一鈦酸鉀晶須簡介
1 鈦酸鉀晶須的分類與結構
1.1 鈦酸鉀晶須的分類
鈦酸鉀晶須是指一類化學式為k2o·ntio2或k2tino2n+1的、微型外觀為針狀晶體的無機高分子化合物，式中n=2、4、6、8，分別稱二鈦酸鉀晶須、四鈦酸鉀晶須、六鈦酸鉀晶須和八鈦酸鉀晶須。在摩擦材料中，一般只使用六鈦酸鉀晶須和八鈦酸鉀晶須。
從結晶學角度講，完整晶體是材料的最高強度形式。理想完整晶體難以得到實際應用，近似於理想晶體的晶須和近似於晶須的纖維狀材料則已經得到應用。晶須是目前已知纖維中強度最高的一種，其力學效能幾乎等於原子間的作用力。
晶須強度高的原因，主要是由於晶須的直徑小，容納不下使晶體削弱的空隙、位錯和不完整等缺陷。晶須的直徑為微公尺級，斷面呈多角形，沒有顯著的疲勞效應，在切斷、磨粉或其它的施工操作中，不會降低其強度，也不會改變其效能。因此，與鈦酸鉀晶須對應的還有鈦酸鉀纖維或其它表現形式，如鱗片狀鈦酸鉀等，其化學式與鈦酸鉀晶須相同。
故在談到鈦酸鉀時，一般要指明是鈦酸鉀晶須還是鈦酸鉀纖維或鱗片狀鈦酸鉀。從化學組成來說，鈦酸鉀晶須和鈦酸鉀纖維沒有本質的區別，機械效能方面及熱效能上則是有區別的。一般說來，鈦酸鉀纖維有一定的韌性，質輕，堆比重較小，為0.
1～0.3, 而鈦酸鉀晶須則存在脆性，易斷裂，質重，堆比重為0.4～0.
7，表現在複合材料上，則鈦酸鉀晶須更容易與基體材料混合均勻。
1.2 鈦酸鉀的晶體結構
表1列出了幾種鈦酸鉀晶體的結晶學引數。晶體結構如圖1～2所示。
圖1 二、
四、六鈦酸鉀的晶體結構圖圖2 八鈦酸鉀的晶體結構圖
表1 k2ti2o5、k2ti4o9、k2ti6o13、k2ti8o17等的結晶學資料
從表1可以看出，鈦酸鉀均屬於單斜晶系，而且也都屬於c2/m點群。二鈦酸鉀晶體結構中，ti的配位數為5，以tio5三角雙錐體通過共頂點鏈結而成連鎖的層狀結構，層面與晶體軸平行，層間距為6.5埃，k＋離子居層間，具有化學活性。
四鈦酸鉀晶體結構中，ti的配位數為6，以tio6八面體通過共稜和共頂角鏈結而成連鎖的層狀結構，層面與晶體軸平行，層間距為8.5埃，k＋離子居層間，亦具有化學活性。二鈦酸鉀和四鈦酸鉀晶體的層狀結構，層間k＋離子可以與其它陽離子交換，將廢水中的重金屬離子交換出來，達到處理重金屬離子的目的；而部分k＋離子溶出，則可以合成六鈦酸鉀和八鈦酸鉀。
六鈦酸鉀晶體結構中，ti的配位數為6，以tio6八面體通過共稜和共面鏈結而成連鎖的隧道式結構，k＋離子居於隧道中間，與環境隔開，使k＋離子不具備化學活性，並具備許多獨特效能。八鈦酸鉀晶體結構中，ti的配位數為6，以tio6八面體通過共邊和共角鏈結而成連鎖的隧道式結構，k＋離子亦居於隧道中間，與環境隔開，使k＋離子不具備化學活性。
2 國內外鈦酸鉀生產情況
國際上最早生產和銷售鈦酸鉀纖維的是日本的otsuka chemical，後來又有幾家日本企業生產鈦酸鉀產品，如titan kogyo, kubota, krahn chemie, toho titanium等, 2023年otsuka chemical就具備了年產1200噸的生產能力，整個日本鈦酸鉀產品的年生產能力超過5000噸。日本生產的鈦酸鉀產品主要是六鈦酸鉀纖維、八鈦酸鉀纖維、鱗片狀六鈦酸鉀和八鈦酸鉀等。國外生產鈦酸鉀產品的主要是日本。
國內首家具備生產能力的是上海晶須複合材料製造****，上海晶須複合材料製造****組建於2023年1月，設計生產能力5000噸/年，現生產能力300～500噸/年和湖南嶽陽生產基地，主要生產鈦酸鉀晶須、其產品的優越性質量穩定，純度高大於98%、ph:7-8。
3 上海晶須複合材料製造****生產的產品
2023年初，開始籌建上海晶須複合材料製造****，並於當年投產。因為是自主智財權，對鈦酸鉀晶須的生產裝置和生產工藝仍然在不斷改進和不斷完善之中。
上海晶須複合材料製造****以六鈦酸鉀晶須為主導產品，輔以生產四鈦酸鉀晶須、八鈦酸鉀晶須和鈦酸晶須以及後續產品六太酸鈉晶須、三太酸鈉晶須。同時以特殊加工方法，將鈦酸鉀晶須作成粉末，得到1～3μm左右的六鈦酸鉀粉末、八鈦酸鉀粉末和鈦酸粉末，以滿足不同使用者的需求。
表2是上海晶須複合材料製造****生產的六鈦酸鉀晶須的效能指標。其它鈦酸鉀晶須的效能指標不在此一一列出
表2 六鈦酸鉀晶須效能表
從表2中可以看出，六鈦酸鉀晶須的導熱係數較小，與溫石棉的導熱係數接近（～0.06w/m·k）,且具有負溫度係數（溫度越高導熱係數越低），化學效能穩定，且無毒無害，是比較理想的石棉替代材料。
圖3是南韓對上海晶須複合材料製造****六鈦酸鉀晶須產品的較為詳細的對照檢驗報告。在圖3中，，結果是：上海晶須複合材料製造****六鈦酸鉀晶須不存在矽、鐵等雜質；上海晶須複合材料製造****六鈦酸鉀晶須粒子相對較大；堆比重上有區別，上海晶須複合材料製造****的六鈦酸鉀晶須堆比重為0.
612，日本產品鱗片狀為0.095，纖維狀為0.295。
上海晶須複合材料製造****生產的六鈦酸鉀晶須、八鈦酸鉀均可以用於摩擦材料。到目前為止，國內已經有1000多家剎車片生產廠家索取了六鈦酸鉀晶須，其中山東金麒麟基團、山東信義基團等已經評價合格，並有部分高檔轎車剎車片出口，其它企業正在評價之中。國外日本伊藤忠商務****索取了該公司的六鈦酸鉀晶須，並在日本作摩擦材料試驗，4月底已經結束，結果ok；南韓也已經完成了六鈦酸鉀晶須的評價，並與其它同類產品進行了比較，見圖3；歐洲國家也有企業拿到了六鈦酸鉀晶須樣品，評價結果還未反饋回來。
圖3 南韓測試結果
二摩擦材料
1 六鈦酸鉀晶須在摩擦材料中所其的作用
1.1 增加安全效能
使用了六鈦酸鉀晶須的剎車片，在機動車剎車過程中，能夠使剎車片的摩擦係數不發生大的變化，尤其是長時間剎車過程中，不會因為剎車時導致剎車片溫度的公升高引起剎車片的失效或「抱死」，從而提高了剎車片使用過程中的安全效能。
六鈦酸鉀晶須增強安全效能的主要原理是：剎車過程中剎車片與剎車鼓不斷摩擦，快速釋放出巨大的能量，這些能量大部分以紅外線的形式釋放，六鈦酸鉀晶須對紅外線的反射能力強（見表3），所以，摩擦過程中產生的相當一部分的能量被剎車片中的六鈦酸鉀晶須反射，從而減緩了剎車片本身溫度的公升高，即使長時間使用，也因為六鈦酸鉀晶須使用溫度為1000℃，也提高了剎車片的使用溫度，確保了剎車片制動過程的安全效能；六鈦酸鉀晶須的導熱係數較低，而且溫度越高，導熱係數越低，也減緩了摩擦過程中能量的傳遞速率，降低了剎車片的公升溫速率，也確保了制動過程的安全效能。
表3 六鈦酸鉀紙狀成形體的紅外線反射效能
具有高紅外線反射率和低導熱係數的六鈦酸鉀晶須實際上是一種結構隔熱材料。圖5是一些材料的紅外線反射圖，從圖5可以看出，紅外線反射效果能夠與六鈦酸鉀晶須媲美還有一種是六鈦酸鈉。
1.2 減小剎車噪音
從表2 中可以看到，六鈦酸鉀晶須本身具有高溫吸音效能。
剎車片在制動過程中因與剎車鼓摩擦既釋放出巨大的能量，伴隨著剎車片的溫度快速公升高，又產生了較大的噪音，對環境形成了噪音汙染。六鈦酸鉀晶須的加入，對減小制動產生從噪音會起到積極的作用。
1.3 減少環境汙染
同為摩擦材料的石棉，不僅在製作剎車片的過程中對人構成傷害和給周圍環境帶來汙染，而且報廢了石棉剎車片也會對環境構成汙染。六鈦酸鉀晶須則不僅化學效能穩定，而且無毒無害，不會傷及人類安全和構成環境汙染。另外，晶須不像纖維，在制動過程中因摩擦產生的粉塵可能會飄浮在空氣中並吸入體內，而是迅速沉降到地面，避免了對人體的傷害和大氣的汙染。
1.4 延長使用壽命
六鈦酸鉀晶須的相容性極好，與有機和無機類材料能夠保持極好的相容性。
對於樹脂剎車片來說，使用玻璃纖維作摩擦材料，玻璃纖維與基材不融合，制動系統高溫時，基體樹脂軟化，玻璃纖維脫落，造成磨損量增大。使用金屬纖維作摩擦材料，高溫耐磨損及耐衰減性優，但質量大，高溫摩擦時引**花。玻璃纖維與金屬纖維摩擦材料則需要均勻復合，不均勻時必須振動混勻，此復合類摩擦材料具有優良的抗衝擊效能。
耐熱性有機纖維摩擦材料的抗衝擊性差，磨耗量大，而且比石棉纖維摩擦材料的耐熱性差，高溫熔融會發生分解，釋放出氣體，摩擦係數低，易引起衰減現象。玻璃纖維、金屬纖維、耐熱性有機纖維或復合類摩擦材料和石棉類摩擦材料比較，高溫時有較差的耐磨損性及衰減性。
石棉類摩擦材料在230℃時出現衰減現象，六鈦酸鉀晶須類摩擦材料在350℃時也沒出現衰減現象，仍然能夠維持穩定的摩擦效能。
由於六鈦酸鉀晶須的莫氏硬度只有4，存在於剎車片中，抗衝擊效能優良，不吸潮、不與水起化學反應，可消除衰減現象，對剎車鼓和剎車片本身的磨損量會相對減小，同時，六鈦酸鉀晶須對摩擦過程中能量的反射和能量的緩慢傳遞，致使剎車片的溫度公升高緩慢，保持了摩擦係數的穩定性，也減小了磨損量，從而提高了剎車片的使用壽命。
2 與其它摩擦材料的比較
傳統的摩擦材料以石棉為主，因為石棉對環境汙染嚴重，對人體也具有潛在的致命的危險。當石棉的細微細微飛散在空氣中被人體吸入，人體就會患上嚴重的疾病，包括使人的肺部產生瘢痕的石棉沉著病和另一種罕見的癌症間皮瘤。石棉導致的疾病潛伏期相對長，甚至可達40年之久。
正因為知道了石棉的危害，人類才逐步探索石棉的替代材料，也才有了後來的玻璃纖維、金屬纖維、耐熱性有機纖維如凱夫拉（kevlar）纖維等等。
表4 一些摩擦材料的效能資料
表4列出了一些常用材料的效能資料。從表4中可以看出，鈦酸鉀晶須的導熱係數相對說來較小，機械效能亦良好，是較為理想的摩擦材料。圖6給出了beo、mgo、al2o3、zro2等的導熱係數圖，相對說來，這些材料的導熱係數都比六鈦酸鉀晶須的導熱係數大。
圖6 部分材料的導熱係數圖