復合氧化鋁絕緣體火花塞及其制造方法技術

一種復合氧化鋁絕緣體火花塞及其制造方法，將火花塞絕緣體分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體，另一部分為火花塞上部火絕緣體；火花塞發火端絕緣體和火花塞上部火絕緣體分別采用不同配方的氧化鋁陶瓷材料制作；其中，火花塞發火端絕緣體由晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁陶瓷制作，火花塞上部火絕緣體由普通氧化鋁陶瓷制作；兩種不同材料按比例先后填充進模具中，經等靜壓壓制成形后通過燒結制得復合氧化鋁絕緣體。本發明專利技術通過采用兩部分不同材料結構的絕緣體，在滿足現在火花塞高性能要求的前提下，減少了高價材料的用量，相比火花塞絕緣體均使用高性能氧化鋁陶瓷，復合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體成本要下降50%以上。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種火花塞的部件結構及其制作方法，具體說是涉及一種；所述火花塞通過在絕緣體發火端使用高性能氧化鋁陶瓷，絕緣體上部使用普通氧化鋁陶瓷，以提高火花塞性能，降低生產成本。
技術介紹
火花塞的功能是把高壓導線送來的脈沖高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產生電火花以此引燃氣缸內的混合氣體，使發動機運轉起來。由于內燃機燒制室火花放電產生的高溫燒制氣體( 2000-3000 °C)，火花塞絕緣體將暴露在約500-700°C的熱氣氛中，且需承受燃氣爆發產生強的機械壓力以及高的點火電壓(20-50KV)。另外，燃氣燃燒產生的S02、NOx等腐蝕氣體也將對火花塞產生化學腐蝕。因此，火花塞的絕緣體在室溫及其高溫范圍內都應具備優良的使用性能。 氧化鋁陶瓷因其優良的耐熱性、較高的機械強度和絕緣性能以及耐電壓特性等，成為火花塞生產企業首選的絕緣體材料。氧化招基絕緣體主要由氧化招(Al2O3)組分構成，通常會使用少量燒結助劑如二氧化硅(Si02)、氧化鈣(CaO)和氧化鎂(MgO)等以降低燒結溫度，提高燒結性能。作為氧化鋁基絕緣體的主要組成部分，氧化鋁原材料本身的性能對火花塞絕緣體性能具有重大的影響作用。按氧化鋁中Na成分(轉化成Na2O)的不同氧化鋁原材料可分為低蘇打氧化鋁(Na2O含量小于0. 1%，質量百分含量，下同)、中蘇打氧化鋁(Na2O含量為0. 1-0. 2%)和正常蘇打氧化鋁(Na2O含量大于0. 2%)。Na+離子具有很高的離子傳導性能，當其大量存在于氧化鋁基絕緣體中時，在500°C以上的高溫下將會引起絕緣體的絕緣電阻、機械強度、耐電壓等特性急劇下降，影響火花塞的點火性能，甚至導致火花塞失效。因此，在火花塞絕緣體的生產過程中，應盡量使用Na成分含量較低的氧化鋁。但在氧化鋁原材料的生產過程中，Na成分的去除將會增加生產成本，因此低蘇打氧化鋁是比較昂貴的。一般情況下，火花塞絕緣體的機械強度、耐電壓特性等隨著絕緣體中氧化鋁含量的增加而提高，如美國專利MS 2010/0229813 Al介紹的氧化鋁質量百分含量為98. 0%和MS 2011/0251042 Al介紹的氧化鋁質量百分含量為99. 0%的氧化鋁絕緣體，其高溫機械強度大于400MPa，介電擊穿電壓達到42KV/mm，均都要明顯優于普通氧化鋁絕緣體(氧化鋁含量通常小于95. 0%)，但氧化鋁含量的增加將會使得絕緣體中燒結助劑含量減少，導致絕緣體的燒結溫度升高，能耗增加、成本上升。在氧化鋁絕緣體的生產過程中，氧化鋁原材料的原晶粒徑對絕緣體的最終性能具有重要的影響作用。使用原晶粒徑小的氧化鋁原材料，如亞微米級氧化鋁，反應活性高，能夠降低燒結溫度，且能夠抑制絕緣體中晶粒的過分長大，有利于提高火花塞絕緣體的機械強度、耐電壓特性等。但同樣，原晶粒徑小的氧化鋁原材料生產成本較高，價格較昂貴。近年來，為了滿足節能、環保、安全等要求，內燃機技術尤其是車用汽油機的發展十分迅速。發動機設計趨于緊湊型、小巧型、輕量化，在保證足夠動力性能的同時改善發動機燃油的經濟性，降低發動機油耗。增壓技術的使用，包括渦輪增壓技術和機械增壓技術，能夠有效地提升發動機的升功率，尤其是雙渦輪增壓技術，大大提高了發動機的功率、扭矩。這也使得汽車發動機的壓縮比從傳統的8. 5:1提升至了 14:1甚至更高，加上增壓比(一般為小于3)，汽車發動機壓縮終了壓力從過去的8 10 bar提升至現在的2(T40bar左右。另外，還有諸如可變進氣技術、缸內直噴技術GDI、可變壓縮比技術、停缸技術的使用，均使得火花塞工作條件變得更加苛刻，也對火花塞及其絕緣體的使用性能提出了更高的要求。因此，使用原晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的氧化鋁以制備高性能火花塞逐漸成為生產企業必然選擇，但這會造成生產成本的急劇上升；汽車發動機及火花塞的性能指數對比如表一。表一汽車發動機及火花塞的性能指數對比SSWi性隨纖餘義代魅火mmMM現傾求 靈置懸諭火麵魏9mmm 嫩mm纖腦 駿酞空間木獅站站 機緊竣2DJ&nnMnaai或 者 14mn壓縮終了S-IMw SMObar點火電I 爾SSKVr最高SWar 8>~i50liar WESffi 21BM^ SOflMRaSMMm38MWCfifltTC TW-Sro1C 火花塞絕緣體性能指標 灰花塞絕緣體性能指數I傳統要求I現代要求單位厚度耐電壓(峰值電壓)_> 20kV/mm_> 30kV/mm_ 陶瓷強度—280MPa500MPa高溫絕緣電阻|500°C，不低于3MQ |550°C，不低于IOMQ 實踐表明，火花塞在使用過程中，只有火花塞絕緣體的發火端暴露在燃燒塞室中，需承受高溫、高壓、高電壓的沖擊作用，且本身厚度較薄，易引起該部位絕緣體燒損、火花擊穿等現象，導致火花塞失效。同時，也只有火花塞絕緣體的發火端對高溫絕緣電阻有較高的要求。而火花塞絕緣體上部厚度較厚，對該部位絕緣體性能要求較低。因此，若火花塞絕緣體的生產均使用原晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁，不僅會使生產成本急劇上升，同時也會導致功能過剩。通過國內專利文獻檢索，發現有關于火花塞氧化鋁絕緣體及其制作方法方面的專利，主要有以下幾個 I、專利號為CN99800197.X，專利技術名稱為“火花塞、用于火花塞的氧化鋁基絕緣體及用于該絕緣體的生產方法”的專利技術專利，該專利公開了一種火花塞、用于火花塞的氧化鋁基絕緣體及用于該絕緣體的生產方法，所提出技術方案是在包括氧化鋁作為主要成分的絕緣體中，把絕緣體中的Na成分作為Na2O設置在0. 07至0. 5wt%的范圍內。盡管Na成分含量高到按常規一直認為超出了常識，但就該范圍的Na成分含量而論，在高溫下的絕緣電阻、機械強度等沒有意外下降，并且能得到性能可與由Na成分含量比上述范圍低的常規低蘇打氧化鋁制成的絕緣體相比較的絕緣體。結果，能使用成本比常規使用的低蘇打氧化鋁低得多的中蘇打氧化鋁和正常蘇打氧化鋁，來代替低蘇打氧化鋁，從而實現火花塞100的絕緣體2、和還有火花塞100的生產成本顯著降低。2、專利號為CN200980122464. 7，專利技術名稱為“陶瓷火花塞絕緣體及其制造方法”的專利技術專利，該專利公開了一種用于火花點火裝置的絕緣體，包括電絕緣陶瓷芯管，其具有接線端、點火端和沿從所述接線端至所述點火端的縱向孔軸延伸的內孔；以及電絕緣陶瓷芯頂部管，其具有第二外表面和第二孔，所述陶瓷芯頂部管的第二外表面與所述陶瓷芯管的接近所述點火端的所述孔嵌套接合并直接粘結。該絕緣體還包括類似的在陶瓷芯管的外表面上的嵌套并直接粘結的肩部管，或在陶瓷芯管的外表面上的嵌套并直接粘結的桿管。該陶瓷可包括氧化鋁基陶瓷，以及其他合適的陶瓷材料，該管可由相同或不同的陶瓷組分制造。本專利技術還包括通過在燒結期間控制收縮率制造該嵌套的管，直接粘結的絕緣體的方法。3、專利號為CN201080029677. 8，專利技術名稱為“火花塞”的專利技術專利，該專利公開了一種具有優異的在高溫下耐電壓特性的火花塞。所述火花塞裝備有中心電極、絕緣體和金屬殼，其特征在于所述絕緣體包含氧化鋁基燒結體，所述氧化鋁基燒結體包含硅組分(Si組分)，鎂組分(Mg組分)，選自鈣組分、鍶組分和鋇組本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種復合氧化鋁絕緣體火花塞，其特征在于，將火花塞絕緣體分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體，另一部分為火花塞上部絕緣體；火花塞發火端絕緣體和火花塞上部火絕緣體分別采用不同配方的氧化鋁陶瓷材料制作；其中，火花塞發火端絕緣體由晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁陶瓷制作，火花塞上部火絕緣體由普通氧化鋁陶瓷制作；兩部分不同材料按比例先后填充進模具中，經等靜壓壓制成形后通過燒結制得復合氧化鋁絕緣體。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳光云，陳件明，王偉強，陳龍，
申請(專利權)人：株洲湘火炬火花塞有限責任公司，
類型：發明
國別省市：