專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火花塞及其制造方法。
背景技術(shù)：
用于給諸如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)之類的內(nèi)燃機(jī)點(diǎn)火的火花塞一般包括一金屬殼；一絕緣子，比如由氧化鋁基陶瓷制成，它置于金屬殼內(nèi)；以及位于該金屬殼內(nèi)的中心電極。一接地電極和該金屬殼相連。絕緣子從所述金屬殼的后部開口沿軸向突出。一端子金屬片位于絕緣子的突出部的內(nèi)部。端子金屬片通過一電阻器，在玻璃密封步驟形成的導(dǎo)電玻璃密封層等等和中心電極相連。一旦經(jīng)端子金屬片施加一高電壓，將會(huì)在接地電極和中心電極之間所形成的間隙誘導(dǎo)出火花放電。
但是，如果火花塞同時(shí)受各種條件的影響，如火花塞溫度高，環(huán)境濕度大等等，施加高電壓時(shí)就不能在所述間隙處成功地誘導(dǎo)出火花放電，以及可能會(huì)出現(xiàn)所謂的“跳火(flashover)”現(xiàn)象，在此現(xiàn)象中，火花放電在端子金屬片和金屬殼之間被誘導(dǎo)，因而火花在絕緣子的突出部表面的上方游走。因此，為避免跳火現(xiàn)象，一般使用的大部分火花塞在其絕緣子的表面上形成有釉層。釉層還用于使絕緣子的表面變得光滑，以防止污染，它還用于增加化學(xué)或機(jī)械強(qiáng)度。
通過將釉漿施加在絕緣子的表面上并進(jìn)行燒釉在絕緣子上形成釉層。在用于火花塞的氧化鋁基絕緣子的情況下，在燒釉后的絕緣子上形成釉層，然后在1000-1100℃的溫度下焙燒。為此，在現(xiàn)有技術(shù)中，采用的是鉛-硅酸鹽-玻璃基的釉料，由于向硅酸鹽內(nèi)摻入了大量的PbO，其軟化點(diǎn)降低。然而，這種類型的釉料有下列不足(1)由于釉料的線脹系數(shù)小于用作基底的氧化鋁基絕緣材料，所形成的釉層易于開裂(或稱崩裂，cracks)等。
(2)盡管釉料中含有大量的PbO，但燒釉溫度仍然很高，為1000℃或更高。在制造火花塞時(shí)，燒釉通常和玻璃密封步驟同時(shí)進(jìn)行，從而減少制造步驟。因此，上面所述的很高的燒釉溫度不利于端子金屬片和中心電極的加速氧化。已想到的一種進(jìn)一步降低燒釉溫度的辦法是向釉料中添加堿金屬氧化物，如Na2O。但是，堿金屬成分增加過多會(huì)降低絕緣性能，火花塞易于跳火。
(3)近年來，在全球范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)的考慮越來越多，越來越少地使用含鉛釉料。例如，在大量使用火花塞的汽車工業(yè)中，由于廢棄火花塞對(duì)環(huán)境的影響，正在考慮完全放棄使用含鉛釉料的火花塞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要目的是，提供一種包括絕緣子和其上帶有的釉層的火花塞，其中，和傳統(tǒng)的釉相比，此釉具有較高的絕緣特性，可在相對(duì)較低的溫度下燒釉。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種火花塞的制造方法。本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種火花塞，其中釉料中鉛的含量明顯降低，以滿足環(huán)保要求。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種火花塞，包括一中心電極；一金屬殼，它圍繞中心電極設(shè)置；一接地電極，接地電極的一端和金屬殼連接，而接地電極的另一端和中心電極面對(duì)；一絕緣子，設(shè)置在中心電極和金屬殼之間，從而絕緣子蓋住中心電極的外表面；以及一釉層，主要由氧化物形成，蓋住絕緣子(2)的至少一部分表面，其中，形成釉層的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Na，K和Li中的兩種共添堿金屬成分，其中，Si的重量百分比含量折算成SiO2為18-35％，B的重量百分比含量折算成B2O3為25-40％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO為10-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO為7-20％，兩種共添堿金屬成分中每種的量為從由下面構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)重量百分比含量大于3％且小于或等于9％的Na2O，重量百分比含量為3-9％的Li2O。
B，折算成B2O3的重量百分比含量為30-35％；Zn，折算成ZnO的重量百分比含量為12-18％；Ba，折算成BaO的重量百分比含量為8-15％；Na，折算成Na2O的重量百分比含量為3-9％；K，折算成K2O的重量百分比含量為3-9％。
優(yōu)選地，釉料可包括Al，Ca，F(xiàn)e，Zr，Ti，Sr，Mg，Bi，Ni，Sn，P，Mn中的一種以上的輔助陽離子成分，相對(duì)于釉料的全部組分來說，輔助陽離子成分的總量為5％，其中，Al以Al2O3折算，Ca以CaO折算，F(xiàn)e以Fe2O3折算，Zr以ZrO2折算，Ti以TiO2折算，Sr以SrO折算，Mg以MgO折算，Bi以Bi2O3折算，Ni以NiO折算，Sn以SnO2折算，P以P2O5折算，Mn以MnO折算。
本發(fā)明提供一種火花塞，包括一中心電極；一金屬殼，它圍繞中心電極設(shè)置；一接地電極，接地電極的一端和金屬殼連接，而接地電極的另一端和中心電極面對(duì)；一絕緣子，設(shè)置在中心電極和金屬殼之間，從而絕緣子蓋住中心電極的外表面；一釉層，它蓋住絕緣子的至少一部分表面；其中形成釉層的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Ti和Zr兩者中的至少一種成分，Si的重量百分比含量折算成SiO2是20-38％，B的重量百分比含量折算成B2O3為20-35％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO為15-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO為10-23％，Ti或Zr的重量百分比含量折算成TiO2或ZrO2為2-10％，釉料還包括Na，K和Li中的至少一種堿金屬成分，總的重量百分比含量折算成其氧化物為12％，其中Pb的重量比含量折算成PbO不大于0.1％。
本發(fā)明提供一種制造火花塞的方法，包括以下步驟釉粉料制造步驟，用于制備釉粉料；釉粉積聚步驟，用于將釉粉加在絕緣子的表面上，從而形成釉粉積聚層；以及燒釉步驟，用于在800-950℃溫度下對(duì)絕緣子燒釉，從而焙燒釉粉積聚層并使其固結(jié)于絕緣子的表面上，其中，釉粉料制備步驟包括以下步驟將具有Si，B，Zn和Ba作為陽離子成分的原始粉料和具有選自Na，K，Li中的兩種共添堿金屬成分的原始粉料混合，使得混合物中Si的重量百分比含量折算成SiO2是18-35％，B的重量百分比含量折算成B2O3為25-40％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO為10-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO為7-20％；共添堿金屬成分中每一種的重量百分比含量為3-9％，其中Na折算成Na2O，K折算成K2O，Li折算成Li2O；在1000-1500℃時(shí)加熱并熔化混合物；使熔態(tài)材料快速冷卻和玻璃化；將玻璃態(tài)材料粉碎成為玻璃料；以及由玻璃料來制備釉粉料。
本發(fā)明提供一種制造所述的火花塞的方法，包括以下步驟釉粉制造步驟，用于制備釉粉；釉粉積聚步驟，用于將釉粉加在絕緣子的表面上，從而形成釉粉積聚層；以及燒釉步驟，用于在800-950℃溫度下對(duì)絕緣子燒釉，從而焙燒釉粉積聚層并使其固結(jié)于絕緣子的表面上，其中，釉粉制備步驟包括以下步驟將具有Si，B，Zn和Ba作為陽離子成分的原始粉末和具有Ti和Zr中至少一種成分的原始粉混合，使得混合物中Si的重量百分比含量折算成SiO2是20-40％，B的重量百分比含量折算成B2O3為20-35％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO為15-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO為10-23％，Ti和Zr的重量百分比含量分別折算成TiO2或ZrO2為2-10％，在1000-1500℃時(shí)加熱并熔化混合物；使熔態(tài)材料快速冷卻和玻璃化；將玻璃態(tài)材料粉碎成為玻璃料；以及由玻璃料來制備釉粉。
本發(fā)明還提供一種制造火花塞的方法，其中端子金屬片固定在沿絕緣子的軸向開設(shè)的通孔的一端，中心電極固定在該通孔的另一端，燒結(jié)導(dǎo)電材料部由玻璃和導(dǎo)電材料的混合物形成，并置于該通孔內(nèi)并位于端子金屬片和中心電極之間，從而將這些部件彼此電連接，該方法包括組件制造步驟，用于制造一組件，在該組件中，端子金屬片固定在絕緣子的通孔的一端，中心電極固定在通孔的另一端，主要由玻璃和導(dǎo)電材料組成的燒結(jié)導(dǎo)電原材料粉末充填到位于通孔內(nèi)的端子金屬片和中心電極之間的空間，從而形成粉末充填層；擠壓步驟，用于在被加熱的組件內(nèi)使中心電極和端子金屬片在所述通孔內(nèi)彼此靠近，從而在中心電極和端子金屬片之間擠壓粉末充填層，藉此形成燒結(jié)導(dǎo)電材料部分，以及燒釉步驟，同時(shí)在800-950℃的溫度下對(duì)在絕緣子的表面上形成有釉粉積聚層的組件加熱，從而焙燒并將該釉層固定在絕緣子的表面上，藉此形成釉層，并軟化粉末充填層的玻璃粉末。
根據(jù)本發(fā)明的第一種方式，提供一種火花塞，包括中心電極，金屬殼，接地電極，絕緣子和釉層。金屬殼環(huán)繞在中心電極周圍。接地電極的一端與金屬殼相連，而另一端和中心電極面對(duì)。絕緣子位于中心電極和金屬殼之間，從而絕緣子覆蓋中心電極的外表面。釉層至少覆蓋絕緣子的部分表面。為實(shí)現(xiàn)上述目的，形成釉層的釉料主要包括作為氧化之前的元素，Si，B，Zn和Ba；Na，K和Li中的任兩種元素(下面這兩種元素稱為“共添堿金屬成分”)。具體來說，釉料中Si的重量百分比含量折算成SiO2為18-35％，B的重量百分比含量折算成B2O3為25-40％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO為10-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO為7-20％。另外，兩種共添堿金屬成分中的任一種在釉料中的重量百分比含量折算成Na2O，K2O和Li2O為3-9％。
如果要涂覆釉料的絕緣子比如說由氧化鋁基絕緣材料形成，則在第一種方式的火花塞中所用的上述組分的釉料的線脹系數(shù)和絕緣子差別比較小，因而釉層不易發(fā)生開裂等。另外，由于堿金屬成分的含量設(shè)定得較高，則這種釉料的軟化點(diǎn)比傳統(tǒng)的鉛-硅酸鹽-玻璃基釉料低。因此，燒釉溫度可降至800-950℃。因而，即使燒釉和玻璃密封步驟如上所述同步進(jìn)行，中心電極和下述的端子金屬片也較不易發(fā)生氧化。
而且，即使是含有大量的堿金屬成分，也可以獲得良好的絕緣特性。為此，同時(shí)加入選自Na，K和Li的兩種不同的堿金屬成分而不僅僅是加入其中一種類型的堿金屬是重要的。發(fā)明人所作的研究發(fā)現(xiàn)只加入一種堿金屬成分時(shí)，隨著數(shù)量的增加，釉料的導(dǎo)電率大大增加，明顯會(huì)損害其絕緣性能。但是同時(shí)加入兩種類型的堿金屬成分時(shí)，即便是所添加的成分的總量大量增加時(shí)釉料的導(dǎo)電率也沒有大大增加，因而確保了良好的絕緣性能。結(jié)果是，在最小限度地降低絕緣性能的同時(shí)，可以增加堿金屬成分的數(shù)量，這樣可同時(shí)達(dá)到兩個(gè)目的，即防止了跳火，又降低了燒釉溫度。此外，只要共添堿金屬成分的導(dǎo)電率抑制效果不被損害，也可以加入另外的第三種堿金屬成分。
釉料中Si的重量百分比含量為18-35％，以氧化物狀態(tài)SiO2折算。如果Si的重量百分比含量小于18％，則釉料的線脹系數(shù)變得特別大，釉層變得易于產(chǎn)生缺陷，如開裂。相比之下，如果Si的重量百分比含量超過40％，則釉料的線脹系數(shù)變得很低，釉層變得容易出現(xiàn)龜裂(crazing)。最好，Si的含量按重量百分比計(jì)在25-30％之間。
B的重量百分比含量折算成B2O3設(shè)定在25-40％。如果B的重量百分比含量小于25％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，導(dǎo)致不能在規(guī)定的預(yù)想的溫度下(800-950℃)燒釉。相比之下，如果B的重量百分比含量高于40％，則在所形成的釉層中產(chǎn)生相分離，導(dǎo)致反玻璃化(devitrification)，劣化了絕緣性能，或者是與基板的線脹系數(shù)不匹配。B的重量百分比含量最好是30-35％。
Zn的重量百分比含量折算成ZnO設(shè)定在10-25％。如果Zn的重量百分比含量小于10％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，從而不能在規(guī)定的溫度下進(jìn)行燒釉。相比之下，如果Zn的重量百分比高于25％，釉料的線脹系數(shù)變得很高，釉層容易出現(xiàn)缺陷如開裂。Zn的重量百分比含量最好是12-18％。
Ba的重量百分比含量折算成BaO為7-20％。如果Ba的重量百分比含量小于7％，則釉料的絕緣性能下降，導(dǎo)致跳火防護(hù)受到損害。相反，如果Ba的重量百分比含量超過20％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，不能在規(guī)定的軟化點(diǎn)進(jìn)行燒釉。Ba的重量百分比含量最好為8-15％。
兩種共添堿金屬成分的每一種在釉料中的重量百分比含量為3-9％。此時(shí)，Na按Na2O折算，K按K2O折算，Li按Li2O折算。如果至少其中一種成分的重量百分比含量小于3％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，導(dǎo)致不能在規(guī)定的溫度下燒釉。另外，如果至少一種成分的重量百分比含量大于9％，則釉料的線脹系數(shù)大為增加，釉層容易產(chǎn)生缺陷，如開裂。
另外，釉料中共添堿金屬成分的總量最好在6-14％的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，分別按各自的氧化物折算以重量百分比計(jì)。如果共添堿金屬成分的總量的重量百分比小于6％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，導(dǎo)致不能在規(guī)定的溫度下燒釉。相比之下，如果總量的重量百分比含量大于14％，則釉料的絕緣性能下降，會(huì)損害跳火防止功能。
進(jìn)一步說，A1/A2的值最好在1.0-2.0的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，其中A1為兩種共添堿金屬成分之一的摩爾量，A2為另一種堿金屬成分的摩爾量，Na按Na2O折算，K按K2O折算，Li按Li2O折算。如果A1/A2的值大于或小于所述的范圍，則不能充分獲得共添堿金屬成分的導(dǎo)電率抑制效果，結(jié)果降低了絕緣性能，損害了跳火防止功能。A1/A2的值最好在1.5-2.0之間調(diào)節(jié)。
為抑制加入堿金屬成分的釉料的導(dǎo)電率增加，最好是用Na和K作為共添堿金屬成分。Na的重量百分比含量最好是3-9％，以Na2O折算，K的重量百分比含量最好是3-9％，以K2O折算。
釉料中陽離子Si，B，Zn，Ba和共添堿金屬成分的總重量百分比含量折算成其氧化物最好是在95％以上。如果低于95％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，導(dǎo)致不能在規(guī)定的溫度下進(jìn)行燒釉。重量百分比總含量最好在97％以上。
進(jìn)一步地說，釉料可包含一種以上的輔助陽離子元素，它們選自Al，Ca，F(xiàn)e，Zr，Ti，Sr，Mg，Bi，Ni，Sn，P和Mn。相對(duì)于釉料的成分來說，輔助陽離子成分的總重量百分比為5％以下。這里，Al以Al2O3折算，Ca以CaO折算，F(xiàn)e以Fe2O3折算，Zr以ZrO2折算，Ti以TiO2折算，Sr以SrO折算，Mg以MgO折算，Bi以Bi2O3折算，Ni以NiO折算，Sn以SnO2折算，P以P2O5折算，Mn以MnO折算。這些成分可以是根據(jù)不同的目的而特意添加。有時(shí)，它們會(huì)以雜質(zhì)(異物)的形式自然存在于釉漿中，這些雜質(zhì)來自于原材料(或者是如下所述的粘土礦物質(zhì)，在釉漿的制備過程中添加)或在熔化步驟中所使用的耐火材料。二價(jià)Fe離子(如FeO)和三價(jià)Fe離子(如Fe2O3)都可用作釉料中鐵離子的來源。在本發(fā)明中，所形成的釉層中Fe的含量由Fe2O3折算后的值表示，而不管Fe離子的價(jià)數(shù)是多少。
如果輔助陽離子的總重量百分比含量為5％以上，則主要陽離子成分的總重量百分比不能達(dá)到95％以上。最好，輔助陽離子的總重量百分比含量為3％以下。在以下的描述中，有時(shí)將主要陽離子成分和輔助陽離子成分統(tǒng)稱為“陽離子成分”。
通過加入重量百分比小于或等于5％的Al來抑制釉料的反玻璃化。另外，如果適當(dāng)?shù)脑?，可以將其它成分加入以調(diào)節(jié)釉料的軟化點(diǎn)。為降低釉料的軟化點(diǎn)，加入Bi2O3特別有效。
釉料可以不含Pb(除非是不可避免地混入的情況，例如釉料的原材料中所混入的)。如果含有Pb，其重量百分比含量以PbO折算可以是1.0％以下。如果包含在釉料中的Pb是以低價(jià)離子態(tài)存在(如Pb2+)，此離子通過電暈放電或在釉層表面上發(fā)生的類似現(xiàn)象變?yōu)楦邇r(jià)離子(例如Pb3+)。結(jié)果，降低了釉的絕緣性能，損害了跳火防止功能。最近，隨著對(duì)環(huán)境保護(hù)的關(guān)注的增加，對(duì)無鉛材料的應(yīng)用已進(jìn)行調(diào)查。因此，在火花室中采用本發(fā)明的釉料是有利的，因?yàn)槠渌年栯x子成分中沒有Pb。換言之，以不可避免的雜質(zhì)形態(tài)存在的重量百分比最高達(dá)1.0％的含量的鉛除外，如果鉛的含量降至基本不含鉛的水平，釉料中不會(huì)出現(xiàn)什么問題，從而達(dá)到鉛含量降低的目的。Pb的重量百分比含量最好是在0.1％以下。
除釉層以外，本發(fā)明第二種方式的火花塞和上述的第一種模式的火花塞在主要部分上是相同的。構(gòu)成釉層的釉料包括用作主要陽離子成分的成分(以下稱為“主要陽離子成分”)，即Si，B，Zn和Ba；Ti和Zr中的至少一種元素；作為堿金屬成分的Na，K和Li中的至少一種元素；以及Pb。主要陽離子成分的含量如下Si的重量百分比含量為20-40％，以SiO2折算；B的重量百分比含量為20-35％，以B2O3折算，Zn的重量百分比含量為15-25％，以ZnO折算，Ba的重量百分比含量為10-23％，以BaO折算。以TiO2和ZrO2折算的Ti和Zr的總的重量百分比含量為2-10％。堿金屬的重量百分比含量一共為12％或更低，其中Na折算成Na2O，K折算成K2O，Li折算成Li2O。Pb的重量百分比含量為0.1％以下，以PbO折算。
第二種模式覆蓋了本發(fā)明的下述四個(gè)方面。這四個(gè)方面可單獨(dú)應(yīng)用或?qū)⑵潆S意組合。
第一方面Si的重量百分比含量以SiO2折算為20-38％(該第一方面至少可以和第二、三、四方面之一相組合)。
第二方面Zr的重量百分比含量以ZrO2折算為3.4％以下(第二方面至少可以和第一、三、四方面之一相結(jié)合)。
第三方面Ti的重量百分比含量以TiO2折算為1.5％以上(第三方面至少可以和第一、二、四方面之一相結(jié)合)。
第四方面WTi/WZr為0.2-10，其中WZr代表以ZrO2折算的Zr的含量，WTi代表以TiO2折算的Ti的含量(第四方面可以和第一、二、三方面之一相結(jié)合)。
下面將詳細(xì)描述本發(fā)明第二方式的作用和效果，包括第一、二、三、四方面的作用和效果。作為本發(fā)明的第二種方式的火花塞的主要部分的釉層的特征在于，它包括總的重量百分比含量以各自的氧化物折算為2-10％的Ti和Zr，而堿金屬成分的總的重量百分比含量限制在12％以下(包括重量百分比為0％)，而B的重量百分比含量限制在20-35％，按B2O3折算。將堿金屬成分的總量和B的含量限制在上述范圍內(nèi)易于形成厚度均勻的釉層，氣泡之類的缺陷少。
之所以能夠通過減少堿金屬成分和B的含量來獲得上述效果，原因如下在下面所述的本發(fā)明的制造方法中，如果釉粉中具有大量的堿金屬成分和B的含量較高，當(dāng)將釉粉處理成釉漿時(shí)，這些成分在水之類的溶液中被洗提，使得釉漿的粘度增加。如果釉漿的粘度大大增加(例如超過1000mPa·S)，難以獲得均勻一致的釉粉涂層，氣泡之類更有可能懸浮于釉層中。然而，通過選擇上述堿金屬成分和B的含量范圍，可以制備出低粘度和高流度的釉漿。結(jié)果，易于得到厚度均勻沒有缺陷的釉層。
堿金屬成分和B的含量的減少導(dǎo)致軟化點(diǎn)上升，即燒釉溫度上升。如上所述，為抑制軟化點(diǎn)的升高，傳統(tǒng)作法是將大量的PbO加入釉料中。相比之下，在上述的第二種方式中，將Ti和Zr的氧化物而不是PbO加入釉料中，結(jié)果Pb的含量明顯下降，具體來說，下降到0.1％以下，按PbO計(jì)算以重量百分比計(jì)，同時(shí)，抑制了釉料的軟化點(diǎn)的增加。最好，釉料中基本上不合Pb，除非是Pb例如從釉的原材料混入的情況。
如果涂覆釉層的絕緣子由氧化鋁基絕緣材料制成，則釉層和絕緣子之間的線脹系數(shù)相差較小，故釉層不易出現(xiàn)開裂等缺陷。而且，由于釉料的軟化點(diǎn)低于傳統(tǒng)的鉛-硅酸鹽-玻璃基釉料，燒釉溫度可以降低到800-950℃。因此，即使是燒釉和上述玻璃封接步驟同步進(jìn)行，中心電極和下述的端子金屬片也不易氧化。另外，由于堿金屬成分含量降低，釉層具有良好的絕緣特性(導(dǎo)致良好的跳火防止功能)。此外，加入Ti和Zr的氧化物后提高了所獲得的釉層的阻水和耐化學(xué)腐蝕性能。例如，即便在釉層中含有堿金屬成分，所述成分的洗滌被抑制，提高了釉層的耐受電壓。在提高釉層的抗化學(xué)腐蝕方面，Zr的效果比Ti更為明顯。在本發(fā)明中，“良好的阻水性”不僅是指形成釉層的成分難以被洗提進(jìn)入水中，而且是指玻璃態(tài)釉料可以以液漿形態(tài)在水中保持較長(zhǎng)時(shí)間，阻礙了因其成分的洗提而使釉漿的粘度增加。
第二種方式中，如果堿金屬成分的總的重量百分比含量超過12％，則不能獲得第二種模式所特有的明顯效果，如釉漿的流度(fluidity)增加，釉層厚度均勻，沒有缺陷。另外，當(dāng)所添加的堿金屬成分的含量超過所述范圍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不利的效果，不能確保釉層的絕緣特性。另一方面，向釉層中加入Ti和Zr的氧化物會(huì)使軟化點(diǎn)的增加受到抑制，可將堿金屬成分的含量降至在釉料中基本上不含堿金屬成分的水平，從例如原材料混入的堿金屬成分除外。例如，當(dāng)將其重量百分比含量降至6％以下，最好是5％以下時(shí)，絕緣性能明顯改善。如果是為了獲得適當(dāng)?shù)臒渣c(diǎn)，足夠的熔態(tài)釉料的流度等而必須將特定數(shù)量的堿金屬成分加入，則同第一種模式一樣，為改善絕緣性能，加入兩種以上的堿金屬成分是更為有效的。
如果Ti和Zr的總的重量百分比含量小于2％，以其氧化物折算，則對(duì)釉料的軟化點(diǎn)的抑制效果不充分，導(dǎo)致不能在所希望的溫度下燒釉。相比之下，如果總含量超過10％，則燒釉后的釉層容易反玻璃化，這是不利的。另外，如果加入的Ti和Zr的氧化物的含量不適當(dāng)，則比如說由于氧化物之間的共晶反應(yīng)，釉料的軟化點(diǎn)下降。然而，Ti和Zr的氧化物實(shí)質(zhì)上均為高熔點(diǎn)氧化物，如果氧化物的總重量百分比含量超過10％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，這是不利的，會(huì)導(dǎo)致不能達(dá)到所需的燒釉溫度。Ti和Zr的總的重量百分比含量以各自的氧化物折算最好是3-8％。
由于Zr使熔化的釉料的粘度增加的程度略大于Ti，Zr的重量百分比為3.4％以下，最好是3.0％以下，按ZrO2折算，以增加熔化釉料的流度，形成具有良好外觀的均勻一致的釉層，如同第二方面所述的情形。
另一方面，由于Ti使熔化釉料的粘度增加的程度不像Zr那么大，Ti的重量百分比含量按TiO2折算設(shè)定為1.5％，以有利于形成具有良好阻水性能和抗化學(xué)腐蝕性能的釉層，如同第三方面所述的情形。
當(dāng)Ti過量加入時(shí)，釉層的線脹系數(shù)特別小。此時(shí)，如果覆涂釉料的絕緣子例如由氧化鋁基絕緣材料制成，則絕緣子和釉層之間的線脹系數(shù)差異會(huì)導(dǎo)致在釉層中產(chǎn)生龜裂之類的缺陷。因而，最好是將Ti和Zr一起加入，以防止這種缺陷，并增加熔態(tài)釉料的流度，從而獲得具有良好外觀的均勻一致的釉層。具體來說，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，WTi/WZr為0.2-10，其中WZr表示以ZrO2折算的Zr的含量，WTi代表以TiO2折算的Ti的含量。如果WTi/WZr小于0.2，則Ti的相對(duì)含量會(huì)不足。在這種情況下，為獲得充分增加阻水和抗化學(xué)腐蝕性能，必須增加Zr的含量。結(jié)果，在某些情況下，熔態(tài)釉料的粘度增加，釉此的外觀受到損害。相比之下，如果WTi/WZr超過10，則必須增加Zr的含量，以充分實(shí)現(xiàn)增加阻水性能和抗化學(xué)腐蝕性能的效果。結(jié)果，釉層的線脹系數(shù)變得很小，釉層變得易于出現(xiàn)龜裂等。WTi/WZr最好是0.5-7。
在上述第二種方式中，釉料中Si的重量百分比含量以SiO2折算為20-40％。如果涂有釉料的絕緣子由氧化鋁基絕緣材料制成，若Si的重量百分比含量小于20％，則釉層的線脹系數(shù)變得特別高，因而易于產(chǎn)生開裂之類的缺陷。相比之下，若Si的重量百分比含量大于40％，則釉料的線脹系數(shù)減小，這是不利的，使得釉層易于產(chǎn)生龜裂之類的缺陷。此外，如果Si的重量百分比含量為38％以下，則釉層中的龜裂之類的缺陷受到抑制，如同第一方面的情況。Si的重量百分比含量以SiO2折算最好設(shè)在25-35％的范圍內(nèi)。
在第二種模式中，B的重量百分比含量為20-35％。如果B的重量百分比含量小于20％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，導(dǎo)致不能在所期望的溫度(如上所述為800-950℃)下實(shí)現(xiàn)燒釉。相比之下，如果B的重量百分比含量大于35％，則不能獲得第二種模式所特有的明顯效果，如釉漿流度增加，釉層厚度均勻一致和沒有缺陷。此外，會(huì)產(chǎn)生不利的后果，問題如下所獲得的釉層易于發(fā)生相分離，導(dǎo)致反玻璃化；降低釉層的絕緣性能；加大釉層和覆涂釉層的材料的熱脹系數(shù)之間的差別。B的重量百分比含量最好設(shè)定在20％-28％。
為增加提高釉漿流度的效果，B和堿金屬成分的總量(以氧化物折算)的重量百分比最好為42％以下。35％以下更好。而且，為抑制燒釉溫度的過度增加，堿金屬成分，Ti和Zr的總的重量百分比含量(以相應(yīng)的氧化物折算)最好為8％以上。
在第二種方式中，Zn的重量百分比含量以ZnO折算設(shè)置在15-25％的范圍內(nèi)。如果Zn的重量百分比含量小于15％，則釉料的軟化點(diǎn)大為增加，導(dǎo)致不能在期望的溫度下燒釉。相比之下，如果Zn的重量百分比含量大于25％，則釉料的線脹系數(shù)變得極高，因而釉層易于產(chǎn)生開裂之類的缺陷。Zn的重量百分比含量最好設(shè)在15-20％的范圍內(nèi)，17-20％更好。
在第二種方式中，Ba的重量百分比含量以BaO折算設(shè)在10-23％的范圍內(nèi)。如果Ba的重量百分比含量小于10％，則釉料的絕緣性能下降，結(jié)果會(huì)損害跳火防止功能。相比之下，如果Ba的重量百分比含量大于23％，則釉料的軟化點(diǎn)增加，導(dǎo)致不能在期望的溫度下燒釉。Ba的重量百分比含量最好為12-18％。
在第一和第二方式中，上述陽離成分或輔助陽離子成分主要以氧化物成分包含在釉料中。然而，在很多情況下，氧化物的形態(tài)難以識(shí)別，例如這是因?yàn)樗龀煞中纬煞墙Y(jié)晶玻璃相態(tài)。在這種情況下，只要釉層中各成分(按氧化物折算)的含量落入上述范圍內(nèi)，則由此釉料制成的火花塞就落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
利用已知的EPMA技術(shù)(電子探針顯微分析)或XPS技術(shù)(X射線光電子譜分析)等微觀分析技術(shù)可以識(shí)別在絕緣子上形成的釉層中各種陽離子的含量。例如，如果在EPMA中測(cè)量特征X射線，可以應(yīng)用波譜X射線方法和能譜X射線方法。也可以通過對(duì)自絕緣子上剝離的釉層進(jìn)行化學(xué)分析或氣體分析來識(shí)別其組分。
根據(jù)本發(fā)明，具有上述釉層的火花塞包括一桿狀端子金屬片部分。該端子金屬片部分置于絕緣子的通孔內(nèi)，從而它和中心電極結(jié)合而形成一個(gè)獨(dú)立單元，或者通過將一導(dǎo)電粘合層置于金屬片部和中心電極之間而將其分開。在這種模式中，將整個(gè)火花塞維持在500℃，使電流在端子金屬片和金屬殼之間流動(dòng)，絕緣子置于其之間，從而測(cè)量絕緣電阻。為確保在高溫時(shí)的絕緣耐久性，絕緣電阻最好保持在200MΩ以上，以防止跳火等。
圖8示出了測(cè)量絕緣電阻的一裝置的實(shí)例。圖8所示的火花塞100包括一端子金屬片13和金屬殼1。端子金屬片13和直流恒壓電源(如1000V電源)相連。將金屬殼1接地。將火花塞在加熱爐中在500℃溫度下加熱，同時(shí)電流流過火花塞100。例如，利用一電阻(Rm)測(cè)量所加的電流Im時(shí)，待測(cè)絕緣電阻Rx由下式表示(Vs/Im)-Rm，其中Vs是載流電壓(所加的電流Im是從差分放大器的輸出測(cè)得的，它將用于測(cè)量電流的電阻兩端的壓差放大)。
絕緣子可由氧化鋁基絕緣材料制成，其中鋁的重量百分比含量以Al2O3折算為85-98％。此處，在20℃至350℃之間的溫度范圍內(nèi)所測(cè)得的平均線膨脹系數(shù)最好為50×10-7/℃至85×10-7/℃。如果線膨脹系數(shù)小于下限，則火花塞易于產(chǎn)生龜裂(crazing)之類的缺陷。相比之下，如果線脹系數(shù)大于上限，火花塞易于產(chǎn)生開裂(cracks)之類的缺陷。熱膨脹系數(shù)最好是60×10-7/℃至80×10-7/℃。
釉料的線膨脹系數(shù)可通過由下述方式獲得的值導(dǎo)出。將材料混合起來得到大致和所述釉料相同的組分，將混合物熔化得到玻璃態(tài)釉料料塊；從料塊上切下一塊樣品；通過已知的方法利用膨脹計(jì)測(cè)量樣品的膨脹系數(shù)。形成在絕緣子上的釉層的線脹系數(shù)也可利用如激光干涉儀或原子力顯微鏡技術(shù)測(cè)得。
第一種方式的火花塞通過本發(fā)明的第一種制造方法制成。該第一種制造方法包括釉粉制備步驟，釉粉積聚步驟以及燒釉步驟。
釉粉制備步驟包括將具有Si，B，Zn和Ba的陽離子原始粉料和選自Na，K和Li(共添堿金屬成分)的兩種元素的原始粉料混合，使混合物中Si的重量百分比含量以SiO2折算為18-35％，B的重量百分比含量以B2O3折算為25-40％，Zn的重量百分比含量以ZnO折算為10-25％，Ba的重量百分比含量以BaO折算為7-20％，每一種共添堿金屬成分的重量百分比含量為3-9％，其分別以Na2O，K2O和Li2O折算；在1000-1500℃的溫度下加熱并使混合物熔化；快速冷卻并使熔化的材料呈玻璃態(tài)；將玻璃態(tài)材料壓碎成為玻璃料；由玻璃料制備成釉粉。
釉粉積聚步驟包括將釉粉施加在絕緣子的表面上，從而形成釉粉積聚層。
燒釉步驟包括在800-950℃的溫度對(duì)絕緣子燒釉，從而焙燒釉粉積聚層使之固結(jié)于絕緣子的表面上。
第二種模式的火花塞通過本發(fā)明的第二種制造方法來制造。第二制造方法包括釉粉制備步驟，釉粉積聚步驟和燒釉步驟。
釉粉制備步驟包括將具有作為主要陽離子成分的Si，B，Zn和Ba的原始粉料和具有選自Ti，Zr中至少一種元素的原始粉料混合，使得混合物中Si的重量百分比含量以SiO2折算為20-40％，B的重量百分比含量以B2O3折算為20-35％，Zn的重量百分比含量按ZnO折算為15-25％，Ba的重量百分比含量以BaO折算為10-23％，Ti和/或Zr的總的重量百分比含量按TiO2和/或ZrO2折算為2-10％，在1000-1500℃的溫度下加熱并熔化混合物；將玻璃態(tài)材料粉碎成玻璃料；由玻璃料來制備釉粉。
釉粉積聚步驟包括將釉粉施加在絕緣子的表面上，從而形成釉粉積聚層。
燒釉步驟包括在800-950℃的溫度下對(duì)絕緣子燒釉，從而焙燒釉粉積聚層使之固結(jié)于絕緣子的表面上。
作為每一種成分的原始粉料(不僅包括陽離子成分原始粉料，也包括輔助陽離子成分的原始粉料)，除氧化物(包括混合氧化物外)可以使用各種無機(jī)原料的釉粉，它們有氫氧化物，碳化物，氯化物，硫化物，氮化物和磷化物。這些無機(jī)物釉粉通過加熱和熔化必須可以轉(zhuǎn)化為氧化物。除了將熔態(tài)材料浸入水中外，還可以將熔化的材料噴灑在冷卻輥的表面上實(shí)現(xiàn)快速冷卻，以獲得薄片狀的快速冷卻后的固態(tài)材料。
將用于釉粉的玻璃料在水或溶劑中分散以得到釉漿。將釉漿施加在絕緣子的表面上并烘干，將釉漿形成釉粉積聚層。將釉漿施加在絕緣子的表面上的方法可以是將釉漿通過噴嘴噴灑，有助于形成厚度均勻的釉粉積聚層，并可調(diào)節(jié)釉層的厚度。
為增強(qiáng)這樣所形成的釉粉積聚層的形狀保持性能，將適當(dāng)數(shù)量的粘土材料或有機(jī)粘合劑加入釉漿中。可使用的粘土材料以鋁硅酸鹽水合物為主要成分，例如這樣一種粘土礦，至少包括下面一種成分為主要成分，水鋁英石，imogolite，硅鐵土，綠土，高嶺石，埃洛石，蒙脫石，伊利石，垤石，白云石等以及其混合物。另外，所用的粘土材料還可以下列至少一種氧化物作為其主要成分，F(xiàn)e2O3，TiO2，CaO，MgO，Na2O，K2O等以及SiO2和Al2O3。
本發(fā)明的火花塞包括一通孔，端子金屬片，中心電極和燒結(jié)的導(dǎo)電材料部分(包括導(dǎo)電玻璃密封層和一電阻器)。通孔沿絕緣子軸向開設(shè)。端子金屬片固定在通孔的一端，而中心電極固定在通孔的另一端。燒結(jié)導(dǎo)電材料部分由玻璃和導(dǎo)電材料的混合物形成，置于通孔內(nèi)并位于端子金屬片和中心電極之間，從而將這些零件彼此電連接。
制造火花塞的方法包括如下步驟組件制造步驟將端子金屬片固定在絕緣子通孔的一端，中心電極固定到通孔的另一端。將以玻璃和導(dǎo)電材料為主組成的燒結(jié)導(dǎo)電原材料裝入通孔內(nèi)端子金屬片和中心電極之間的空間，從而形成粉末裝填層。
燒釉步驟下列步驟同步進(jìn)行。將絕緣子的表面上形成有釉粉積聚層的組件在800-950℃溫度下加熱焙燒從而使釉層固結(jié)于絕緣子的表面上，以形成釉層并將粉末裝填層的玻璃粉末軟化。
擠壓步驟使中心電極和端子金屬片在通孔內(nèi)彼此貼近，從而將粉末裝填層在中心電極和端子金屬片之間被擠壓，以形成繞結(jié)導(dǎo)電材料部分。
在這種情況下，通過燒結(jié)導(dǎo)電材料部分使中心電極和端子金屬片彼此電連接，并將通孔的內(nèi)表面和中心電極或端子金屬片密封。因而上述的燒釉步驟提供有玻璃密封步驟。由于燒釉和玻璃密封步驟同時(shí)進(jìn)行，故這一方法效率高。另外，由于采用了上述釉料，燒釉溫度可低達(dá)800-950℃。結(jié)果，因中心電極和端子金屬片的氧化而形成的有缺陷的產(chǎn)品很少，提高了火花塞的產(chǎn)量。
在這種情況下，釉料的軟化點(diǎn)最好在600-700℃的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。如果軟化點(diǎn)高于700℃，則燒釉溫度必須在950℃以上，因而中心電極和端子金屬片易發(fā)生氧化。相比之下，如果軟化點(diǎn)低于600℃，必須將燒釉溫度設(shè)置成低于800℃。在這種情況下，燒結(jié)導(dǎo)電材料部分必須采用低軟化點(diǎn)的玻璃材料，以獲得良好的玻璃密封。結(jié)果，如果在較高的溫度下長(zhǎng)時(shí)間使用所制成的火花塞，燒結(jié)導(dǎo)電材料部分中所包含的玻璃材料容易變性。在這種情形下，如果燒結(jié)導(dǎo)電材料部分包括一電阻，則負(fù)載下的壽命等特性會(huì)受到損害。
釉料的軟化點(diǎn)這樣測(cè)定將原材料混合并熔化，以獲得玻璃態(tài)釉塊；將釉塊分解成尺寸約10-100μm的顆粒，二次加熱時(shí)對(duì)粒子進(jìn)行差分熱分析；在吸熱反應(yīng)中發(fā)生在第一峰值后的表示狀態(tài)改變點(diǎn)的后續(xù)峰值(吸熱反應(yīng)中的第二峰值)確定為軟化點(diǎn)。形成在絕緣子的表面上的釉層的軟化點(diǎn)由以下方式獲得的軟化點(diǎn)導(dǎo)出測(cè)量釉層中陽離子和輔助陽離子的含量；根據(jù)此含量計(jì)算以氧化物折算的組分；將各元素的氧化物原材料混合并熔化，從而獲得和所得到的組分相同的組分；將混合物快速冷卻得到玻璃態(tài)樣本；測(cè)量玻璃態(tài)樣本的軟化點(diǎn)。
上面涂有釉層的絕緣子可以由氧化鋁基絕緣材料形成，它包含以Na2O折算重量百分比為0.07-0.5％的Na。在下面的描述中，除非另外說明“Na含量”指的是折算成Na2O所含Na的含量。


通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明的各種目的、特征和伴隨優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。
圖1是一剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明第一種模式的火花塞的一個(gè)實(shí)施例。
圖2A是一局部剖視圖，示出了圖1中的火花塞的主要部分。
圖2B是一放大了的剖視圖，示出了火花放電部分以及主體周圍部分。
圖3所示了具有釉層的絕緣子的外觀。
圖4A和4B示出了絕緣子的兩個(gè)實(shí)施例。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的火花塞的另一個(gè)實(shí)施例。
圖6A為一俯視圖，示出了圖5的火花塞的放電部分以及其周圍部分。
圖6B為一俯視圖，示出了圖5的火花塞的一種變形及其周圍部分。
圖7示出了本發(fā)明的火花塞的另一實(shí)施例。
圖8為解釋性示圖，示出了火花塞絕緣電阻的測(cè)量方法。
圖9為解釋性示圖，示出了橡膠擠壓法。
圖10為解釋性示圖，示出了釉漿涂層形成步驟。
圖11A-11D示出了玻璃封接步驟。
圖12A和12B示出了圖11A-11D所示步驟以后的步驟。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖所示的實(shí)施例描述本發(fā)明的模式。
實(shí)施例1圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第一模式的火花塞的實(shí)例?；鸹ㄈ?00包括一圓柱形金屬殼1，一絕緣子2，中心電極3和接地電極4。絕緣子2和金屬殼1配裝，從而絕緣子2的尖部從金屬殼1突出。中心電極3設(shè)置在絕緣子2的內(nèi)側(cè)，從而形成在中心電極3的尖部的火花放電部分31從絕緣子2突出。接地電極4的一端和金屬殼1通過焊接等工藝相連，而其另一端彎曲而面對(duì)中心電極3的尖端。和火花放電部分31相面對(duì)的火花放電部32形成在接地電極4上。在彼此相對(duì)的火花放電部分31和32之間形成有火花放電間隙。
由碳鋼之類的金屬制成的金屬殼形成圓柱形。圓柱形金屬殼用作火花塞100的外殼。用于和未示出的發(fā)動(dòng)機(jī)單元相連的螺紋部分7形成在圓柱形金屬殼1的外周面上。標(biāo)號(hào)1e表示工具接合部，其側(cè)向剖面為六邊形，用于和扳手接合。
在絕緣子2上沿軸向形成通孔6。端子金屬片13插入通孔6內(nèi)，并固定地設(shè)置在其尾部，中心電極3插入通孔6中并固定地設(shè)置在其尾部。在通孔6a中，電阻15設(shè)置在端子金屬片13和中心電極3之間。電阻器15的兩端分別通過導(dǎo)電玻璃密封層16和17和中心電極3和端子金屬片13電連接。電阻15和導(dǎo)電玻璃密封層16和17構(gòu)成了燒結(jié)導(dǎo)電材料部分。電阻器15通過加熱和擠壓在下述的玻璃封接步驟中制備，混合物包括玻璃粉末和導(dǎo)電材料粉末(如果需要用陶瓷粉末而不是玻璃)?？梢岳闷渌慕Y(jié)構(gòu)，省去電阻器15，通過單獨(dú)的導(dǎo)電玻璃密封層將端子金屬片13和中心電極3結(jié)合在一起。
絕緣子2有一通孔從其內(nèi)部沿軸向延伸，用于容納中心電極3。整個(gè)絕緣子由以鋁為主要成分的絕緣材料組成，即是，以Al2O3折算重量百分比為85-98％(最好是90-98％)的含Al的氧化鋁陶瓷。
除Al以外的其它成分的特例包括Si成分以SiO2折算重量百分比為1.50-5.00％；Ca成分以CaO折算重量百分比為1.20-4.00％；Mg成分以MgO折算重量百分比為0.05-0.17％；Ba成分以BaO折算重量百分比為0.15-0.50％；B成分以B2O3折算重量百分比為0.15-0.50％；如圖1所示，絕緣子2具有一突出部分2e，例如形狀為凸緣，它從絕緣子2的軸向中央部分沿徑向向外突出。以朝向尖端部的方向?yàn)榍皞?cè)(如圖1所示)。絕緣子2還具有形成在突出部2e的后側(cè)上的主體部分2b，以及第一軸向部分2g和第二軸向部分2i，它們從前側(cè)到后側(cè)順序形成在突出部2e之前。主體部分2b的直徑比突出部2e小。第一軸向部分2g的直徑小于突出部2e。第二軸向部2i的直徑小于第一軸向部分2g。在主體部分2b的后端部的周向表面上形成一波紋部分2c。第一軸向部分2g的周向表面大致為圓柱形。第二軸向部分2i的周向表面大致為錐形，其直徑朝尖端逐漸減小。
中心電極3的橫截面的面積比電阻器15小。在絕緣子2上形成的通孔包括大致為圓柱形的第一部分6a和第二部分6b。中心電極3插入第一部分6a。第二部分6b設(shè)置在第一部分6a的尾部(圖1的上側(cè))，其直徑大于第一部分6a。如圖1所示，端子金屬片13和電阻器置于第二部分6b內(nèi)，中心電極3插入第一部分6a。用于固定中心電極3的周邊突起3c從其尾端的外周邊面向外突出。通孔6的第一部分6a和第二部分6b在圖4A的第一軸向部分2g內(nèi)彼此互連。在此連接位置，用于容納中心電極3的突起3a的突起容納表面6c設(shè)置在通孔6的第一部分6a和第二部分6b之間。突起容納表面6c的形狀為錐面或曲面。
第一軸向部分2g和第二軸向部分2i之間的連接部分具有一臺(tái)階狀外周邊面。在金屬殼1的內(nèi)表面上形成內(nèi)突部分1c作為金屬殼1的接合面。臺(tái)階狀外周表面和突出部1c通過環(huán)形夾板63接合以防止軸向滑出。導(dǎo)線夾環(huán)62設(shè)置在金屬殼1的后開孔部分的內(nèi)表面和絕緣子的外表面之間。導(dǎo)線夾環(huán)62和凸緣狀突出部2e的后邊沿配合。導(dǎo)線夾環(huán)60通過填充有云母之類的材料的填充部61設(shè)在導(dǎo)線夾環(huán)62的后部。絕緣子2從后開孔插入金屬殼1并被向前推。當(dāng)絕緣子2和金屬殼1處于此狀態(tài)時(shí)，金屬殼1的開孔邊沿向內(nèi)和夾環(huán)60密封，從而形成閉合部1d將金屬殼1固定在絕緣子2上。
圖4A和4B示出了絕緣子2的兩個(gè)實(shí)施例。下面給出了實(shí)施例的各部分的優(yōu)選尺寸。
總體長(zhǎng)度L1為30-75mm第一軸向部分2g的長(zhǎng)度L2為0-30mm(不包括和突出部2e相連接的連接部分2f，但包括和第二軸向部分2i相連接的連接部分2h)。
第二軸向部分2i的長(zhǎng)度L3為2-27mm主體部分2b的外徑D1為9-13mm突起部分2e的外徑D2為11-16mm第一軸向部分2g的外徑D3為5-11mm第二軸向部分2i的底端部的外徑為3-8mm。
第二軸向部分2i的尖端部的外徑為2.5-7mm(從過中心軸線O的橫截面看去，當(dāng)外尖端表面的邊沿彎曲或有倒角時(shí)，D5表示在彎曲部或倒角部的根部所測(cè)得的外徑)。
通孔6的第二部分6b的內(nèi)徑D6為2-5mm。
通孔6的第一部分6a的內(nèi)徑D7為1-3.5mm。
第一軸向部分2g的壁厚t1為0.5-4.5mm。
第二軸向部分2i的底端部的壁厚t2為0.3-3.5mm(沿正交于中心軸線O的方向測(cè)量)。
第二軸向部分2i的尖端部分的壁厚t3為0.2-3mm(沿正交于中心軸線O的方向測(cè)量；從過中心軸線O的橫截面看去，當(dāng)外尖端表面的邊沿彎曲或有倒角時(shí)，t3表示在彎曲部或倒角部的根部所測(cè)得的壁厚)。
第二軸向部分2i的壁厚tA((t2+t3)/2)為0.25-3.25mm。
在圖1中，絕緣子2的部分2k從金屬殼1向后突出，其長(zhǎng)度LQ為23-27mm(例如約為25mm)。從過中心軸線O的絕緣子2的縱向截面看，突出部分2k的長(zhǎng)度LP沿對(duì)應(yīng)于金屬殼1的后沿的位置經(jīng)波紋(corrugated)部分2c和絕緣子2的后端邊沿位置之間的橫截面輪廓所測(cè)得的長(zhǎng)度為26-32mm(例如約為29mm)。
例如，圖4A中所示的絕緣子2的尺寸如下L1≈60mm，L2≈10mm，L3≈14mm，D1≈11mm，D2≈13mm，D3≈7.3mm，D4≈5.3mm，D5≈4.3mm，D6≈3.9mm，D7≈2.6mm，t1＝3.3mm，t2＝1.4mm，t3＝0.9mm，tA＝1.15mm。
在圖4B所示的絕緣子2中，第一軸向部分2g和第二軸向部分2i的外徑略大于圖4A。例如絕緣子2的各部位的尺寸如下L1≈60mm，L2≈10mm，L3≈14mm，D1≈11mm，D2≈13mm，D3≈9.2mm，D4≈6.9mm，D5≈5.1mm，D6≈3.9mm，D7≈2.7mm，t1＝3.3mm，t2＝2.1mm，t3＝1.2mm，tA＝1.65mm。
然后，如圖3所示，在絕緣子的表面上形成釉層2d，具體地說，是在主體部分2b的外周表面上，包括波紋部分2c和第一軸向部分2g的外周表面上。所形成的釉層2d的厚度為10-150μm，最好是20-50μm。如圖1所示，形成在主體部分2b上的釉層2d沿軸向向前于金屬殼1內(nèi)伸出一預(yù)定長(zhǎng)度，而釉層2d的后部伸至主體部2b的后方位置。另一方面，形成在第一軸向部分2g上的釉層2d蓋住部分2g和金屬殼1的內(nèi)周向表面相接觸的區(qū)域，例如，該區(qū)域從部分2g的軸向中間位置伸向夾板抵靠處的位置。
形成釉層2d的釉料包括主要陽離子成分Si，B，Zn和Ba，以及Na，K和Li中的兩種元素(共添堿金屬成分)。釉料中Si的重量百分比含量以SiO2折算為18-35％，B的重量百分比含量以B2O3折算為25-40％，Zn的重量百分比含量按ZnO折算為10-25％，Ba的重量百分比含量以BaO折算為7-20％。兩種共添堿金屬成分各以3-9％的重量百分比的數(shù)量組合，以Na2O，K2O和Li2O計(jì)。
更具體地說，釉料中Si的重量百分比含量為18-35％，以SiO2折算，B的重量百分比含量為25-40％，以B2O3折算，Zn的重量百分比含量為10-25％，以ZnO折算，Ba的重量百分比含量為7-20％以BaO折算，Na的重量百分比含量為3-9％，以NaO折算，K的重量百分比含量為3-9％，以K2O折算。Si，B，Zn，Ba和共添堿金屬成分的總量的重量百分比含量為95％以上，以各自的氧化物折算。釉料中基本不含Pb。若含Pb的話，以PbO折算其重量百分比含量不應(yīng)超過1.0％。此外，釉料也包括輔助陽離子成分，選自Al，Ca，F(xiàn)e，Zr，Ti，Sr，Mg，Bi，Ni，Sn，P和Mn中的一種以上。輔助陽離子的重量百分比含量應(yīng)小于5％，其中，Al以Al2O3折算，Ca以CaO折算，F(xiàn)e以Fe2O3折算，Zr以ZrO2折算，Ti以TiO2折算，Sr以SrO折算，Mg以MgO折算，Bi以Bi2O3折算，Ni以NiO折算，Sn以SnO2折算，P以P2O5折算。Mn以MnO折算。
中心電極3的主體部分3a和接地電極4的主體部分4a由Ni合金或類似合金形成。由Cu，Cu合金之類形成的核心材料3b置入中心電極3的主體部分3a?；鸹ǚ烹姴糠?1和與其面對(duì)的火花放電部分32主要由貴金屬形成，主要是Ir，Pt和Rh中的一種。如圖2B所示，中心電極3的主體部分3a有一尖端部，其直徑朝著扁尖端表面逐漸減小。在中心電極3的尖端表面上放置有一個(gè)盤形薄片。盤形薄片由與上述形成火花放電部分的合金相同的合金組成。結(jié)果沿薄片和尖端部之間形成的邊緣利用激光焊，電子束焊，電阻焊等焊接方法形成一焊接區(qū)W，從而將薄片固定在尖端部上并形成火花放電部分31。同樣，薄片置于接地電極4上和火花放電部分31相應(yīng)的位置，此后，沿薄片和接地電極之間的邊緣形成焊接區(qū)W，以便將薄片固定在接地電極4上，從而形成火花放電部分32。這些薄片可以由熔態(tài)材料形成，熔態(tài)材料通過將合金成分混合并熔化得到，從而達(dá)到上述組成。薄片也可以通過對(duì)合金粉末或者以預(yù)定比例混合的粉末元素金屬混合物進(jìn)行壓實(shí)或燒結(jié)得到。在這種結(jié)構(gòu)中，火花放電部分31和與之面對(duì)的火花放電部分32中的至少一個(gè)可以刪除。
例如，上述火花塞100可利用如下的方法制造。首先，用下述方法制造絕緣子2。以預(yù)定比例將用于絕緣子2的原材料粉體混合，即Si，Ca，Mg，Ba和B成分，從而當(dāng)混合粉末燒結(jié)后達(dá)到上述的氧化物組成。將預(yù)定數(shù)量的粘合劑(PVA)和水添加并混合，從而形成釉漿。原始粉末的組成實(shí)例如下用于Si，Ca，Mg，Ba和B的SiO2，CaO3，MgO，BaCO3和H3BO3粉末。另外，H3BO3可以熔劑形式加入。
利用噴霧干燥方法等技術(shù)將料漿噴霧干燥，造粒成顆粒。顆粒通過橡膠擠壓模成形法(rubber-press molding)成形為壓塊，作為絕緣子的最初形態(tài)。圖9概略示出了橡膠擠壓模成形過程。在圖9中，橡膠模具300具有一通過模具300內(nèi)部軸向伸展的空腔301。下沖模302在空腔301的下開孔部和其配合。一突伸擠壓銷303和下沖模302整體形成并在空腔301內(nèi)從沖模302的沖面延伸。突伸擠壓銷302限定了絕緣子2的通孔6的形狀(圖1)。
在這種狀態(tài)下，將預(yù)定數(shù)量的顆粒粒料PG充填到空腔301中，利用上沖模304封閉空腔301的上開口部，以密封空腔301。此時(shí)，從橡膠模具300的外表面外側(cè)施以液體壓力，從而通過橡膠模具300對(duì)位于空腔301內(nèi)的顆粒粒料301壓縮，獲得圖10所示的坯體(compact)305。在進(jìn)行上述擠壓模制成形之前，向粒料PG中加入濕氣，相對(duì)于100wt％的粒料PG來說，濕氣的重量百分比為0.7-1.3wt％，從而加速粒料PG在壓力作用下分解成顆粒。通過研磨等工藝將坯體305的外表面進(jìn)行加工從而對(duì)坯體305細(xì)加工得到和圖1所示的絕緣子2相同的外形。然后，在1400-1600℃的溫度下焙燒而得到絕緣子2。
釉漿按下列方法獨(dú)立制備。
將具有Si，B，Zn，Ba，Na和K成分的原始粉末混合(如含Si的SiO2粉末，含B的H3BO3粉末，含Zn的ZnO粉末，含K的K2CO3粉末)使得Si的重量百分比含量以SiO2折算為18-35％，B的重量百分比含量以B2O3折算為25-40％，Zn的重量百分比含量以ZnO折算為10-25％，Ba的重量百分比含量以BaO折算為7-20％。作為共添堿金屬成分，Na的重量百分比含量以Na2O折算為3-9％，K的重量百分比含量以K2O折算為3-9％。然后，將混合物在1000-1500℃的溫度下加熱并熔化，將熔化的材料注入水中進(jìn)行快速冷卻并玻璃化。將玻璃化材料粉碎成為玻璃料。向玻璃料中加入適當(dāng)數(shù)量的粘土材料，如高嶺土和gairome土以及有機(jī)粘結(jié)劑。將水加到混合物中，然后混合而形成釉漿。
如圖10所示，利用噴嘴N將釉漿噴施到預(yù)定大小面積的絕緣子表面上，從而形成釉漿液層2d′，干燥后作為釉粉積聚層。
下面描述中心電極3，端子金屬片13和絕緣子2的組裝以及電阻器15和導(dǎo)電玻璃密封層16，17的形成，絕緣子2上已形成有釉漿涂層2d′。首先，如圖11A所示，中心電極3插入絕緣子2的通孔6的第一部分6a，然后，如圖11B所示，將導(dǎo)電玻璃粉末H填入第二部分6b。然后，如圖11C所示，擠壓桿28插入通孔6對(duì)粉末H進(jìn)行初步壓縮而形成第一導(dǎo)電玻璃粉末層26。接下來，將電阻器的材料粉末充填并對(duì)其初步壓縮。將導(dǎo)電玻璃粉末進(jìn)行進(jìn)一步充填和初步壓縮。這樣，如圖11D所示，在通孔6內(nèi)，從中心電極3所在位置一側(cè)(下側(cè))按順序形成第一導(dǎo)電玻璃粉末層26，電阻器材料粉末層25和第二導(dǎo)電玻璃粉末層27。
下一步，如圖12A所示，將端子金屬片13插入通孔6形成組件PA。此時(shí)，將整個(gè)組件放入爐內(nèi)加熱到800至950℃，它高于玻璃的軟化點(diǎn)。然后，將端子金屬片13從中心電極3另一側(cè)的尾側(cè)端和通孔6壓配合，從而軸向擠壓層25，26和27。這樣就實(shí)現(xiàn)了壓力處理。結(jié)果，如圖12B所示，將各層壓縮并燒結(jié)從而形成導(dǎo)電玻璃密封層16，電阻器15，導(dǎo)電玻璃密封層17(此后稱上述過程為“玻璃封接過程”)。
由于釉漿涂層2d′中的玻璃料具有上述組成，玻璃料的軟化點(diǎn)為600-700℃。即，由于組分中Na和K的含量選擇得比較高，軟化點(diǎn)比傳統(tǒng)的鉛硅酸鹽玻璃釉料低。相應(yīng)地，玻璃料的燒釉溫度可以降低到800-950℃。因此，如圖12A和12B所示，通過在上面所述的玻璃封接過程加熱，釉漿涂層2d′同時(shí)燒釉成為釉層2d。而且，從另一個(gè)角度看，由于玻璃封接過程的加熱溫度從傳統(tǒng)上的900-1000℃降低到800-950℃，中心電極3和端子金屬片13的表面不易氧化。而且，由于上述組分的釉層和形成絕緣子的鋁絕緣子材料的線脹系數(shù)差較小，在玻璃封接過程中冷卻時(shí)釉層2d不易產(chǎn)生開裂等，這一過程也用作燒釉。
這樣，完成了組件PA的玻璃封接過程。因此，金屬殼1，接地電極4和其它成分固定到組件PA上，從而形成圖1所示的火花塞100?；鸹ㄈㄟ^螺紋部分7裝在發(fā)動(dòng)機(jī)模塊上，作為點(diǎn)火裝置用于對(duì)燃燒室內(nèi)的空氣-燃料混合物點(diǎn)燃。在火花塞100中，形成釉層2d的釉料有大量的堿金屬成分。然而，由于同時(shí)加入了兩種堿金屬成分Na和K，導(dǎo)電系數(shù)并沒有明顯增加，從而保證了良好的絕緣性能，具有良好的防止跳火功能。
根據(jù)本發(fā)明的火花塞并不僅限于圖1所示的形式，也可以是這樣的形式，即接地電極4的尖端和中心電極3的側(cè)表面面對(duì)并在兩者之間形成間隙，如圖5所示。在這種情況下，可以提供兩個(gè)接地電極4，它們分別面對(duì)中心電極3的兩側(cè)，如圖6A所示，或是提供三個(gè)以上的接地電極，環(huán)繞中心電極3設(shè)置，如圖6B所示。另外，火花塞100可以制成半表面放電火花塞，其中，使絕緣子2的尖端部分進(jìn)入中心電極3和接地電極的側(cè)面之間的空間內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)中，由于火花放電是沿絕緣子的尖端表面被誘導(dǎo)，和空氣放電火花塞相比，防污性能提高。
實(shí)施例2下面將描述根據(jù)本發(fā)明第二模式的火花塞的實(shí)施例。除了釉層的成分以外，實(shí)施例2的火花塞的結(jié)構(gòu)和實(shí)施例1完全相同。因而對(duì)釉層以外的詳述描述省去，它們可由圖1至7看得非常清楚。形成釉層2d的釉料包括Si，B，Zn和Ba，它們是主要陽離子成分；Ti和Zr至少其一；堿金屬成分Na，K，Li至少其中之一。主要陽離子成分的含量如下Si的重量百分比為20-40％，按SiO2折算，B的重量百分比含量為20-35％，按B2O3折算，Zn的重量百分比為15-25％，按Zn折算，Ba的重量百分比含量為10-23％，按BaO折算。Ti和Zr的總量為2-10％，按TiO2和ZrO2折算。堿金屬成分的重量百分比含量總量為12％以下，Na以Na2O折算，K以K2O折算，Li以Li2O折算。Pb的重量百分比含量以PbO折算抑制到0.1％以下。
具體地說，可以調(diào)節(jié)釉層的上述成分，以滿足至少下列一個(gè)條件(1)Si的重量百分比含量為20-38％，以SiO2折算，(2)Zr的重量百分比含量為3.4％以下，以ZrO2折算，(3)Ti的重量百分比含量為1.5％以上，以TiO2折算，(4)WTi/WZr為0.2-10，其中WZr表示以ZrO2折算的Zr的含量，WTi表示以TiO2折算的Ti的含量。
除了釉層的原材料的組分不同外，制造具有上述釉層2d的火花塞100的方法大致和實(shí)施例1相同。釉漿按如下方法制備將原始粉末具有Si，B，Zn，Ba和具有Ti和Zr至少之一的原料(例如含Si，B，Zn，Ba，Ti，Zr的SiO2，H3BO3，ZnO，BaCO3，TiO2，ZrO2)混合，使得混合物中Si的重量百分比含量以SiO2折算為20-40％，B的重量百分比含量以B2O3折算為20-35％，Zn的重量百分比含量以B2O3折算為20-35％，Zn的重量百分比含量以ZnO折算為15-25％，Ba的重量百分比含量以BaO折算為10-23％，Ti和Zr的重量百分比含量總量以TiO2和ZrO2折算為2-10％。若添加Na，K，Li中的至少一種元素作為堿金屬成分，所添加的原始粉末中混合物中Na，K和Li的重量百分比含量為12％以下，以Na2O，K2O和Li2O折算。然后，將混合物在1000-1500℃的溫度下加熱并熔化，將熔化的材料注入水中進(jìn)行快速冷卻并使其玻璃化。將玻璃化的材料粉碎從而得出玻璃料。玻璃料可以和適當(dāng)數(shù)量的粘土材料，如高嶺粘土或gairome粘土和有機(jī)粘結(jié)劑混合。將水加入混合物中，然后就得到釉漿。
當(dāng)堿金屬成分和B的含量在上述范圍時(shí)，可容易地制備出低粘度和充分流度的釉漿。參閱圖10，通過噴嘴N將釉漿S噴施在預(yù)定面積的絕緣子2的表面上，從而形成厚度均勻的釉漿涂層2d′，且可抑制釉漿S中氣泡的卷入。對(duì)它的說明和實(shí)施例1大致相同，故不再對(duì)火花塞的制造過程詳細(xì)描述。對(duì)釉漿涂層2d′燒釉形成厚度均勻且缺陷很少的釉層2d。如實(shí)施例1那樣，由于釉料的軟化點(diǎn)低達(dá)600-700℃，玻璃封接過程的加熱溫度從傳統(tǒng)的900-1000℃降至800-950℃，因此中心電極3和端子金屬片13的表面不易發(fā)生氧化。此外，由于上述組分的釉料和形成絕緣子82的鋁絕緣子材料的線脹系數(shù)差較小，在玻璃封接過程中，它也是燒釉過程，釉層2d不易發(fā)生開裂等。由于釉料形成的釉層2d含有少量的堿金屬成分，確保了絕緣性能，具有良好的防跳火功能。
在某些情況下，實(shí)施例1和實(shí)施例2的火花塞根據(jù)成分的選擇具有相同類型的釉層2d。在這種情況下，本發(fā)明的第一和第二模式的效果可同時(shí)達(dá)到。
實(shí)驗(yàn)實(shí)例為確認(rèn)本發(fā)明的效果，進(jìn)行了下列實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)1絕緣子按如下方法制成。將下列成分以預(yù)定比例混合氧化鋁粉(氧化鋁95wt％，Na 0.1wt％，以Na2O折算，平均顆粒尺寸3.0μm)和SiO2(純度99.5％，平均顆粒尺寸1.5μm)，CaCO3(純度99.9％，平均顆粒尺寸2.0μm)，MgO(純度99.5％，平均顆粒尺寸1.5μm)，BaCO3(純度99.5％，平均顆粒尺寸1.5μm)，H3BO3(純度99.0％，平均顆粒尺寸1.5μm)，ZnO(純度99.5％，平均顆粒尺寸2.0μm)按照預(yù)定的比例混合，所形成粉末混合物按重量每100份粉末混合物中混入3份PVA作為親水粘結(jié)劑和103份水，然后進(jìn)行混合形成釉漿。
將漿料利用噴霧烘干法進(jìn)行烘干，從而造粒制備出球形顆粒粒料(granules)。將粒料過篩從而將顆粒尺寸控制到50-100μm。在50MPa的壓力下通過橡膠擠壓模制成形方法(rubber-press molding)制成坯料，這已參照?qǐng)D9進(jìn)行過描述。將坯料的外周面研磨成預(yù)定的絕緣子形狀。在1550℃的溫度下焙燒壓塊等形成絕緣子2。經(jīng)X射線熒光分析，確定絕緣子2含有下列成分。
Al94.9wt％，以Al2O3折算；Si2.4wt％，以SiO2折算；Ca1.9wt％，以CaO折算；Mg0.1wt％，以MgO折算；Ba0.4wt％，以BaO折算；B0.3wt％，以B2O3折算。
圖4A所示的絕緣子2的尺寸如下L1≈60mm，L2≈8mm，L3≈14mm，D1≈10mm，D2≈13mm，D3≈7mm，D4＝5.5mm，D5＝4.5mm，D6＝4mm，D7＝2.6mm，t1＝1.5mm，t2＝1.45mm，t3＝1.25mm，tA＝1.35mm。另外，如圖1所示，從金屬殼1向后突出的絕緣子2的部分2K的長(zhǎng)度LQ為25mm。從過絕緣子2的中心軸線O的縱向截面看，絕緣子2的突出部分2K的長(zhǎng)度LP沿為29mm，它是沿對(duì)應(yīng)于金屬殼1的后沿經(jīng)波紋部2C和絕緣子2的后端緣之間的截面輪廓測(cè)得的。
下一步，制備釉漿。首先，以不同的比例混合下列原材料。SiO2粉末(純度99.5％)，H3BO3粉末(純度98.5％)，BaCO3粉末(純度98.5％)，ZnO粉末(純度99.5％)，Na2CO3粉末(純度99.5％)，K2CO3粉末(純度99％)，Al2O3粉末(純度99.5％)，F(xiàn)e2O3粉末(純度99.0％)，CaCO3粉末(純度99.8％)，TiO2粉末(純度99.5％)，SrCO3粉末(純度99％)，SnO2粉末(純度99％)，F(xiàn)eO粉末(純度99％)。將形成的混合物在1000-1500℃下加熱并熔化。將熔化的材料注入水中以快速冷卻和玻璃化。利用氧化鋁鍋將玻璃化材料粉碎分解成50μm以下的顆粒，從而獲得玻璃料。將3份粘土材料，如新西蘭高嶺土，作為有機(jī)粘結(jié)劑的2份PVA和100份水混入玻璃料，其數(shù)量按重量以100份玻璃料計(jì)，從而得到釉漿。
如圖10所示，通過噴嘴將釉漿噴灑在絕緣子2的表面上，然后干燥，形成釉漿涂層。干燥后釉漿的厚度約為80μm。利用這樣制成的絕緣子，通過圖11A-11D，12A和12B所述的方法得出圖1所示的各種類型的火花塞。螺紋部分7的外徑為14mm。另外，利用B2O3-SiO2-BaO-LiO玻璃，ZrO2粉末，碳黑粉末，TiO2粉末和金屬Al粉末作為原材料制成電阻器15；利用B2O3-SiO2-Na2O玻璃，Cu粉，F(xiàn)e粉，F(xiàn)e-B粉末制作導(dǎo)電玻璃密封層16和17。玻璃密封溫度，即燒釉溫度為900℃。形成在絕緣子的表面上的釉層厚度約為50μm。
另外，通過固化制備出塊狀釉料樣品而不進(jìn)行隨后的壓碎。利用X-射線衍射，確認(rèn)釉塊呈玻璃態(tài)(非結(jié)晶)。利用該樣本進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)。
(1)化學(xué)成分分析利用熒光X射線進(jìn)行光譜測(cè)定。表1至3示出通過該分析獲得的每一樣品的值(以氧化物折算)。另外，對(duì)形成在每個(gè)絕緣子2的表面上的釉層2d的組分用EPMA法進(jìn)行確定，結(jié)果和釉塊樣品分析所獲得的結(jié)果一致。
(2)熱膨脹系數(shù)從每個(gè)釉塊樣品上切下一片釉塊(5mm×5mm×10mm)，通過膨脹計(jì)利用已知的方法在20℃至350℃之間進(jìn)行測(cè)量取平均值。從每一絕緣子上切下相同尺寸的一試驗(yàn)片，并進(jìn)行同樣的測(cè)量，該系數(shù)為73×10-7/℃。
(3)軟化點(diǎn)通過施加熱量，對(duì)每一粉末樣品(50mg)進(jìn)行差分熱分析。從室溫開始測(cè)量，吸熱反應(yīng)中第二峰值溫度確定為軟化點(diǎn)。
利用參照?qǐng)D8所述的方法在1000V下于500℃時(shí)對(duì)每個(gè)火花塞的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量。對(duì)形成在每個(gè)絕緣子2上的釉層2d的狀態(tài)進(jìn)行肉眼檢查。結(jié)果如表1至4所示。
因此，具有滿足本發(fā)明的第一種模式的要求的釉層的火花塞沒有開裂或其它缺陷在釉層上產(chǎn)生，這表明在800-950℃這樣低的燒釉溫度下所得的釉層是良好的。盡管堿金屬成分較高，500℃時(shí)的絕緣電阻高達(dá)200MΩ，表明具有良好的防跳火功能。
實(shí)驗(yàn)2在實(shí)驗(yàn)2中，具有相同形狀和材料的絕緣子2的制造方法如下。釉漿按下列方法制備。所采用的原材料是SiO2粉末(純度99.5％)，H3BO3粉末(純度99.5％)，ZnO粉末(純度99.5％)，BaCO3粉末(純度99.5％)，Na2CO3粉末(純度99.5％)，K2CO3粉末(純度99％)，LiCO3粉末(純度99％)，Al2O3粉末(純度99％)，CaCO3粉末(純度99.8％)，TiO2粉末(純度99.5％)和ZrO2粉末(純度98％)。將它們以不同的比例混合。將所形成的混合物在1000-1500℃下加熱并熔化。將熔化的材料注入水中以使其快速冷卻并使之玻璃化。利用鋁鍋將玻璃態(tài)材料壓碎成為平均顆粒尺寸為9-10μm的顆粒從而形成玻璃料。將作為粘土材料(英格蘭高嶺土)的重量百分比為10％的高嶺土，1％的丙烯酸無機(jī)粘結(jié)劑，35％的水分加入和玻璃料混合，從而獲得釉漿。
將每一種這樣制得的釉漿在40℃的恒溫槽中停留10天，從而使B元素和堿金屬成分從玻璃料中分離，然后用B型粘度計(jì)測(cè)量(由東京Keiki株式會(huì)社制造，型號(hào)BH)。
除了使用上述的釉漿外，在和實(shí)驗(yàn)1相同的條件下制造圖1所示的多種火花塞。(對(duì)每一種釉漿組分制造1000件)。在每一絕緣子2中，釉層2d的厚度為50μm。如實(shí)驗(yàn)1一樣，在500℃的溫度下測(cè)量這樣制成的火花塞的絕緣電阻。對(duì)在每一絕緣子2上形成的釉層2d的狀態(tài)進(jìn)行肉眼檢查。
另外，通過固化制備釉塊樣品，而不進(jìn)行壓碎。通過X射線衍射確定釉塊樣品呈玻璃態(tài)(非結(jié)晶)。利用該樣品進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。(1)化學(xué)組分分析。采用X射線熒光分析法。圖5示出了通過該分析獲得的每一樣品的值(以各自的氧化物折算)。另外，利用EPMA技術(shù)來確定在絕緣子2的表面上形成的釉層2d的組分，由所獲得的值可確定它大致和利用釉塊樣品分析所獲得的值相同。
(2)軟化點(diǎn)。將每一種粉末樣品在加熱時(shí)進(jìn)行差分熱分析。從室溫開始測(cè)量，吸熱反應(yīng)的第二峰值溫度確定為軟化點(diǎn)。結(jié)果示于圖6。
(3)用肉眼檢查通過燒釉形成的釉層上的開裂和龜裂，并對(duì)每1000件釉層有缺陷的火花塞進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。結(jié)果示于圖6。
由此可十分清楚地看出，滿足本發(fā)明的第二種模式的要求的具有釉層的火花塞中，熔態(tài)釉層的狀態(tài)良好，開裂或龜裂發(fā)生次數(shù)少。尤其是甚至在800-950℃這樣低的燒釉溫度下也可獲得良好的釉層。在500℃的溫度下，絕緣電阻高達(dá)200MΩ以上，這說明具有良好的防止跳火的功能。另外，形成釉層的釉漿具有較低的粘度，這有利于形成均勻的釉層，缺陷較少。
顯然，根據(jù)上述教導(dǎo)，本發(fā)明可有多種修改和變型。因此應(yīng)該明白，在所附權(quán)利要求限定的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以由以上描述以外的方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種火花塞，包括一中心電極(3)；一金屬殼(1)，它圍繞中心電極(3)設(shè)置；一接地電極(4)，接地電極(4)的一端和金屬殼(1)連接，而接地電極(4)的另一端和中心電極(3)面對(duì)；一絕緣子(2)，設(shè)置在中心電極(3)和金屬殼(1)之間，從而絕緣子(2)蓋住中心電極(3)的外表面；以及一釉層(2d)，主要由氧化物形成，它蓋住絕緣子(2)的至少一部分表面，其特征在于，形成釉層(2d)的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Na，K和Li中的兩種共添堿金屬成分，其中，Si的重量百分比含量折算成SiO2為18-35％，B的重量百分比含量折算成B2O3為25-40％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO為10-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO為7-20％，兩種共添堿金屬成分中每種的量為從由下面構(gòu)成的組中選擇的一個(gè)重量百分比含量大于3％且小于或等于9％的Na2O，重量百分比含量為3-9％的Li2O。
2.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中釉料包括Al，Ca，F(xiàn)e，Zr，Ti，Sr，Mg，Bi，Ni，Sn，P，Mn中的一種以上的輔助陽離子成分，相對(duì)于釉料的全部組分來說，輔助陽離子成分的總量為5％，其中，Al以Al2O3折算，Ca以CaO折算，F(xiàn)e以Fe2O3折算，Zr以ZrO2折算，Ti以TiO2折算，Sr以SrO折算，Mg以MgO折算，Bi以Bi2O3折算，Ni以NiO折算，Sn以SnO2折算，P以P2O5折算，Mn以MnO折算。
3.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，釉料中不含Pb，或Pb的含量折算成PbO在1.0％以下。
4.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，釉料中共添堿金屬成分的重量百分比含量折算成各自的氧化物為8-20％。
5.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，Na以Na2O折算，K以K2O折算，Li以Li2O折算，A1/A2的值控制在1.0-2.0范圍內(nèi)，其中A1是兩種共添堿金屬成分中其中一種成分的摩爾量，A2是另一種成分的摩爾量。
6.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，火花塞包括一桿形端子金屬片部分(13)，它置于絕緣子(2)的通孔內(nèi)，從而端子金屬片部分和中心電極(3)成為一體，或由位于其間的導(dǎo)電結(jié)合層將其和中心電極(3)分開；以及在將整個(gè)火花塞置于約500℃的溫度，并將一電流流過端子金屬片部分(13)和金屬殼(1)之間的狀態(tài)下，絕緣子(2)的絕緣電阻為不小于200MΩ。
7.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，絕緣子(2)由氧化鋁基絕緣材料形成，其中Al的重量百分比含量折算成Al2O3為85-98％；以及在20℃至350℃的溫度范圍內(nèi)測(cè)量時(shí)，釉料的平均線膨脹系數(shù)為50×10-7/℃至85×10-7/℃。
8.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，釉料的軟化點(diǎn)在600至700度范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的火花塞，其中，釉料中陽離子成分的重量百分比總含量，即Si，B，Zn，Ba和共添堿金屬成分折算成它們的氧化物至少為95％。
全文摘要
形成在氧化鋁基表面上的釉層包括SiO
文檔編號(hào)H01T13/20GK1913264SQ20061010816
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期1999年5月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月22日
發(fā)明者杉本誠(chéng), 增田浩盟 申請(qǐng)人:日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社