用于火花塞绝缘体的具有改善的高温电性能的陶瓷制造技术

一种陶瓷，包括氧化铝约９０－约９９重量％，含锆化合物约０．０１－约１重量％，和氧化物混合物约１－约１０重量％。氧化物混合物包括玻璃形成体和网络改性剂，其中所述玻璃形成体与所述网络改性剂的摩尔比在约０．８∶１－１．２∶１的范围。该陶瓷绝缘体特别适用于火花塞绝缘体，以提供提高的介电强度和在１０００°Ｆ下大于１０００兆欧的分流电阻，使得减少了火花塞的分流和因此提高了火花塞产生火花的质量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术主要涉及陶瓷材料。更具体的，专利技术涉及用于火花塞绝缘体的陶瓷材料。2.相关技术火花塞、电热塞(glow plug)和其它用于内燃机的装置要遭受约1000℃的高温环境。通常，火花塞是要延伸到内燃机燃烧室中的装置，并产生火花点燃其中的空气和燃料的可燃混合物。具体的，火花塞典型的包括圆筒形的金属壳，金属壳具有用于旋进发动机部分中的外部螺纹，和在火花塞点火端还具有附于其上的勾形接地电极。圆筒形的绝缘体部分地放置在金属壳中，并向点火端轴向延伸出金属壳。在与点火端相对的火花塞终端，在圆筒形的绝缘体中放置导电终端。在点火端，在绝缘体中放置圆形中心电极，并向接地电极方向轴向伸出绝缘体，由此在电极间限定火花塞间隙。在操作中，通过火花塞施加最高到约40,000伏的点火电压脉冲到中心电极，由此引起火花穿越在中心和接地电极间的间隙。火花点燃燃烧室中的空气和燃料混合物以产生高温燃烧以向发动机提供动力。不幸的是，在燃烧室中的高电压高温环境能劣化火花塞的不同组分，随着时间，能不利的影响这些组分的性质，并随着时间改变点火脉冲的强度，最终降低火花的质量。特别是，陶瓷绝缘体的退化能导致通过绝缘体的介电击穿，这将建立另一条通过绝缘体的电通路，因此火花会不可靠的穿越中心和接地电极间的间隙。火花的质量影响空气和燃料的混合物的点燃(即燃烧效率、燃烧温度、燃烧产物)，因此影响发动机的功率输出和燃料效率性能和由空气和燃料燃烧产生的排放物的性质。由于对机动车排放规定的逐渐加强，希望维持高质量的火花以提供恒定的、一致的发动机性能和排放质量。火花的质量由包括陶瓷绝缘体材料的材料组成的几个因素决定。用于圆筒形绝缘体的陶瓷绝缘体材料是介电材料。通常由可以应用到材料而没有引起其损坏或电击穿的最大电场定义介电强度。对于例如火花塞的装置，介电强度通常由千伏/毫英寸表示(kV/mil)。对于给定的火花塞设计，绝缘体的尺寸是固定的，因此介电强度通常由击穿电压以kV表示而不是由kV/mil表示。对于用于许多应用的标准火花塞设计，火花塞介电强度的典型的值在室温下约为40kV左右。用于火花塞的陶瓷绝缘体的介电强度也是温度的函数。高温会引起某些离子在这些陶瓷材料中移动性的增加，产生小的泄漏电流通过陶瓷。电流的泄漏导致局部加热，这会逐渐降低材料的抗介电击穿能力。已经观察到陶瓷材料的抗介电击穿的能力会随着火花塞的寿命降低，这是由于在应用的电场下火花塞循环的热应力和由于伴随的热电疲劳。并没有完全的理解微观结构和/或组成改变的确切的本质，但相信与局部加热到足以引起陶瓷材料的部分熔融的温度相关。分流电阻是陶瓷的另一个重要的的性能，特别是对于那些用于火花塞中的陶瓷，通常是以兆欧度量的材料的电阻。对于火花塞分流电阻的典型值在约1000的操作温度下是约75-125兆欧左右。典型的在火花塞上测量分流电阻作为由陶瓷绝缘体产生的或与陶瓷绝缘体有关的电阻-在火花塞中心电极和金属壳间进行测量。换句话说，分流电阻可表示通过在中心电极和金属壳或外罩间的陶瓷绝缘体的电流泄漏量。尽管介电击穿是突然的不连续的过程，但低的分流电阻却是连续的附加损失的形式，在火花塞已经长期的使用后，这可最终导致灾难性的介电破坏的更高的可能性。介电强度的破坏和/或分流电阻最终导致火花塞的分流。火花塞的分流是，除了跨过中心电极和接地电极间火花间隙的通路之外在中心电极和金属外壳间建立不希望的并行导电通路的情况。分流通常会对火花塞产生的火花的质量产生不利的影响。在由于介电击穿引起分流的情况下，影响通常是破坏性的。然而，在由于减少的或不足够的分流电阻引起分流的情况下，影响可仅仅是降低火花塞的火花性能，从而降低发动机的性能，如上描述，或在火花塞已经长期的使用后，可导致灾难性的介电损失的增加的可能性。因此，希望生产使用具有高分流电阻的改进的陶瓷绝缘体材料的火花塞，该火花塞对于在高电压高温下长期使用时对介电强度的破坏是较不敏感的，因此对火花塞的分流条件也是较不敏感的，使得促进产生高质量的火花和提高发动机性能。专利技术概述通过本专利技术克服上面提到的现有技术的缺点，本专利技术提供一种陶瓷，特别是用作例如火花塞的点燃装置中的绝缘体的陶瓷。这种绝缘体具有提高的分流电阻和介电击穿性能，以减少火花塞的分流，并因此提高由火花塞产生的火花质量并提高发动机的性能。根据本专利技术的一个方面，该陶瓷包括约90-约99重量％的氧化铝，约0.01-约1重量％的含锆化合物，和约1-约10重量％范围的氧化物混合物。含锆化合物优选包括氧化锆(ZrO2)。氧化物混合物包括玻璃形成体和网络改性剂，其中玻璃形成体与网络改性剂的摩尔比在约0.8∶1-1.2∶1的范围。玻璃形成体可包括SiO2。网络改性剂可包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na2O、K2O和Li2O的至少一种。根据本专利技术的另一个方面，提供包括中心电极、金属壳和放置于中心电极和金属壳间的绝缘体的火花塞。绝缘体包括约90-约99重量％的氧化铝，约0.01-约1重量％的含锆化合物，和约1-约10重量％的氧化物混合物。氧化物混合物包括玻璃形成体和网络改性剂，其中玻璃形成体与网络改性剂的摩尔比在约0.8∶1-1.2∶1的范围。玻璃形成体可包括SiO2。网络改性剂可包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na2O、K2O和Li2O的至少一种。根据本专利技术另一个方面，提供包括金属壳、中心电极和绝缘体的火花塞，绝缘体放置在金属壳中和具有将中心电极放置于其中的中心腔。绝缘体包括氧化铝并具有在1000下大于1000兆欧的分流电阻。附图简要描述当连同下面详细的描述和附图进行考虑，将更容易理解本专利技术的这些和其它和特征和优点，其中类似的标记表示类似的元件，和其中附图说明图1显示了具有根据本专利技术陶瓷绝缘体的火花塞的部分的局部视图；图2是对于本专利技术陶瓷的几种材料组成变量，平均介电峰击穿值的主要影响图；图3是对于本专利技术陶瓷的几种材料组成变量，平均分流电阻值的主要影响图；图4是显示对于在本专利技术陶瓷中基体混合物的两种材料组成变量的固定分流电阻的等值线图；图5是CaO-SiO2-MgO相平衡图的示意图；图6是对于CaO-SiO2-MgO的相平衡图的局部示意图，显示了重叠的分流电阻等值线图优选实施方式的详细描述本专利技术主要涉及用于高温应用的点燃装置，例如火花塞、点火器和其它火花产生装置。结合附图1，显示了用于内燃机(没有显示出)的包括火花塞组件10的点燃装置，火花塞主要包括金属壳12、陶瓷绝缘体14、中心线组件16和接地电极18。如
公知的是，壳12通常是圆筒形的电导性的构件，具有中空的沿轴向长度延伸的腔20。在腔20中有一组与绝缘体14直径减少部分尺寸匹配的周向肩(circumferential shoulders)。类似于壳12，绝缘体14通常也是圆筒形构件，具有长的轴向腔22。绝缘体14的下部轴端包括通常延伸出壳12并超过其最下端部分的前端部分24。绝缘体轴向腔22用于容纳电导性的中心线组件16，中心线组件延伸整个火花塞10的整个轴向长度并通常包括在一端的端电极30和在另一端的中心电极32。当然这里显示的中心线组件16只是典型的实施方式，并能包括附加构件或具有省略的构件。接地电极18与壳12下轴端机械连接和电连接，通常形成L形结构。中心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷，包括　　　　约９０－约９９重量％的氧化铝；　　　　约０．０１－约１重量％的含锆化合物；和　　　　约１－约１０重量％的氧化物混合物；　　　　所述氧化物混合物包括　　　　玻璃形成体和　　　　　网络改性剂，　　　　其中所述玻璃形成体与所述网络改性剂的摩尔比在约０．８∶１－１．２∶１的范围。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ小沃尔克，
申请(专利权)人：联邦莫沃尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]