形式存在。例如，可以通过在KTMO-a的浆液中加入酸，进行混合，然后从该浆液中分离出固体，然后煅烧所述固体，来制造本专利技术的KTMO。例如，可通过混合钛、钾和镁的原材料，加入助熔剂，随后充分混合，将该混合物于1,000-1,100℃煅烧1-8小时。可从含钛化合物中任选出钛原材料，其具体例子包括二氧化钛、金红石、氢氧化钛湿焦饼、含水二氧化钛等。这样的钛原材料可以单独使用或混合使用。钾原材料可选自受热时会形成氧化钾的化合物，这些化合物的具体例子包括氧化钾、碳酸钾、氢氧化钾、硝酸钾等。这样的钾原材料可以单独使用或混合使用。钾原材料还可以和少量任何其它碱金属的一种或多种氧化物、碳酸盐、氢氧化物和硝酸盐混合。镁原材料的例子包括氢氧化镁、碳酸镁、氟化镁等。这样的镁原材料可以单独使用或混合使用。钛、钾和镁原材料以Ti∶K∶Mg＝4∶2∶1(摩本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有式子Ｋ↓［０．２－０．７］Ｍｇ↓［０．４］Ｔｉ↓［１．６］Ｏ↓［３．７－４］表示的组成的纤铁矿钛酸钾镁。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川博，高桥滋男，糸井伸树，稲田幸辅，
申请(专利权)人：大塚化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]