火花塞制造技术

本发明专利技术提供了一种在绝缘体上有釉层的火花塞，其中，该釉层的Ｐｂ含量减小、能在相对较低温度下烧制、有极好的绝缘性能并能有光滑的表面。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及火花塞及其制造方法。用于汽车等的内置发动机的点火的火花塞通常包括金属壳，接地电极安装在该金属壳上；绝缘体，该绝缘体由氧化铝陶瓷等制成，布置在金属壳体内；以及中心电极，该中心电极布置在绝缘体内。绝缘体从金属壳的后开口中轴向凸出。火花塞线接头(下文称为“线接头”)插入绝缘体的凸出部分，并通过导电玻璃密封层、电阻器等与中心电极相连，该导电玻璃密封层是通过玻璃封接技术形成的。高压作用在线接头上，从而在整个接地电极和中心电极之间的间隙上产生火花。在某些组合条件下，例如，在升高的火花塞温度和升高的环境湿度下，则可能发生施加高电压也不能在该间隙上产生电火花，而是在线接头与凸出的绝缘体周围的金属壳之间产生一种称为跳火的放电。首先为了避免跳火，通常使用的绝大多数火花塞在绝缘体的表面有一釉层。釉层也可以起到使绝缘体表面变光滑的作用，从而防止变脏和增强该绝缘体的化学和机械强度。铅釉可以涂覆在作为绝缘体的氧化铝陶瓷上。铅釉是与较大量的PbO化合的硅酸盐玻璃，以便具有更低的软化点。不过，近年来，随着全球环境保护意识的增加，含铅的釉已经不使用了。例如，在汽车工业，需要大量的火花塞，考虑到废弃的火花塞对环境的不利影响，一个研究的目标是今后逐步淘汰铅釉。硼硅酸盐玻璃或碱性硼硅玻璃基的釉已经作为普通的铅釉的替代品，但是它们有自身的缺点，例如玻璃化转变点高或绝缘强度不够。为了解决该问题，JP-A-11-43351提出了一种包括调整过的Zn等成分含量的无铅的釉成分，以便增加玻璃的稳定性，同时不增加粘度(即不减小可流动性)，JP-A-11-106234公开了一种无铅的釉成分，它包含两种或多种碱成分的结合，以便提高绝缘强度。与普通绝缘陶瓷相比，在火花塞绝缘体上形成的釉层更易于升高温度，因为首先，火花塞装入汽车的发动机体内。而且，近年来，对于先进性能的发动机，施加在火花塞上的电压增加。因此，需要使用釉层，以便在严酷的使用条件下保持绝缘性能。由此，前面JP-A-11-106234所述的釉成分不能总是具有令人满意的高温绝缘性能，尤其是对形成于火花塞绝缘体上的釉层的性能(例如防跳火性能)的评估。在JP-A-11-43351和JP-A-11-106234中所述的成分，尤其是前者，有相当高的Zn成分含量(10至30mol％)。根据本专利技术人的研究，Zn的成分含量太高会很难获得光滑的上釉表面。当在象煤气炉那样含有大量蒸气的环境中烧制时，这种趋势更明显。本专利技术的一个目的是提供一种火花塞，该火花塞在其绝缘体上有釉层，其中，釉层的Pb含量减少，能在相对较低的温度下烧制，有极好的绝缘特性和能够有光滑表面。本专利技术能实现上述目的。第一方面，本专利技术提供了一种火花塞，该火花塞包括中心电极、金属壳和布置在中心电极和金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，该釉层的釉包括1mol％或更少的PbO形式的铅成分；25至60mol％的SiO2形式的Si成分；10至40mol％的B2O3形式的B成分；0.5至9.5mol％的ZnO形式的Zn成分；5至25mol％的BaO形式的Ba成分；分别成其氧化物的形式的Si成分、B成分、Zn成分和Ba成分的总含量为60至98mol％；分别成其氧化物的形式的Zn成分和Ba成分的总含量为9至30mol％；以及2至15mol％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Na2O、K2O或Li2O形式的Na成分、K成分和Li成分中选择。从环境保护考虑，本专利技术的前提是釉中的PbO形式的Pb成分含量为1.0mol％或更少。该前提不仅适用于前述本专利技术的第一方面，而且适用于下面将介绍的本专利技术的第二方面和第三方面。Pb成分含量减少到这种程度的釉在下文中称为无铅釉。当Pb成分在釉中成低化合价离子形式(例如Pb2+)时，它能够通过从釉层表面电晕放电等而氧化成高化合价离子(例如Pb3+)。如果发生这种情况，釉层的绝缘性能减小，这将引起跳火现象。从这一点上看，限制Pb含量也有利。优选是，Pb含量是0.1mol％或更少。除了微量的铅不可避免地包含于原料中之外，最优选是该釉基本不含Pb。用于本专利技术的第一方面的釉具有专门设计的成分，以便保证绝缘性能、优化点火温度和改进烧制光洁度(firing finish)，同时减小Pd含量。在普通的釉中，Pb成分在调节软化点时起着重要作用，也就是，Pb成分起到适度降低釉的软化点的作用，以保证在使用时的流动性。在无铅釉中，是B成分(B2O3)和碱金属成分起到软化点调节的作用。本专利技术人证明，B成分含量在特定范围内适于改进烧制光洁度(特别是B2O3形式的范围为从10至40mol％)。尤其是，当在象煤气炉那样含有大量蒸气的环境中烧制时，将B成分含量限制在该范围内非常有利。通过限制碱金属成分的总含量和B成分含量，有利于形成厚度均匀和没有缺陷例如晶粒(seed)或气泡的釉层。例如，在制备混合粉釉浆时，如果碱金属成分和B成分过量，则溶于分散介质如水中，以增加釉浆的粘性。当釉浆的粘度极度增加时(例如超过1000mPa·s)，则很难形成均匀厚度的涂层，并使夹带气泡的可能性增加。分别在特定范围内对碱金属成分含量和B成分含量进行合适选择，从而能很容易制备具有低粘性和令人满意的流动性的釉浆，以便形成厚度均匀且没有缺陷的釉层。具有减少的B成分含量的釉成分增大了与氧化铝陶瓷绝缘体之间的线性膨胀系数(即线性膨胀系数)差值，也提高了软化点，从而减小了烧制时的流动性。这在本专利技术的第一方面中通过增加Zn成分、Ba成分和碱金属成分来进行补偿。尽管Zn成分能有效增加线性膨胀系数，但本专利技术人发现添加太多的Zn将减小透明性，从而导致另一外观缺陷。因此，Zn成分含量限制在0.5至9.5mol％的范围，这低于普通釉成分，以避免该缺陷。在本专利技术的第一方面中对构成釉层的各成分含量的范围进行限制的理由将在下面详细介绍。当Si成分含量小于25mol％时，釉有太大的线性膨胀系数，容易形成如裂纹这样的缺陷，导致不能保证令人满意的釉光洁度，而保证令人满意的釉光洁度是第一方面的目的。另一方面，当Si成分含量超过60mol％时，釉的软化点太高，导致由于熔融不充分而引起的外观缺陷。优选是，Si成分的含量是35至55mol％。当B成分含量小于10mol％时，釉的软化点增加，导致烧制困难。当它大于40mol％时，釉层将产生褶皱，同时，根据其它成分的含量，有时也有如脱玻作用(devitrification)、绝缘性能减小和膨胀系数与基体绝缘体不匹配这样的问题。优选是，B成分含量是20至30mol％。当Zn成分含量小于0.5mol％时，釉有太大的线性膨胀系数，将会产生缺陷，例如裂纹和脱皮。因为Zn成分也能有效减小釉的软化点，因此缺少它将使软化点增大，这可能导致不充分的釉烧制。而Zn成分含量大于9.5mol％时，可能发生脱玻作用，使得釉层不透明，且釉层的绝缘性能将不充分。优选是，Zn成分含量是3至7mol％。Ba成分有利于提高绝缘性，并能有效提高耐久性(耐水)和强度。当Ba成分含量小于5mol％时，釉的绝缘特性降低，这可能导致防跳火性能不充分。当Ba成分超过25mol％时，软化点将变得太高，以至于不能进行烧制，且釉的线性膨胀系数将变得太大，将会产生缺陷，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火花塞，包括：中心电极；金属壳；以及布置在所述中心电极和所述金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，所述绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，所述釉层包括：１ｍｏｌ％或更少的ＰｂＯ形式的铅成分；２５至６０ｍ ｏｌ％的ＳｉＯ↓［２］形式的Ｓｉ成分；１０至４０ｍｏｌ％的Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］形式的Ｂ成分；０．５至９．５ｍｏｌ％的ＺｎＯ形式的Ｚｎ成分；５至２５ｍｏｌ％的ＢａＯ形式的Ｂａ成分；分别成其氧化物的形式的所述硅成分、所述硼成分、 所述锌成分和所述钡成分的总含量为６０至９８ｍｏｌ％；分别成其氧化物的形式的所述锌成分和所述钡成分的总含量为９至３０ｍｏｌ％；以及２至１５ｍｏｌ％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Ｎａ↓［２］Ｏ、Ｋ↓［２］Ｏ或Ｌｉ↓［２］Ｏ形式的钠 成分、钾成分和锂成分中选择。

【技术特征摘要】
JP 2000-2-29 54512/2000;JP 2000-2-29 54513/2000;JP1．一种火花塞，包括中心电极；金属壳；以及布置在所述中心电极和所述金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，所述绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，所述釉层包括1mol％或更少的PbO形式的铅成分；25至60mol％的SiO2形式的Si成分；10至40mol％的B2O3形式的B成分；0.5至9.5mol％的ZnO形式的Zn成分；5至25mol％的BaO形式的Ba成分；分别成其氧化物的形式的所述硅成分、所述硼成分、所述锌成分和所述钡成分的总含量为60至98mol％；分别成其氧化物的形式的所述锌成分和所述钡成分的总含量为9至30mol％；以及2至15mol％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Na2O、K2O或Li2O形式的钠成分、钾成分和锂成分中选择。2．一种火花塞，包括中心电极；金属壳；以及布置在所述中心电极和所述金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，所述绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，所述釉层包括1mol％或更少的PbO形式的铅成分；25至60mol％的SiO2形式的Si成分；10至40mol％的B2O3形式的B成分；1.5至20mol％的ZnO形式的Zn成分；5至25mol％的BaO形式的Ba成分；分别成其氧化物的形式的所述硅成分、所述硼成分、所述锌成分和所述钡成分的总含量为60至98mol％；分别成其氧化物的形式的所述锌成分和所述钡成分的总含量为9至30mol％；分别成其氧化物的形式的所述硼成分含量由NB2O3(mol％)表示，所述锌成分含量由NZnO(mol％)表示，钡成分含量由NBaO(mol％)表示，它们之间满足以下关系NB2O3＞NZnO和NBaO＞NZnO；以及2至15mol％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Na2O、K2O或Li2O形式的钠成分、钾成分和锂成分中选择。3．根据权利要求2所述的火花塞，其中所述釉层的成分满足以下关系NB2O3＞NBaO＞NZnO。4．根据权利要求2所述的火花塞，其中所述釉层包括3至9.5mol％以ZnO形式的所述锌成分。5．根据权利要求1或2所述的火花塞，其中所述釉层包括碱土金属R成分，其中R是钙、锶和钡中的至少一个，分别成氧化物RO形式的碱土金属R的成分含量NRO(mol％)大于10mol％，且所述含量NRO和以NZnO(mol％)表示的ZnO形式的所述锌成分含量满足以下关系0.1≤NZnO/(NRO+NZnO)≤0.4。6．根据权利要求1或2所述的火花塞，其中所述绝缘体在其轴向中部的外周有一向外凸出的部分，在所述凸起部分后面的所述绝缘体部分在其与所述凸出部分相邻的基部有一柱形，中心电极的顶端被认为是前面，所述釉层形成为以7至50μm的厚度覆盖所述柱形部分。7．一种火花塞，包括中心电极；金属壳；以及布置在所述中心电极和所述金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，所述绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，所述釉层包括1mol％或更少的PbO形式的铅成分；35至80mol％的第一成分，以釉成分的总量为基数，该第一成分包括5至60mol％的SiO2形式的Si成分和3至50mol％的B2O3形式的B成分；5至60mol％的第二成分，该第二成分包括Zn成分和碱土金属R成分中的至少一个，其中R是从Ca、Sr和Ba中选定的至少一个，Zn成分和R成分含量分别以ZnO和RO形式表示；第一成分和第二成分的总含量是65至98mol％；以及2至15mol％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Na2O、K2O或Li2O形式的Na成分、K成分和Li成分中选择；该绝缘体在其轴向中部的外周有向外凸出的部分，在所述凸起部分后面的绝缘体部分在其与所述凸出部分相邻的基部有柱形部分，中心电极的顶端被认为是前面；以及所述釉层形成为以厚度为7至50μm覆盖该柱形部分。8．根据权利要求7所述的火花塞，其中以釉成分总量为基数，所述第二成分包括0.5至20mol％的ZnO形式的Zn成分和5至55mol％的BaO形式的Ba成分。9．根据权利要求1、2或7所述的火花塞，其中所述釉层包括以下成分中的至少一个0.5至10mol％的Al2O3形式的Al成分；0.5至10mol％的CaO形式的Ca成分和0.5至30mol％的SrO形式的Sr成分；分别成其氧化物形式的所述Al成分、Ca成分和Sr成分的总含量为0.5至30mol％。10．一种火花塞，包括中心电极；金属壳；以及布置在所述中心电极和所述金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，所述绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，所述釉层包括1mol％或更少的PbO形式的铅成分；25至60mol％的SiO2形式的Si成分；10至40mol％的B2O3形式的B成分；0.5至9.5mol％的ZnO形式的Zn成分；0.1mol％或更多的BaO形式的Ba成分；0.1mol％或更多的SrO形式的Sr成分；分别成其氧化物的形式的Ba成分和Sr成分的总含量为5至25mol％；分别成其氧化物的形式的Si成分、B成分、Zn成分、Ba成分和Sr成分的总含量为60至98mol％；BaO形式的Ba成分含量以NBaO(mol％)表示，SrO形式的Sr成分含量以NSrO(mol％)表示，并满足以下关系4NBaO≤NSrO，以及2至15mol％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Na2O、K2O或Li2O形式的Na成分、K成分和Li成分中选择。11．一种火花塞，包括中心电极；金属壳；以及布置在所述中心电极和所述金属壳之间的氧化铝陶瓷绝缘体，所述绝缘体的表面的至少一部分覆盖有包括氧化物的釉层，其中，所述釉层包括1mol％或更少的PbO形式的铅成分；25至60mol％的SiO2形式的Si成分；10至40mol％的B2O3形式的B成分；0.5至9.5mol％的ZnO形式的Zn成分；0.1mol％或更多的BaO形式的Ba成分；0.1mol％或更多的SrO形式的Sr成分；分别成其氧化物的形式的Ba成分和Sr成分的总含量为5至25mol％；分别成其氧化物的形式的Si成分、B成分、Zn成分、Ba成分和Sr成分的总含量为60至98mol％；ZnO形式的Zn成分含量以NZnO(mol％)表示，BaO形式的Ba成分含量以NBaO(mol％)表示，SrO形式的Sr成分含量以NSrO(mol％)表示，它们总计为10至30mol％并满足以下关系NZnO/(NBaO+NSrO)≤0.7，以及2至15mol％的至少一种碱金属成分，该碱金属成分从Na2O、K2O或Li2O形式的Na成分、K成分和Li成分中选择。12．根据权利要求10或11所述的火花塞，其中所述釉层包括以下成分中的至少一个0.5至10mol％的Al2O3形式的Al成分；0.5至10mol％的CaO形式的Ca成分和0.5至10mol％的MgO形式的Mg成分；分别成其氧化物形式的所述Al成分、Ca成分和Mg成分的总含量为0.5至30mol％。13．根据权利要求10...

【专利技术属性】
技术研发人员：西川俭一，杉本诚，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]