專利名稱：陶瓷熱線點(diǎn)火塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷熱線點(diǎn)火塞。
一個(gè)陶瓷熱線點(diǎn)火塞一般包括一個(gè)金屬套管；一個(gè)在前端具有向內(nèi)延伸并支撐金屬套管后部的支撐件的圓柱形金屬主殼；一個(gè)陶瓷加熱器；一個(gè)后端面插入圓柱形金屬主殼并與圓柱形金屬主殼絕緣的端電極；及一對外接導(dǎo)線，它們的一側(cè)端分別釬焊在引出線的裸露區(qū)域上，而其它端分別與金屬主殼和端電極電連接。
該熱線點(diǎn)火塞通過下述步驟(1)至(4)來制造。(1)將由加熱材料和一對其一側(cè)端分別連接到加熱材料的各端的引出線構(gòu)成的加熱器主體埋入一種陶瓷例如Si3N4粉，并將含有埋入的加熱器主體的陶瓷粉通過熱壓燒結(jié)來粘結(jié)，以制造陶瓷加熱器。(2)在把陶瓷加熱器插入和固定到金屬套管之前，將兩外接導(dǎo)線的一側(cè)端分別釬焊在引出線的裸露區(qū)域上。(3)將上述組件插入圓柱形金屬主殼，并將金屬套管的后部釬焊到金屬主殼的一個(gè)支撐件的內(nèi)壁。(4)用絕緣體和螺母將端電極固定到金屬主殼上。
但是通過上述步驟制造的陶瓷熱線點(diǎn)火塞有下述問題。
在釬焊時(shí)，由于釬焊溫度為800至1100℃，引出線上那些暴露在燒固表面的區(qū)域會(huì)受到氧化腐蝕。
在這種情況下，在使用陶瓷熱線點(diǎn)火塞時(shí)引出線會(huì)加速腐蝕。此外，在這樣的一種陶瓷熱線點(diǎn)火塞中，初始電阻的無規(guī)律 性增加了，并且也增加了正常使用時(shí)的電阻變化。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種熱線點(diǎn)火塞，其中引出線與外接導(dǎo)線的裸露區(qū)域電連接，防止了氧化腐蝕，并且在使用時(shí)經(jīng)歷較小的阻力變化，有極好的耐用性。
根據(jù)本發(fā)明的一種陶瓷熱線點(diǎn)火塞包括一個(gè)陶瓷加熱器，它具有包括由鎢絲構(gòu)成的、每個(gè)都具有第一和第二端部的第一和第二引出線的加熱器主體，和一個(gè)兩端分別連接到第一和第二引出線的第一端部的耐熱體(阻熱體)，及含有埋入其內(nèi)的加熱器主體的陶瓷基材料，第一和第二引出線的所述第二端部暴露于所述陶瓷基材料的表面；及每個(gè)都具有第三和第四端部的第一和第二外接導(dǎo)線，第一和第二外接導(dǎo)線的第三端部分別通過高純度銀基釬焊材料釬焊到第一和第二引出線的第二端部，第一和第二外接導(dǎo)線的第四端部與金屬主殼和端電極電連接。
高純度銀基材料用于把引出線的裸露表面釬焊到外接導(dǎo)線的端部。
因此，在釬焊時(shí)可以防止銀以外的釬焊材料的組分(如銅)引起的引出線的氧化腐蝕，從而避免了由于腐蝕造成的釬焊失效。因而，使引出線與外接導(dǎo)線有效地電連接。
因此，陶瓷熱線點(diǎn)火塞幾乎不會(huì)受到初始電阻的不規(guī)律性和由于熱/冷的周期性循環(huán)(如發(fā)動(dòng)機(jī)的使用狀態(tài))造成的電阻變化的影響，并具有極好的耐用性。
在附圖中

圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例的熱線點(diǎn)火塞的剖面圖；圖2表示熱線點(diǎn)火塞的重要部件的放大剖面圖；及圖3表示完整的加熱器主體的圖。
下面將參照附圖詳述本發(fā)明。
如圖1所示，熱線點(diǎn)火塞A包括一個(gè)金屬套管1；一個(gè)在前端具有支撐金屬套管1后部11的支撐件21的圓柱形金屬主殼2；一個(gè)裝入金屬套管1內(nèi)的陶瓷加熱元件3；一個(gè)插入圓柱形金屬主殼2并與圓柱形金屬主殼絕緣的端電極4。
上述壁厚為0.6mm的金屬套管1由耐熱金屬制造，用銀基釬焊材料把后部11釬焊到支撐件21的內(nèi)壁211上。
前端具有向內(nèi)延伸的支撐件21的碳鋼制成的圓柱形金屬主殼2的后端還有用于扳緊的六角形部件22，中部還有用于把熱線點(diǎn)火塞擰入柴油發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的燃燒室的螺紋。
通過下述方法制造的陶瓷加熱元件3具有陶瓷基材料，及埋入陶瓷基材料內(nèi)的引出線33、34和U形加熱電阻器32。同時(shí)加熱電阻器32埋入陶瓷基材料31內(nèi)，以使加熱電阻器32表面與陶瓷基材料31表面之間的距離為0.3mm或更大。因此，不僅即使在加熱到高溫(800-1500℃)時(shí)能防止加熱電阻器32氧化，而且還能使它保持高的機(jī)械強(qiáng)度。
每一根引出線33、34都由直徑0.3mm的鎢線制成。引出線33、34的一側(cè)端331、341分別與加熱電阻器32的端321、322連接，而它的其它端332、342分別暴露于陶瓷基材料31的中部和后部的陶瓷表面。
引出線33的另一端332與作為外接導(dǎo)線的純鎳導(dǎo)線的引線線圈51電連接，并通過金屬套管1連到圓柱形金屬主殼2上。
引出線34的另一端342與作為外接導(dǎo)線的耐熱鎳合金導(dǎo)線的引線線圈52、53電連接，并進(jìn)一步與端電極4電連接。
具有螺紋41的端電極4用絕緣器61和螺母62固定在圓柱形金屬主殼2上，以使端電極4與金屬主殼2絕緣。標(biāo)號63表示用于把適用的電源(未示出)固定到端電極4上的螺母。
同時(shí)，在熱線點(diǎn)火塞用于各種發(fā)電機(jī)如燃?xì)廨啓C(jī)的情況下，圓柱形金屬主殼2的尖端連接發(fā)電機(jī)，所有的引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52、53優(yōu)先選用純鎳導(dǎo)線。此外，在這種情況下，用于釬焊引線線圈的銀基釬焊材料優(yōu)選一種含銀量比與引出線33、34的其它面端頭332、342電連接的銀基釬焊材料的含銀量高的銀基釬焊材料。
下面將描述制造陶瓷加熱元件3的步驟。
將鎢絲剪成給定的長度并制成給定的形狀。
加熱電阻器的原料由58.4wt％的WC和41.6wt％的含89份重量的Si3N4、8份重量的Er2O3、1份重量的V2O3及2份重量的WO3的絕緣陶瓷組成。
將分散劑和溶劑加入上述原料中，并在壓碎后的混合過程中加入有機(jī)粘結(jié)劑以制備粒狀材料。
將這樣獲得的粒狀材料注壓以便與引出線33、34(及未涂覆的引出線)的一側(cè)端331、341相連接。因此隨著一個(gè)U形未燒結(jié)加熱電阻器32的形成制成了整個(gè)未燒結(jié)的加熱器主體300。(見圖3)下面將制備陶瓷粉。
陶瓷粉的原料由重量百分比為3.5wt％的MoSi2和重量百分比為96.5wt％的含89份重量的Si3N4、8份重量的Er2O3、1份重量的V2O3及2份重量的WO3的絕緣陶瓷組成。
首先將分散劑和水加入上述原料MoSi2、Er2O3、V2O3和WO3中。并在壓碎混合物后加入Si3N4，然后將所得到的混合物再壓碎。
該陶瓷粉用于形成半模壓體。
將加熱器主體300放在半模壓體上。將陶瓷粉填入，然后放入壓注體。
將這樣獲得的壓鑄體放入一個(gè)碳模中，在氮?dú)鈿夥障拢谑┘拥膲毫?00kg/cm2、在1750℃下進(jìn)行熱壓。從而獲得了前端為半球體的形狀接近圓柱體的一個(gè)熱壓燒結(jié)體。
該陶瓷燒結(jié)體的外表面做成圓的，以便具有給定的圓柱體尺寸，同時(shí)使引出線33、34的另一端332、342暴露于陶瓷基材料31的表面。從而獲得了陶瓷加熱元件3。
通過烘烤陶瓷加熱元件3，在其由金屬套管1支撐的區(qū)域，及其除引出線33、34的裸露區(qū)域外的與引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52連接的周邊區(qū)域形成了一層玻璃層。
接著把陶瓷加熱元件3裝入金屬套管1。
將后述引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52用后述高純度銀基釬焊材料(Ag80wt％＿Cu20wt％，Ag 85wt％＿Cu15wt％銀釬焊材料及純銀釬焊材料)釬焊到引出線33、34另一端332、342的裸露區(qū)域。
將含有陶瓷加熱元件3的組件插入圓柱形金屬主殼2內(nèi)。將圓柱形金屬套管1的后部11用銀基釬焊材料釬焊到金屬主殼2的支撐件21的內(nèi)壁上。
此外，將端電極4用絕緣器61和螺母62固定在金屬主殼2上。因此獲得了熱線點(diǎn)火塞。
釬焊材料的流動(dòng)性試驗(yàn)解釋如下(見表1)。
用純鎢絲作為引出線33、34，及用耐熱鎳合金導(dǎo)線(1.5wt％Si，2.0wt％Mn，1.5wt％Cr，其余為Ni)，及鍍鎳(3μm)的耐熱鎳合金導(dǎo)線或純鎳線作為引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52，在980℃和1100℃的釬焊溫度下檢測每種純銀Ag，Ag85wt％＿Cu15wt％，Ag80wt％＿Cu20wt％，Ag72wt％＿Cu28wt％(BAg-8)，和Ag50wt％＿Cu 50wt％釬焊材料的流動(dòng)性。
在使用純銀釬焊材料結(jié)合耐熱鎳合金導(dǎo)線作為引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52的情況下，由于耐熱鎳合金導(dǎo)線的表面有排斥純銀釬焊材料的一種成分，該釬焊材料表現(xiàn)出很差的流動(dòng)性。因而在使用純銀釬焊材料時(shí)需要用鍍鎳耐熱鎳合金導(dǎo)線或純鎳導(dǎo)線作為引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52。流動(dòng)性最好的釬焊材料(全部流動(dòng)的釬焊材料)用“◎”表示，流動(dòng)性好的釬焊材料(幾乎都流動(dòng)的釬焊材料)用“○”表示，流動(dòng)性不好的釬焊材料(不流動(dòng)的釬焊材料)用“×”表示。
根據(jù)表1所示的結(jié)果，期望用作引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52的是鍍鎳(3μm)耐熱鎳合金線或純鎳導(dǎo)線。
附帶地說，在耐熱鎳合金導(dǎo)線中，由于考慮到在耐熱鎳合金導(dǎo)線中所含的Cr具有排銀性，純銀的流動(dòng)性不好。
因?yàn)闀?huì)發(fā)生鍍覆不勻和/或由于熱而發(fā)生鍍層剝脫，與純鎳導(dǎo)線相比鍍鎳耐熱鎳合金導(dǎo)線的流動(dòng)性不好。
表1引線線圈導(dǎo)線材料和釬焊材料的流動(dòng)性◎最好，○好，×不好
(引出線純鎢絲)表1(續(xù))引線線圈導(dǎo)線材料和釬焊材料的流動(dòng)性◎最好，○好，×不好
(引出線純鎢絲)下面將說明該日常使用的氧化腐蝕試驗(yàn)(見表2)。用純鎳作為引線線圈(外接導(dǎo)線)51、52。為將引線線圈焊到純鎢絲引出線33、34〖(-)端和(+)端〗上，可使用純銀Ag，Ag85wt％＿Cu15wt％，Ag80wt％＿Cu20wt％，Ag72wt％＿Cu28wt％(BAg-8)，或Ag50wt％＿Cu50wt％釬焊材料。在通電條件下對每種釬焊材料的五個(gè)樣品檢測其抗氧化腐蝕性和電阻的變化。
這些樣品經(jīng)歷十個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括施加6V的電壓60秒，及在水中驟冷。
通過這十個(gè)循環(huán)，電阻在試驗(yàn)前的阻值(設(shè)計(jì)值為700mΩ)的基礎(chǔ)上改變+1.5wt％至+1.0wt％的樣品用“○”表示，阻值改變等于或小于+1.0wt％的用◎表示，超出十次循環(huán)前的阻值+1.5wt％以上的用“×”表示。
試驗(yàn)后，當(dāng)引線線圈(外接導(dǎo)線) (51、52)從陶瓷加熱元件3上脫離時(shí)，釬焊材料和部分引出線(33，34)隨引線線圈(51，52)而脫落。通電使用中的氧化腐蝕根據(jù)引出線的光澤來測定。即，具有金屬光澤的脫皮引出線用“◎”表示，暗淡的無光澤的用“○”表示，變成黑色的用“×”表示。
表2所給的數(shù)據(jù)表明通電使用中能獲得極好的抗氧化腐蝕性和小阻抗變化的適于使用的釬焊材料是純銀和80wt％銀釬焊材料。
表2用于鎢引線的釬焊材料對通電使用的耐氧化腐蝕性的影響[◎最好，○好，×不好]
(引線線圈材料純銀)下面將說明全面釬焊試驗(yàn)的結(jié)果(見表3)。
作為引線線圈(外接導(dǎo)線)(51，52)的每種耐熱鎳合金導(dǎo)線，鍍鎳(3μm)耐熱鎳合金導(dǎo)線，純鎳導(dǎo)線與每種純銀，Ag85wt％＿Cu15wt％，Ag80wt％＿Cu20wt％，Ag72wt％＿Cu28wt％(BAg-8)和Ag50wt％＿Cu50wt％釬焊材料的相容性用作為引出線33，34的純鎢絲來測定。所用的釬焊溫度是980℃，且釬焊在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行。
在測定釬焊材料的流動(dòng)性時(shí)，在每個(gè)樣品的引出線33，34的一側(cè)及引線線圈51，52的一側(cè)檢測。表現(xiàn)出最好的流動(dòng)性的釬焊材料(完全流動(dòng)的釬焊材料)用“◎”表示，表現(xiàn)的流動(dòng)性好的釬焊材料(準(zhǔn)流動(dòng)的釬焊材料)用“○”表示，表現(xiàn)的流動(dòng)性不好的釬焊材料(不流動(dòng)的釬焊材料)用“×”表示，關(guān)于純鎢絲引出線33，34通電使用的氧化腐蝕試驗(yàn)，已測定如下。通過這十個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括施加6v的電壓60秒，及在水中驟冷，電阻在試驗(yàn)前的阻值(設(shè)計(jì)值為700mΩ)的基礎(chǔ)上改變+1.5wt％至1.0wt％的樣品用“○”表示，阻值改變等于或小于+1.0wt％的用“◎”表示，超出十個(gè)循環(huán)前的阻值+1.5wt％以上的用“×”表示。
為了綜合判斷，采用了以下標(biāo)準(zhǔn)。獲得兩個(gè)或兩個(gè)以上“◎”的樣品確定為“最好(◎)”，而獲得兩個(gè)或兩個(gè)以上“○”的樣品確定為“好(○)”，獲得至少一個(gè)“×”的樣品確定為“不好(×)”。
附帶地講，當(dāng)引線線圈材料是鎳合金導(dǎo)線、釬焊材料是純銀時(shí)，流動(dòng)性不好(×)。但是，阻值變化小，且不發(fā)生氧化腐蝕。因此，盡管這種情況下有一個(gè)(×壞)，但綜合評價(jià)是“△”。
表3用不同釬焊材料的不同引線線圈材料的釬焊結(jié)果
*1通電使用時(shí)鎢引線受到氧化腐蝕。*2釬焊材料的流動(dòng)性不好除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還包括以下實(shí)施例。
a.除了用于上述實(shí)施例(一種WC和Si3N4的混合物)的那種非金屬加熱元件外，加熱電阻器可以是金屬加熱線圈(例如一種W-Re導(dǎo)線或鎢絲)。
b.除了用于上述實(shí)施例(純鎢絲導(dǎo)線)的引出線外，引出線可以是鎢合金導(dǎo)線，例如一種W-Si合金或一種W-Ni合金。
c.除了Si3N4外，陶瓷可以是氮化鋁-氧化鋁-氧化硅陶瓷材料，AlN等。
d.上面所使用的鍍鎳導(dǎo)線可以是鍍鎳的鎳合金線。但也可以是鍍鎳的鐵或鐵合金導(dǎo)線。
權(quán)利要求
1.一種陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，包括一個(gè)具有包括由鎢絲構(gòu)成的、每個(gè)都具有第一(341，331)和第二(342，332)端部的第一和第二引出線(34，33)的加熱器主體(300)的陶瓷加熱器(3)，和一個(gè)兩端分別連接到所述第一和第二引出線(34，33)的所述第一端部(341，331)的耐熱體(32)，及含有埋入其內(nèi)的加熱器主體(300)的陶瓷基材料(31)，所述第一和所述第二引出線的所述第二端部(342，332)暴露于所述陶瓷基材料(31)的表面；及每個(gè)都具有第三和第四端部的第一和第二外接導(dǎo)線(52，51)，所述第一和第二外接導(dǎo)線(51，52)的所述第三端部通過高純度銀基釬焊材料釬焊到所述第一和第二引出線(34，33)的第二端部(342，332)，第一和第二外接導(dǎo)線(52，51)的第四端部分別與金屬主殼(2)和端電極(4)電連接。
2.一種如權(quán)利要求1所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，還包括一個(gè)金屬套管(1)；一個(gè)在前端具有向內(nèi)延伸、支撐金屬套管(1)后部的支撐件(21)的圓柱形金屬主殼(2)；和一個(gè)插入所述圓柱形金屬主殼(2)后端部并與圓柱形金屬主殼絕緣的端電極(4)；其中陶瓷加熱器(3)裝入金屬套管(1)，所述第一和第二外接導(dǎo)線(52，51)的第四端部分別與金屬主殼(2)和端電極(4)電連接。
3.一種如權(quán)利要求2所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，其中所述第一引出線(34)的所述第二端部(342)裸露于所述陶瓷基材料(31)的后部，所述第二引出線(33)的所述第二端部(332)裸露于所述陶瓷基材料(31)的中部；及所述陶瓷加熱器(3)裝入金屬套管(1)內(nèi)，以便所述第一和所述第二引出線(34，33)的所述第二端部(342，332)的裸露表面由金屬套管(1)包住。
4.一種如權(quán)利要求3所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，其中所述第一外接導(dǎo)線(52)的所述第三端部通過第一高純度銀基釬焊材料釬焊到所述第一引出線(34)的所述第二端部(342)的裸露表面上，所述第一外接導(dǎo)線(52)的第四端部與所述端電極(4)電連接；所述第二外接導(dǎo)線(51)的所述第四端部通過第二高純度銀基釬焊材料焊到所述金屬主殼(2)上。
5.一種如權(quán)利要求4所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，其中所述第二高純度銀基釬焊材料的含銀量高于所述第一高純度銀基釬焊材料的含銀量。
6.一種如權(quán)利要求4所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，其中所述第二外接導(dǎo)線(51)是純鎳線。
7.一種如權(quán)利要求1所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，其中所述高純度銀基釬焊材料含銀80wt％或更高。
8.一種如權(quán)利要求1所述的陶瓷熱線點(diǎn)火塞(A)，其中所述第一和第二外接導(dǎo)線(52，51)至少是純鎳導(dǎo)線、鎳合金導(dǎo)線和鍍鎳導(dǎo)線中的一種。
全文摘要
陶瓷熱線點(diǎn)火塞A,包括:金屬套管1;具有支撐后部11的支撐件21的圓柱形金屬主殼2;裝入金屬套管內(nèi)的、通過分別把引出線34、33的一側(cè)端331、341連接到加熱電阻器32的各端得到一個(gè)加熱器主體而獲得的陶瓷加熱元件3,將加熱器主體埋入陶瓷粉中,對陶瓷粉進(jìn)行熱壓和燒結(jié);插入金屬主殼2后端部并與主殼絕緣的端電極4;以其一側(cè)端分別用高純度銀基釬焊材料焊接到引出線的暴露在烘烤表面上的區(qū)域、而其它端分別與金屬主殼和端電極電連接的方式連接到引出線的引線線圈51、52。
文檔編號F23Q7/00GK1190812SQ9712648
公開日1998年8月19日 申請日期1997年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月19日
發(fā)明者水野隆德, 田中克彥 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社