專利名稱：：用于火花塞絕緣體的具有改善的高溫電性能的陶瓷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明主要涉及陶瓷材料。更具體的，發(fā)明涉及用于火花塞絕緣體的陶瓷材料。
背景技術(shù)：
：火花塞、電熱塞(glowplug)和其它用于內(nèi)燃機(jī)的裝置要遭受約100(TC的高溫環(huán)境。通常，火花塞是要延伸到內(nèi)燃機(jī)燃燒室中的裝置，并產(chǎn)生火花點(diǎn)燃其中的空氣和燃料的可燃混合物。具體的，火花塞典型的包括圓筒形的金屬殼，金屬殼具有用于旋進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)部分中的外部螺紋，和在火花塞點(diǎn)火端還具有附于其上的勾形接地電極。圓筒形的絕緣體部分地放置在金屬殼中，并向點(diǎn)火端軸向延伸出金屬殼。在與點(diǎn)火端相對的火花塞終端，在圓筒形的絕緣體中放置導(dǎo)電終端。在點(diǎn)火端，在絕緣體中放置圓形中心電極，并向接地電極方向軸向伸出絕緣體，由此在電極間限定火花塞間隙。在操作中，通過火花塞施加最高到約40，000伏的點(diǎn)火電壓脈沖到中心電極，由此引起火花穿越在中心和接地電極間的間隙?；鸹c(diǎn)燃燃燒室中的空氣和燃料混合物以產(chǎn)生高溫燃燒以向發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。不幸的是，在燃燒室中的高電壓高溫環(huán)境能劣化火花塞的不同組分，隨著時(shí)間，能不利的影響這些組分的性質(zhì)，并隨著時(shí)間改變點(diǎn)火脈沖的強(qiáng)度，最終降低火花的質(zhì)量。特別是，陶瓷絕緣體的退化能導(dǎo)致通過絕緣體的介電擊穿，這將建立另一條通過絕緣體的電通路，因此火花會(huì)不可靠的穿越中心和接地電極間的間隙。火花的質(zhì)量影響空氣和燃料的混合物的點(diǎn)燃(即燃燒效率、燃燒溫度、燃燒產(chǎn)物)，因此影響發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出和燃料效率性能和由空氣和燃料燃燒產(chǎn)生的排放物的性質(zhì)。由于對機(jī)動(dòng)車排放規(guī)定的逐漸加強(qiáng)，希望維持高質(zhì)量的火花以提供恒定的、一致的發(fā)動(dòng)機(jī)性能和排放質(zhì)量?；鸹ǖ馁|(zhì)量由包括陶瓷絕緣體材料的材料組成的幾個(gè)因素決定。用于圓筒形絕緣體的陶瓷絕緣體材料是介電材料。通常由可以應(yīng)用到材料而沒有引起其損壞或電擊穿的最大電場定義介電強(qiáng)度。對于例如火花塞的裝置，介電強(qiáng)度通常由千伏/毫英寸表示(kV/mil)。對于給定的火花塞設(shè)計(jì)，絕緣體的尺寸是固定的，因此介電強(qiáng)度通常由擊穿電壓以kV表示而不是由kV/mil表示。對于用于許多應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)火花塞設(shè)計(jì)，火花塞介電強(qiáng)度的典型的值在室溫下約為40kV左右。用于火花塞的陶瓷絕緣體的介電強(qiáng)度也是溫度的函數(shù)。高溫會(huì)引起某些離子在這些陶瓷材料中移動(dòng)性的增加，產(chǎn)生小的泄漏電流通過陶瓷。電流的泄漏導(dǎo)致局部加熱，這會(huì)逐漸降低材料的抗介電擊穿能力。已經(jīng)9觀察到陶瓷材料的抗介電擊穿的能力會(huì)隨著火花塞的壽命降低，這是由于在應(yīng)用的電場下火花塞循環(huán)的熱應(yīng)力和由于伴隨的熱電疲勞。并沒有完全的理解微觀結(jié)構(gòu)和/或組成改變的確切的本質(zhì)，但相信與局部加熱到足以引起陶瓷材料的部分熔融的溫度相關(guān)。分流電阻是陶瓷的另一個(gè)重要的的性能，特別是對于那些用于火花塞中的陶瓷，通常是以兆歐度量的材料的電阻。對于火花塞分流電阻的典型值在約1000°F的操作溫度下是約75-125兆歐左右。典型的在火花塞上測量分流電阻作為由陶瓷絕緣體產(chǎn)生的或與陶瓷絕緣體有關(guān)的電阻-在火花塞中心電極和金屬殼間進(jìn)行測量。換句話說，分流電阻可表示通過在中心電極和金屬殼或外罩間的陶瓷絕緣體的電流泄漏量。盡管介電擊穿是突然的不連續(xù)的過程，但低的分流電阻卻是連續(xù)的附加損失的形式，在火花塞已經(jīng)長期的使用后，這可最終導(dǎo)致災(zāi)難性的介電破壞的更高的可能性。介電強(qiáng)度的破壞和/或分流電阻最終導(dǎo)致火花塞的分流。火花塞的分流是，除了跨過中心電極和接地電極間火花間隙的通路之外在中心電極和金屬外殼間建立不希望的并行導(dǎo)電通路的情況。分流通常會(huì)對火花塞產(chǎn)生的火花的質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。在由于介電擊穿引起分流的情況下，影響通常是破壞性的。然而，在由于減少的或不足夠的分流電阻引起分流的情況下，影響可僅僅是降低火花塞的火花性能，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，如上描述，或在火花塞已經(jīng)長期的使用后，可導(dǎo)致災(zāi)難性的介電損失的增加的可能性。因此，希望生產(chǎn)使用具有高分流電阻的改進(jìn)的陶瓷絕緣體材料的火花塞，該火花塞對于在高電壓高溫下長期使用時(shí)對介電強(qiáng)度的破壞是較不敏感的，因此對火花塞的分流條件也是較不敏感的，使得促進(jìn)產(chǎn)生高質(zhì)量的火花和提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
發(fā)明內(nèi)容通過本發(fā)明克服上面提到的現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種陶瓷，特別是用作例如火花塞的點(diǎn)燃裝置中的絕緣體的陶瓷。這種絕緣體具有提高的分流電阻和介電擊穿性能，以減少火花塞的分流，并因此提高由火花塞產(chǎn)生的火花質(zhì)量并提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，該陶瓷包括約90-約99重量％的氧化鋁，約0.01_約1重量％的含鋯化合物，和約i-約10重量％范圍的氧化物混合物。含鋯化合物優(yōu)選包括氧化鋯(Zr02)。氧化物混合物包括玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改性劑，其中玻璃形成體與網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約o.8:l-i.2:i的范圍。玻璃形成體可包括sio"網(wǎng)絡(luò)改性劑可包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na20、K20和Li20的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供包括中心電極、金屬殼和放置于中心電極和金屬殼間的絕緣體的火花塞。絕緣體包括約90-約99重量％的氧化鋁，約0.01-約1重量％的含鋯化合物，和約i-約10重量％的氧化物混合物。氧化物混合物包括玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改性劑，其中玻璃形成體與網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約o.s:l-i.2:i的范圍。玻璃形成體可包括Si02。網(wǎng)絡(luò)改性劑可包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na20、K20和Li20的至少一種。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面，提供包括金屬殼、中心電極和絕緣體的火花塞，絕緣體放置在金屬殼中和具有將中心電極放置于其中的中心腔。絕緣體包括氧化鋁并具有在1000°F下大于1000兆歐的分流電阻。當(dāng)連同下面詳細(xì)的描述和附圖進(jìn)行考慮，將更容易理解本發(fā)明的這些和其它和特征和優(yōu)點(diǎn)，其中類似的標(biāo)記表示類似的元件，和其中圖1顯示了具有根據(jù)本發(fā)明陶瓷絕緣體的火花塞的部分的局部視圖；圖2是對于本發(fā)明陶瓷的幾種材料組成變量，平均介電峰擊穿值的主要影響圖；圖3是對于本發(fā)明陶瓷的幾種材料組成變量，平均分流電阻值的主要影響圖；圖4是顯示對于在本發(fā)明陶瓷中基體混合物的兩種材料組成變量的固定分流電阻的等值線圖；圖5是CaO-SiO廠MgO相平衡圖的示意圖；圖6是對于CaO-S叫-MgO的相平衡圖的局部示意圖，顯示了重疊的分流電阻等值線圖具體實(shí)施例方式本發(fā)明主要涉及用于高溫應(yīng)用的點(diǎn)燃裝置，例如火花塞、點(diǎn)火器和其它火花產(chǎn)生裝置。結(jié)合附圖l，顯示了用于內(nèi)燃機(jī)(沒有顯示出)的包括火花塞組件10的點(diǎn)燃裝置，火花塞主要包括金屬殼12、陶瓷絕緣體14、中心線組件16和接地電極18。如
技術(shù)領(lǐng)域：
公知的是，殼12通常是圓筒形的電導(dǎo)性的構(gòu)件，具有中空的沿軸向長度延伸的腔20。在腔20中有一組與絕緣體14直徑減少部分尺寸匹配的周向肩(circumferentialshoulders)。類似于殼12，絕緣體14通常也是圓筒形構(gòu)件，具有長的軸向腔22。絕緣體14的下部軸端包括通常延伸出殼12并超過其最下端部分的前端部分24。絕緣體軸向腔22用于容納電導(dǎo)性的中心線組件16，中心線組件延伸整個(gè)火花塞10的整個(gè)軸向長度并通常包括在一端的端電極30和在另一端的中心電極32。當(dāng)然這里顯示的中心線組件16只是典型的實(shí)施方式，并能包括附加構(gòu)件或具有省略的構(gòu)件。接地電極18與殼12下軸端機(jī)械連接和電連接，通常形成L形結(jié)構(gòu)。中心電極32的暴露端和接地電極18的側(cè)表面彼此相對，因此在火花塞10的點(diǎn)火端36限定火花間隙34。在操作中，終端電極30接收來自點(diǎn)燃系統(tǒng)(沒有顯示)的高電壓點(diǎn)燃脈沖，脈沖沿著中心線組件16—直傳輸?shù)街行碾姌O32的下部暴露端。如果脈沖具有足夠的能量導(dǎo)通火花間隙34，在中心電極32和接地電極18間形成火花，耐接地電極18通過殼12接地到發(fā)動(dòng)機(jī)?；鸹c(diǎn)燃預(yù)先射入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的燃料/空氣混合物，接著引發(fā)用于向發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的燃燒過程。提供前面的解釋作為點(diǎn)燃裝置結(jié)構(gòu)和操作的通常概述。提供關(guān)于根據(jù)本發(fā)明陶瓷絕緣體14的附加細(xì)節(jié)。本發(fā)明絕緣體14是氧化鋁基陶瓷。通常，氧化鋁基陶瓷包括在氧化物混合物基體中的細(xì)的結(jié)晶A1203顆粒。氧化物混合物優(yōu)選是通常為非晶態(tài)的玻璃基體，例如各種類型的硅酸鹽玻璃，但也可包括晶體材料作為氧化物混合物的一部分。氧化鋁基陶瓷會(huì)具有相對高的機(jī)械和介電強(qiáng)度，也具有高的電阻和低的介電損耗，且已知在相對寬的溫度范圍保持這些性能。但由于材料中雜質(zhì)、熱疲勞、高電壓、高操作溫度等會(huì)降低氧化鋁陶瓷的性能。Manning的US專利4，879，260指出在氧化鋁基陶瓷中氧化鋯的添加會(huì)正面影響其機(jī)械強(qiáng)度，特別是，當(dāng)氧化鋯構(gòu)成該組合物的0.5-1.Owt^時(shí)。然而，本發(fā)明的焦點(diǎn)不是提高氧化鋁基陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，而是提供具有提高的介電強(qiáng)度和分流電阻的陶瓷絕緣體，使得特別適于在點(diǎn)燃裝置中使用。為了這個(gè)目的，進(jìn)行的11實(shí)驗(yàn)包括改變氧化鋁的量、包括氧化物混合物基體的材料和相關(guān)的量、和氧化鋯的量以獲得具有提高的介電強(qiáng)度或分流電阻或兩者結(jié)合的氧化鋁基陶瓷。發(fā)現(xiàn)氧化鋁的量優(yōu)選為陶瓷組成的90-99重量％。氧化物混合物基體包括玻璃形成體，優(yōu)選為Si02但也可包括B203和P205等。氧化物混合物基體也包括一種或多種網(wǎng)絡(luò)改性劑，優(yōu)選Ca0、Mg0、Ba0和Sr0，但也可包括其它的堿土金屬氧化物或堿金屬氧化物例如Na20、K20、Li20等。網(wǎng)絡(luò)改性劑也可是已知的熔劑。氧化物混合物也可包括網(wǎng)絡(luò)中間體，例如A1203，但也可包括其它網(wǎng)絡(luò)中間體例如T叫、ZnO、Z鳴等。由于八1203某種程度上可溶于氧化物混合物，所以在以晶體八1203形式的主要A1203組分和溶于氧化物混合物作為網(wǎng)絡(luò)中間體的A1203之間存在平衡。對溶于氧化物混合物中的八1203量的分析測量是非常困難的，但基于相平衡，對在本發(fā)明范圍內(nèi)的組成而言，相信該八1203量可組成氧化物混合物最多40wt%。發(fā)現(xiàn)特定的相對少量鋯基化合物的添加，例如氧化鋯(Zr02)，在提高陶瓷機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，會(huì)降低氧化物基體的結(jié)晶化。結(jié)晶化會(huì)導(dǎo)致較高的電導(dǎo)率。因此，氧化鋯的添加會(huì)降低陶瓷的氧化物混合物基體部分的電導(dǎo)率。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來決定陶瓷材料組成對火花塞絕緣體性能的影響。通過混合AlcanC-761氧化鋁和適量市售前體氧化物混合物基體材料，例如EPK高嶺土、HuberCarb碳酸鈣、菱鎂礦、白云石、硅灰石和Yellowstone滑石(Talc)，和適量的通過加熱形成氧化物的Zirox氧化鋯(Zirconia)來制備陶瓷。用于生產(chǎn)本發(fā)明陶瓷絕緣體材料的粉末混合物組分在包括約73重量％固體或約40體積％固體的含水料漿中進(jìn)行球磨。通過材料球磨制備總重量5000克的幾批粉末，之后在塔式噴霧干燥器中進(jìn)行噴霧干燥。然后噴霧顆粒通過8500psi干袋法等靜壓壓制，形成絕緣體14形狀，并在1590-163(TC間燒制約3小時(shí)以燒結(jié)絕緣體使得氧化鋁顆粒通過氧化物混合物基體相互連接。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以評(píng)價(jià)材料組成四個(gè)變量的三種不同水平。下表1描述了用于實(shí)驗(yàn)的變量的總結(jié)。這里指明的各種材料組成用于說明和公開本發(fā)明，而并不是用來限制其范圍。使用批號(hào)為03-B-17到03-B-25的9批不同的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。表1變量(材料)描述水平水平值氧化鋁氧化鋁的重量百分比394%，95%，96%氧化鋯氧化鋯的重量百分比30.0%，0.15%，0.30%CaOCaO/(RO)摩爾份數(shù)30.8，0.9，1.0Si02Si02/(R0)摩爾份數(shù)30.8，1.0，1.2通常用RO表示網(wǎng)絡(luò)改性齊U，其中RO代表陶瓷組成中存在的網(wǎng)絡(luò)改性劑總量。在表丄中，R0=Mg0+Ca0。通常，RO是所有存在的網(wǎng)絡(luò)形成體的總量。如果網(wǎng)絡(luò)形成體包括CaO、MgO、BaO和SrO，那么R0=CaO+MgO+BaO+SrO。12各批材料組成以重量百分比和摩爾量的結(jié)合進(jìn)行記錄。因?yàn)榭捎糜诒景l(fā)明的網(wǎng)絡(luò)改性劑原子量的變化程度，所以這里以摩爾量記錄氧化物基體的組成。氧化物混合物基體中的原子比主要影響其電性能。由于鈣、鎂、鋇和鍶的原子量變化顯著，所以它們不能容易的以重量基準(zhǔn)進(jìn)行置換以獲得這里討論的網(wǎng)絡(luò)改性劑的特定組成。因此，優(yōu)選的以摩爾而不是以重量來表示氧化物混合物基體的組分。因此，表2A是記錄每種材料的各種實(shí)驗(yàn)和組成水平，以重量百分比表示氧化鋁和氧化鋯，以摩爾比表示優(yōu)選的網(wǎng)絡(luò)改性劑和玻璃形成體。然而表2B，以重量百分比記錄所有材料。相似的，表2C以重量百分比記錄每批組成的前體材料。表2A<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2B<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>使用上面描述的材料組成生產(chǎn)絕緣體14。對絕緣體進(jìn)行它們抗介電擊穿的測試。為了測試抗介電擊穿性能，將絕緣體放置在固定件中，該固定件包括通過絕緣體軸腔的中心電極。在絕緣體外表面在絕緣體厚度為約0.IOO英寸的地方的周圍放置接地電極。將測試固定件和絕緣體浸入介電液體中以防止絕緣體周圍電流的產(chǎn)生電弧。使用Hipronics介電測試器，以施加60赫茲交流電場到絕緣體。以200伏/秒的速率升高電壓直到絕緣體介電擊穿發(fā)生。記錄介電擊穿時(shí)的峰值電壓作為介電擊穿電壓。在下表3中給出測試結(jié)果。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>在圖2中說明了以千伏表示的平均介電擊穿值的主影響圖。能看出^1203含量圖顯示了在八1203變量的三個(gè)水平上，抗介電擊穿性能的最為顯著的提高。因此，相信氧化鋁量是對介電擊穿具有最顯著影響的變量。通常，在陶瓷中較高氧化鋁含量會(huì)導(dǎo)致較高的介電擊穿值，反之亦然。換句話說，該數(shù)據(jù)揭示了陶瓷抗介電擊穿性能的提高主要依靠于氧化鋁量的增加。相信其它變量例如Si02:R0比例(這個(gè)實(shí)施例中RO為CaO+MgO)、CaO:RO比例和氧化鋯的量對介電擊穿不具有如此顯著的影響。然而，關(guān)于氧化鋯含量的影響，由于沒有觀察到最大值或最小值，并隨著增加氧化鋯含量擊穿性能提高，所以相信包括與那些測試樣品相比更高氧化鋯含量的氧化鋯含量可提供有用的方式用以提高這些陶瓷介電擊穿性能。相信根據(jù)本發(fā)明陶瓷配方可以重復(fù)獲得高于41千伏的介電擊穿閾值。還對絕緣體在1000。F下進(jìn)行分流電阻的測試。為了測試分流電阻，將絕緣體裝配到火花塞中并除去接地電極。將火花塞安裝在包括有導(dǎo)電接地的Inconel板的固定件中，Inconel板具有容納火花塞殼的螺紋孔，并將固定件放置在電爐中。在每個(gè)火花塞終端放置電極，并具有通過爐門的導(dǎo)線。將爐加熱到IOOO。F的溫度，并使用型號(hào)6571A的Keithley電位計(jì)，在導(dǎo)電的接地Inconel板和終端導(dǎo)線間測試每個(gè)火花塞的電阻。在下表4中給出分流電阻測試的結(jié)果，以兆歐記錄。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>在圖3中說明平均分流電阻的主影響圖。能看出，作為Si(^含量函數(shù)的分流電阻的圖揭示出對分流電阻的最顯著影響，該圖以Si02與R0比的形式(這個(gè)實(shí)施例中R0為Ca0+Mg0)表示。該圖顯示了當(dāng)比例為l.O時(shí)具有對分流電阻最大的影響。相信氧化鋯的量具有對分流電阻第二大影響，在測試樣品中最高氧化鋯含量約為0.3重量％時(shí)具有最大值。然而，由于沒有觀察到清楚的最大值或最小值，所以相信較高的氧化鋯含量可提供更大的分流電阻值。在圖中以Ca0與R0比的形式表示的CaO含量，相信具有對分流電阻第三大影響，在比例約0.8時(shí)具有最大值。令人驚訝的是，與介電擊穿測試不同的是，氧化鋁含量沒有顯示出對分流電阻的顯著影響?？紤]到Si(^與R0比值圖的非線性，對Si(^與RO比值進(jìn)行包括Si02平方形式(squaredterm)的多次回歸分析，初步分析揭示了A1203統(tǒng)計(jì)學(xué)上并不顯著，所以從最終分析中除去這個(gè)變量。最終分析的結(jié)果顯示了由回歸得到的R平方值是0.98，說明了多次回歸模型分析解釋了分流電阻的98%可變性。圖4中的等值線圖說明了基體組成對陶瓷分流電阻的影響。等值線圖說明了在1000°F具有Si02:RO比值約1.0且CaO:RO比值約0.8時(shí)獲得約7000兆歐的分流電阻。此外，分流電阻對于Si(^:RO摩爾比的變化比對于CaO:RO摩爾比的變化更敏感。相似的，圖6說明了作為Si(^和CaO摩爾比函數(shù)的分流電阻的另一種等值線圖，這與圖4相似，該圖被疊加在CaO、Si02和MgO相平衡圖的一部分之上。圖5是CaO、Si02和MgO三元相圖的示意圖，主要說明了本發(fā)明組成使用的和在圖6中更詳細(xì)描述的區(qū)域。用于圖6疊加的相圖可從AmericanCeramicsSociety,Columbus,Ohio獲得。等值線圖的最左邊界描述了相平衡圖的最左邊界，其中CaO和Si02量如所示變化，MgO為0。等值線圖的最右邊界由約0.8的Ca0與R0摩爾比劃定，其中80%網(wǎng)絡(luò)改性劑包括CaO和20%網(wǎng)絡(luò)改性劑包括Mg0。等值線圖的下部和上部邊界分別描述了Si(^與R0摩爾比為0.8和1.2。在等值線圖線性邊界內(nèi)，顯示了幾條恒定分流電阻的部分橢圓的等值帶。帶范圍是從約3500兆歐最高到至少7000兆歐。因此，等值線圖揭示了本發(fā)明陶瓷材料組成能生產(chǎn)出在1000。F下具有至少1000兆歐，更優(yōu)選的在1000°F下直到約7000兆歐的分流電阻的火花塞。因此，圖5和6證明基于至此進(jìn)行的和這里描述的實(shí)驗(yàn)，陶瓷分流電阻的最優(yōu)值會(huì)沿著相平衡圖中在CaO.Si02和Cao.MgO.Si02間延伸的相平衡線。基于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，還相信這個(gè)發(fā)現(xiàn)可外推沿著CaO.Si(^和Mg0.Si02間的相平衡線完全穿過相平衡圖。更具體的，相信在可被描述為具有si(^與RO摩爾比在約o.8:1-1.2:i的上述線的帶寬內(nèi)存在優(yōu)化的分流電阻?；谝陨系膶?shí)驗(yàn)，已經(jīng)確定了組分材料的優(yōu)選范圍。陶瓷材料包括約90-約99重量％的氧化鋁，約0.01_約1重量％的鋯基化合物，和1_10重量％的玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改性劑的氧化物混合物，其中玻璃形成體與網(wǎng)絡(luò)改性劑優(yōu)選的摩爾比在約o.s:l-i.2:i的范圍。鋯基化合物優(yōu)選是氧化鋯(ZrO》，但也可包括各種有機(jī)和無機(jī)化合物和/或含有鋯的配合物。本發(fā)明的含鋯化合物可包括任何有機(jī)或無機(jī)化合物或配合物，其包含鋯并在燒結(jié)陶瓷過程中能將鋯引入氧化物混合物基體中、同時(shí)也提供與使用氧化鋯作為含鋯化合物時(shí)與這里的結(jié)果相一致的分流電阻和抗介電擊穿性能。如這里已經(jīng)說明的，可利用氧化鋯作為本發(fā)明的含鋯化合物?？墒褂闷浔旧砘蚺c如這里描述的其它含鋯化合物一起。相信本發(fā)明其它含鋯化合物可包括例如，無機(jī)鋯化合物例如原硅酸鋯、硫酸鋯、硝酸鋯、磷化鋯、硅化鋯和硫化鋯，以及各種含有鋯的有機(jī)化合物和無機(jī)和有機(jī)配合物。含鋯化合物應(yīng)當(dāng)含有相當(dāng)于0.01-1.0重量％氧化鋯的鋯含量。此外，如Manning專利討論的，鋯化合物通常含有些作為雜質(zhì)的鉿。相信在本發(fā)明的全部范圍內(nèi)，當(dāng)提及鋯和氧化鋯時(shí)，鉿和氧化鉿能分別在這里置換，并可使用鋯基和鉿基化合物的混合物代替鋯基化合物。優(yōu)選的，玻璃形成體是Si02且網(wǎng)絡(luò)改性劑是CaO、MgO、SrO和/或BaO，但也可包括堿金屬氧化物例如Na20、K20和Li20等。更具體的，網(wǎng)絡(luò)改性劑優(yōu)選由主要的CaO和次要的MgO組成。更優(yōu)選的材料范圍包括陶瓷材料，陶瓷材料具有氧化鋁約94-約97重量％、氧化鋯約0.1-0.5重量％和玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改性劑的氧化物混合物約2.5-5.9重量％，其中所述玻璃形成體與網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約0.9:1-1.1:1的范圍，使得能用下面摩爾等式描述氧化物混合物(MgvCawSrxBay)0=ZSi02(1)其中V+W+X+Y=l，O.8《Z《1.2，更優(yōu)選的，其中0.9《Z《1.1。更優(yōu)選的范圍包括陶瓷材料，該陶瓷材料具有氧化鋁約95-約96.5重量％、氧化17鋯約0.25-0.35重量％和氧化物混合物約3.15-4.75重量％，其中網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.8摩爾份數(shù)的Ca0和約0.2摩爾份數(shù)的Mg0。網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約1.38-約1.95重量％Ca0和約0.15-約0.43重量％Mg0。玻璃形成體包括約1.87-約2.28重量％的Si02。在一個(gè)具體的實(shí)施方式中，陶瓷材料包括約95.67重量％的氧化鋁、約0.31重量％的氧化鋯和約3.94重量％的氧化物混合物。氧化物混合物包括約1.55重量％的Ca0、約0.27重量％Mg0和約2.12重量％的Si02。在另一個(gè)具體的實(shí)施方式中，陶瓷材料包括約95.55重量％的氧化鋁、約0.31重量％的氧化鋯、約2.04重量％的Ca0、和約2.02重量％的5102，且沒有MgO。在又一個(gè)具體的實(shí)施方式中，陶瓷材料包括約95.84重量％的氧化鋁、約2.05重量％的CaO、約2.03重量％的Si(^，且沒有氧化鋯。如前討論的，可添加例如A1203的網(wǎng)絡(luò)中間體以生成鋁硅酸鹽玻璃以進(jìn)一步阻止電荷載流子的移動(dòng)。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，可添加約40重量％的A1203到氧化物混合物中。氧化物混合物也可是鈣鋁硅酸鹽玻璃，鈣鋁硅酸鹽玻璃具有最高為10重量X的MgO或作為網(wǎng)絡(luò)改性劑添加的其它堿土氧化物。考慮陶瓷也可包括各種雜質(zhì)，例如總量最高為約0.01-0.50重量％的K20、Ti02、P205、Fe203等。然而，典型的，這種雜質(zhì)以總量約0.07-0.30重量％存在。實(shí)驗(yàn)揭示了在800-1200°F的溫度范圍當(dāng)Si02與網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比是約1:1時(shí)，可獲得分流電阻的最大值。此外，當(dāng)CaO與RO比值約0.8和當(dāng)氧化鋯量是陶瓷約0.3重量％時(shí)，可優(yōu)化分流電阻。此外，相信當(dāng)陶瓷形成并冷卻時(shí)，氧化鋯不僅提高陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，而且通過降低基體混合物的結(jié)晶化提高分流電阻。結(jié)晶相的形成會(huì)導(dǎo)致氧化物基體混合物電導(dǎo)率的提高，和伴隨的分流電阻的降低。當(dāng)氧化鋯添加到陶瓷中時(shí)，至少部分氧化鋯溶解于玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改性劑的混合物中，并降低其結(jié)晶性。因此，通過降低氧化物基體的結(jié)晶性，氧化鋯的添加會(huì)增加分流電阻。但是，盡管添加了氧化鋯，氧化物混合物基體中可含有一些結(jié)晶相。本發(fā)明的陶瓷材料組成能夠使火花塞在更高電壓和更高操作溫度下進(jìn)行操作，這是由于在這樣極端條件下的材料介電破壞的敏感度的減小和材料的分流電阻的增加，因此使得伴隨的火花塞分流電阻的增加。本發(fā)明的陶瓷材料組成是抗介電擊穿的，由此，維持了材料電阻率的整體性，以提供具有高分流電阻的火花塞。顯而易見的，就上面技術(shù)而言，許多本發(fā)明的改變和變化是可能的。因此應(yīng)該理解的是，在附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)，發(fā)明的實(shí)施可與具體描述的操作不同。由權(quán)利要求限定本發(fā)明。權(quán)利要求一種陶瓷，包括約90-約99重量％的氧化鋁；約0.01-約1重量％的含鋯化合物；和在燒制前約1-約10重量％的氧化物混合物；所述氧化物混合物包括玻璃形成體，網(wǎng)絡(luò)改性劑，和在燒制后占氧化物混合物至多40重量％的氧化鋁；其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約0.8∶1-1.2∶1的范圍。2.權(quán)利要求l的陶瓷，包括約94-約97重量％的所述氧化鋁；約0.1-0.5重量％的所述含鋯化合物；禾口約2.5-5.9重量％的所述氧化物混合物，其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比為約o.9:i-i.i:i。3.權(quán)利要求2的陶瓷，包括約95-約96.5重量％的所述氧化鋁；約0.25-0.35重量％的所述含鋯化合物；禾口約3.15-4.75重量％的所述氧化物混合物，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na20、K20和Li20的至少一種。4.權(quán)利要求3的陶瓷，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.7-0.9摩爾份數(shù)的CaO;禾口約0.1-0.3摩爾份數(shù)的Mg0。5.權(quán)利要求4的陶瓷，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.8摩爾份數(shù)的所述Ca0;禾口約0.2摩爾份數(shù)的所述Mg0。6.權(quán)利要求3的陶瓷，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約1.38-約1.95重量％Ca0;禾口約0.15-約0.43重量％Mg0;禾口所述玻璃形成體包括約1.87-約2.28重量％的Si02。7.權(quán)利要求6的陶瓷，包括約95.67重量％的所述氧化鋁；約0.31重量％的所述含鋯化合物；禾口約3.94重量％的所述氧化物混合物。8.權(quán)利要求7的陶瓷，其中所述氧化物混合物包括約1.55重量％的所述CaO;約0.27重量％的所述MgO;禾口約2.12重量X的所述SiO"9.權(quán)利要求8的陶瓷，還包括總量約0.07-0.30重量％的Fe203、Ti02、P205和K20的至少一種。10.權(quán)利要求9的陶瓷，包括最高為約0.04-0.20重量％的Fe203;最高為約0.01-0.05重量％的Ti02;最高為約0.01重量％的&05;最高為約0.01-0.04重量％的K20。11.權(quán)利要求3的陶瓷，包括約95.55重量％的所述氧化鋁；約0.31重量％的包括氧化鋯的所述含鋯化合物；約2.04重量X的CaO;和約2.02重量％的Si02。12.權(quán)利要求11的陶瓷，還包括最高為約O.01重量％的1(20;最高為約0.02重量％的Ti02;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約0.03重量％的Fe203。13.權(quán)利要求l的陶瓷，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括Mg0、Ca0、Sr0和Ba0的至少一種；所述玻璃形成體包括Si02;禾口所述氧化物混合物用下面摩爾式描述(MgvCawSrxBay)0ZSi02其中V+W+X+Y=1禾口0.8《Z《1.2。14.權(quán)利要求l的陶瓷，其中所述氧化物混合物包括鈣鋁硅酸鹽玻璃；禾口所述含鋯化合物是約0.05-0.5%的Zr02。15.權(quán)利要求14的陶瓷，其中所述鈣鋁硅酸鹽玻璃包括最高為約40重量％的氧化鋁；最高為約10重量X的Mg0;和約50-約99重量％的余量的Ca0和Si02。16.權(quán)利要求15的陶瓷，其中所述Si(^占所述余量的CaO和Si(^的約40-約60重17.權(quán)利要求3的陶瓷，包括約95.84重量％的所述氧化鋁；約2.05重量％的Ca0;禾口約2.03重量％的Si02。18.權(quán)利要求17的陶瓷，還包括最高為約O.01重量％的1(20;最高為約0.02重量％的Ti02;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約0.03重量％的Fe203。19.火花塞，包括中心電極；金屬殼；和放置于所述中心電極和所述金屬殼間的絕緣體，其中所述的絕緣體包括約90-約99重量％的氧化鋁；約0.01-約1重量％的含鋯化合物；禾口在燒制前約i-約10重量％的氧化物混合物，所述氧化物混合物包括玻璃形成體，網(wǎng)絡(luò)改性劑，禾口在燒制后占氧化物混合物至多40重量％的氧化鋁；其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約0.8:1-1.2:l的范圍。20.權(quán)利要求19的火花塞，包括約94-約97重量％的所述氧化鋁；約0.1-0.5重量％的所述含鋯化合物；約2.5-5.9重量％的所述氧化物混合物，其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約0.9:1-1.1:1的范圍。21.權(quán)利要求20的火花塞，包括約95-約96.5重量％的所述氧化鋁；約0.25-0.35重量％的所述含鋯化合物；禾口約3.15-4.75重量X的所述氧化物混合物，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na20、K20和Li20的至少一種。22.權(quán)利要求21的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.7-0.9摩爾份數(shù)的CaO;禾口約0.1-0.3摩爾份數(shù)的Mg0。23.權(quán)利要求22的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.8摩爾份數(shù)的所述Ca0;禾口約0.2摩爾份數(shù)的所述Mg0。24.權(quán)利要求21的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約1.38-約1.95重量％Ca0;約0.15-約0.43重量％Mg0;禾口所述玻璃形成體包括約1.87-約2.28重量％的Si02。25.權(quán)利要求24的火花塞，包括約95.67重量％的所述氧化鋁；約0.31重量％的所述含鋯化合物；禾口約3.94重量％的所述氧化物混合物。26.權(quán)利要求25的火花塞，其中所述氧化物混合物包括約1.55重量％的所述Ca0;約0.27重量％的所述Mg0;禾口約2.12重量％的所述5102。27.權(quán)利要求26的火花塞，還包括總量約0.07重量％的Fe203、Ti02、P205和K20的至少一種。28.權(quán)利要求27的火花塞，包括最高為約0.04重量％的Fe203;最高為約0.01重量％的1102;最高為約0.01重量％的&05;禾口最高為約0.01重量％的1(20。29.權(quán)利要求21的火花塞，包括約95.55重量％的所述氧化鋁；約0.31重量％的包括氧化鋯的所述含鋯化合物；約2.04重量X的CaO;禾口約2.02重量％的Si02。30.權(quán)利要求29的火花塞，還包括最高為約0.01重量％的1(20;最高為約O.02重量％的1102;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約0.03重量％的Fe203。31.權(quán)利要求19的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括Mg0、Ca0、Sr0、Ba0、Na20、K20和Li20的至少一種；所述玻璃形成體包括Si02;禾口所述氧化物混合物用下面摩爾式描述(MgvCawSrxBay)0ZSi02其中V+W+X+Y=1禾口0.8《Z《1.2。32.權(quán)利要求19的火花塞，其中所述氧化物混合物是鈣鋁硅酸鹽玻璃；禾口所述含鋯化合物是約0.05-0.5%的Zr02。33.權(quán)利要求32的火花塞，其中所述鈣鋁硅酸鹽玻璃包括最高為約40重量％的氧化鋁；最高為約10重量X的Mg0;和約50-約99重量％的余量的CaO和Si02。34.權(quán)利要求33的火花塞，其中所述Si02占所述余量的CaO和Si02的約40-約60重35.權(quán)利要求21的火花塞，包括約95.84重量％的所述氧化鋁；約2.05重量％的CaO;禾口約2.03重量％的Si02。36.權(quán)利要求35的火花塞，還包括最高為約0.01重量％的1(20;最高為約0.02重量％的Ti02;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約0.03重量％的Fe203。37.火花塞，包括金屬殼；中心電極；絕緣體，該絕緣體放置在所述金屬殼中并具有將所述中心電極放置于其中的中心腔，所述絕緣體包括氧化鋁并具有在1000°F下大于1000兆歐的分流電阻，所述絕緣體包括氧化鋁、鋯和約i-約10重量％的氧化物混合物，所述氧化物混合物包括玻璃形成體；網(wǎng)絡(luò)改性劑；禾口在燒制后占氧化物混合物至多40重量％的氧化鋁；其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約0.8:1-1.2:l的范圍。38.權(quán)利要求37的火花塞，其中所述的絕緣體包括約90-99重量％的氧化鋁；禾口約0.01-1重量％的含鋯化合物；39.權(quán)利要求38的火花塞，包括約94-約97重量％的所述氧化鋁；約0.1-0.5重量％的所述含鋯化合物；約2.5-5.9重量％的所述氧化物混合物，其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比為約o.9:i-i.i:i。40.權(quán)利要求39的火花塞，包括約95-約96.5重量％的所述氧化鋁；約0.25-0.35重量％的所述含鋯化合物；禾口約3.15-4.75重量X的所述氧化物混合物，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括MgO、CaO、SrO、BaO、Na20、K20和Li20的至少一種。41.權(quán)利要求40的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.7-0.9摩爾份數(shù)的Ca0;禾口約0.1-0.3摩爾份數(shù)的Mg0。42.權(quán)利要求41的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約0.8摩爾份數(shù)的所述Ca0;禾口約0.2摩爾份數(shù)的所述Mg0。43.權(quán)利要求40的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括約1.38-約1.95重量％Ca0;約0.15-約0.43重量％Mg0;禾口所述玻璃形成體包括約1.87-約2.28重量％的Si02。44.權(quán)利要求43的火花塞，包括約95.67重量％的所述氧化鋁；約0.31重量％的所述含鋯化合物；禾口約3.94重量％的所述氧化物混合物。45.權(quán)利要求44的火花塞，其中所述氧化物混合物包括約1.55重量％的所述Ca0;約0.27重量％的所述Mg0;禾口約2.12重量X的所述Si0"46.權(quán)利要求45的火花塞，還包括總量約0.07重量％的Fe203、Ti02、P205和K20的至少一種。47.權(quán)利要求46的火花塞，包括最高為約0.04重量％的Fe203;最高為約O.01重量％的1102;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約O.01重量％的1(20。48.權(quán)利要求40的火花塞，包括約95.55重量％的所述氧化鋁；約0.31重量％的包括氧化鋯的所述含鋯化合物；約2.04重量X的CaO;和約2.02重量％的Si02。49.權(quán)利要求48的火花塞，還包括最高為約O.01重量％的1(20;最高為約0.02重量％的Ti02;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約0.03重量％的Fe203。50.權(quán)利要求38的火花塞，其中所述網(wǎng)絡(luò)改性劑包括Mg0、Ca0、Sr0、Ba0、Na20、K20和Li20的至少一種；所述玻璃形成體包括Si02;禾口所述氧化物混合物用下面摩爾式描述(MgvCawSrxBay)0ZSi02其中V+W+X+Y=1禾口0.8《Z《1.2。51.權(quán)利要求38的火花塞，其中所述氧化物混合物是鈣鋁硅酸鹽玻璃；禾口所述含鋯化合物是約0.05-0.5%的Zr02。52.權(quán)利要求51的火花塞，其中所述鈣鋁硅酸鹽玻璃包括最高為約40重量％的氧化鋁；最高為約10重量X的Mg0;和約50-約99重量％的余量的Ca0和Si02。53.權(quán)利要求52的火花塞，其中所述Si02占所述余量的Ca0和Si02的約40-約60重54.權(quán)利要求40的火花塞，包括約95.84重量％的所述氧化鋁；約2.05重量％的Ca0;禾口約2.03重量％的Si02。55.權(quán)利要求54的火花塞，還包括最高為約0.01重量％的&0;最高為約O.02重量％的1102;最高為約0.01重量％的P205;禾口最高為約0.03重量％的Fe203。56.權(quán)利要求37的火花塞，其中所述絕緣體在1000。F下具有大于4千兆歐姆的分流電阻。57.權(quán)利要求56的火花塞，其中所述絕緣體在1000。F下具有大于5千兆歐姆的分流電阻。58.權(quán)利要求57的火花塞，其中所述絕緣體在1000。F下具有大于6千兆歐姆的分流電阻。59.權(quán)利要求58的火花塞，其中所述絕緣體在1000。F下具有至少7千兆歐姆的分流電阻。全文摘要一種陶瓷，包括氧化鋁約90-約99重量％，含鋯化合物約0.01-約1重量％，和氧化物混合物約1-約10重量％。氧化物混合物包括玻璃形成體和網(wǎng)絡(luò)改性劑，其中所述玻璃形成體與所述網(wǎng)絡(luò)改性劑的摩爾比在約0.8∶1-1.2∶1的范圍。該陶瓷絕緣體特別適用于火花塞絕緣體，以提供提高的介電強(qiáng)度和在1000°F下大于1000兆歐的分流電阻，使得減少了火花塞的分流和因此提高了火花塞產(chǎn)生火花的質(zhì)量。文檔編號(hào)C04B35/119GK101717243SQ20091020659公開日2010年6月2日申請日期2004年11月10日優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日發(fā)明者W·J·小沃爾克申請人:聯(lián)邦莫沃爾公司