(57)【要約】約５〜約５０μｍの平均粒子直径を有する二硫化タングステンのマクロ球状粒子から成る二硫化タングステン粉末は、噴霧乾燥させたメタタングステン酸アンモニウム粉末を空気中で連続的に熱で処理し、得られた三酸化タングステンを二硫化炭素含有雰囲気中で約７５０℃において硫化させることによって、調製される。この二硫化タングステン粉末はまた、マクロ球状粒子とそれより小さい分散したミクロン〜サブミクロン寸法の微細粒子との２モード粒子寸法分布を有するものとして形成させることもできる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
約５〜約５０μｍの平均粒子直径を有する二硫化タングステンの実質的球状粒子から成る二硫化タングステン粉末。
【請求項２】
前記平均粒子直径が約１０〜約２５μｍである、請求項１に記載の二硫化タングステン粉末。
【請求項３】
約５〜約５０μｍの平均粒子直径を有する二硫化タングステンの実質的球状粒子と約０．５〜約５μｍの平均粒子直径を有する二硫化タングステンの微細粒子とから成る二硫化タングステン粉末。
【請求項４】
前記実質的球状粒子が約１０〜約２５μｍの平均粒子直径を有する、請求項３に記載の二硫化タングステン粉末。
【請求項５】
前記微細粒子が約１〜約３μｍの平均粒子直径を有する、請求項３に記載の二硫化タングステン粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００２年１０月１０日付米国仮出願第６０／３１９６０３号、２００２年８月２３日付米国仮出願第６０／３１９４８６号及び２００３年８月１２日付米国出願（代理人整理番号０２−２−２２８）（出願番号はまだ付与されていない）の恩恵を主張するものである。
本発明は、遷移金属カルコゲニド潤滑剤に関する。より特定的には、本発明は、二硫化タングステン粉末に関する。
【背景技術】
【０００２】
二硫化タングステンは、殆どの有機系潤滑剤にとって一般的に不適な条件下｛例えば高い荷重、高い温度（空気中で５００℃まで）及び真空環境｝で潤滑性を提供するために乾燥塗膜として典型的に適用される固体状無機潤滑剤である。二硫化タングステン粉末は、様々なグリース、油又は自己潤滑性ポリマー中に潤滑性強化用添加剤として用いることができる。これらの用途の例は、米国特許第４０７５１１１号、同第４７１５９７２号及び同第５０１３４６６号の各明細書に記載されている。
【０００３】
図１に、従来技術の二硫化タングステン粉末のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。商品として入手できる二硫化タングステン粉末は一般的に、図１に示したように不規則形状の平たい小板から成る。これらの不規則小板は化学的に反応性のエッジを有し、このエッジがこの小板を機械部品に粘着させ、望ましくない化学反応を蒙らせると見なされてきた。球状フラーレン様二硫化タングステンナノ粒子は、二硫化タングステンの摩擦学的特性を改善することが示されている。かかる粒子は、国際公開ＷＯ０１／６６４６２Ａ２号パンフレットに記載されている。このフラーレン様ナノ粒子は、ＷＯ3を固体−気体反応においてＨ2Ｓで硫化させることによって作られている。その開示に依ると、その反応経路における温度は７５０℃〜８５０℃の範囲である。ＷＳ2粒子の寸法及び幾何学的形状は、還元されるＷＯ3粒子の寸法及び幾何学的形状によって決定されることがわかった。前駆体の酸化物粒子が大きい（約０．５μｍ）ほど転化が遅くなり、転化を完了させるためには９５０℃における余分なアニーリング工程を追加することが必要であるとされている。そこに記載された方法は、０．５μｍまでの球状粒子の製造に限定されている。しかしながら、より大きい粒子は、接合面がより高い表面粗さを有する場合のより一層良好な潤滑剤であると考えられる。
【特許文献１】米国特許第４０７５１１１号明細書
【特許文献２】米国特許第４７１５９７２号明細書
【特許文献３】米国特許第５０１３４６６号明細書
【特許文献４】国際公開ＷＯ０１／６６４６２Ａ２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明の概要
マクロ球状二硫化タングステン粒子を２工程プロセスで製造することができるということが見出された。この実質的に球状粒子は、約５〜約５０μｍ、より一層好ましくは約１０〜約２５μｍの平均粒子直径を有する。この粒子は傾向的に中空であって玉ねぎ様構造を有し、それによって外側層を剥がし取ることができる。そのため、粉末化された材料のフラクションはマクロ球状粒子のピースから成り、これはまさに割れた卵の殻のように見える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の工程において、噴霧乾燥させたメタタングステン酸アンモニウム（ＡＭＴ）粉末を空気中で約５００℃に加熱することによって、酸化タングステンのマクロ球状粒子を製造する。図２に、噴霧乾燥させたＡＭＴ粉末のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。この図２に示したように、噴霧乾燥させたＡＭＴ粒子は球状形態を有し、多数の粒子が中空の球から成るように見える。第２の工程において、前記酸化タングステン粒子を二硫化炭素含有雰囲気中で約７５０℃に加熱することによって二硫化タングステンに転化させる。
【０００６】
別の具体例においては、噴霧乾燥させたメタタングステン酸アンモニウム粉末を空気中で加熱し、得られた三酸化タングステンをタングステン金属粉末と混合し、この混合物を二硫化炭素中で約７５０℃において硫化することによって、マクロ球状二硫化タングステン粒子とそれより小さい分散したミクロン〜サブミクロン寸法の微細二硫化タングステン粒子との二モード分布のものが調製される。得られる二硫化タングステン粉末は、二モード分布で、マクロ球状二硫化タングステン粒子と、約０．５〜約５μｍの平均粒子直径を有する微細二硫化タングステン粒子とを含有する。この微細粒子は、約１〜約３μｍの平均粒子直径を有するのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
発明の詳しい説明
他のさらなる目的、利点及び可能性と共に本発明をより一層よく理解するためには、以下の開示及び添付した特許請求の範囲を添付した図面と関係づけて参照されたい。
【実施例】
【０００８】
以下、非限定的な実施例を示す。
【０００９】
例１
０．６３ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積を有する噴霧乾燥させたメタタングステン酸アンモニウム７５．００ｇをシリカトレー（４''×７''×１''）（約１０ｃｍ×約１８ｃｍ×約２．５ｃｍ）に添加し、次いでこれをThermolyne 6000炉内で空気中で５００℃に２時間加熱した。得られた酸化タングステンの黄色い固体は、６８．８１ｇの重量だった。図３に、この酸化物粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を示す。この図３に示したように、この酸化物粒子は実質的に球状だった。次に、この黄色い酸化物１２．６１ｇをシリカボート（４''×２''×１''）（約１０ｃｍ×約５ｃｍ×約２．５ｃｍ）に添加し、次いでこれをLindbergクラムシェル型炉中に収納された直径６０ｍｍの石英管中に入れた。二硫化炭素の浴に室温において窒素ガスを１立方フィート／時間（約２８リットル／時間）の流量で吹き込んだ。得られたガス混合物を室温において前記石英管に１時間通した。次いで炉を約８分間で約７５０℃に加熱し、約７５０℃に約２時間保った。得られた二硫化タングステンの灰色固体は、１３．３７ｇの重量だった。この二硫化タングステン粒子のＳＥＭ顕微鏡写真を図４に示す。黄色い酸化タングステン粒子と同様に、得られた二硫化タングステン粒子も実質的に球状の形状を有していた。追加の測定から、この二硫化タングステン粉末が７．１８ｍ2／ｇのＢＥＴ表面積及び３０．５μｍの平均粒子直径（Ｄ５０％、Malvern Mastersizer）を有することが測定された。
【００１０】
例２
噴霧乾燥させたメタタングステン酸アンモニウム粉末から作られた黄色い酸化タングステン８．４２１ｇを、Fisher Sub-Sieve Sizer（ＦＳＳＳ）によって測定して約０．７５μｍの平均粒子寸法を有するタングステン粉末（OSRAM SYLVANIA Type 10）３．３４０ｇと混合し、１オンス（約３０ｃｃ）のフリントガラスジャー中で塗料振盪機を用いて２０分間ブレンドした。混合された粉末を次いでシリカボートに加え、二硫化炭素含有雰囲気中で例１に記載したように加熱した。得られた二硫化タングステンの灰色固体は１３．４３ｇの重量だった。そのＳＥＭ顕微鏡写真を図５に示す。この図５からわかるように、この灰色固体は、マクロ球状粒子とそれより小さい分散したミクロン〜サブミクロン寸法の粒子との混合物から成ることが示された。二モード二硫化タングステン粉末の粒子寸法分布をMalvern Mastersizerで分析した。この寸法分布を図６に示す。
【００１１】
現時点で考えられる本発明の好ましい具体例を示して説明してきたが、添付した特許請求の範囲によって画定される本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更・改良を成すことができることは、当業者には自明であろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来技術の二硫化タングステン粉末のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図２】噴霧乾燥させたＡＭＴ粉末のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図３】本発明の方法によって作られた中間体の三酸化タングステン粉末のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図４】本発明のマクロ球状二硫化タングステン粉末のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図５】本発明の二モード二硫化タングステン粉末のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図６】二モード二硫化タングステン粉末の粒子寸法分布を表わしたグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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