專利名稱：陶瓷火花塞絕緣體及其制造方法
技術領域：
本發明涉及陶瓷絕緣體，更具體地，涉及陶瓷火花塞絕緣體及制造陶瓷火花塞絕 緣體的方法。
背景技術：
如圖1所示，現有火花塞10通常采用陶瓷絕緣體12，該陶瓷絕緣體12部分位于金 屬殼體16中且在該金屬殼體上方向著接線端18軸向延伸。導電端子20位于接線端18處 的中心孔22內。該導電端子20是位于中心孔22中的導電中心電極組件M的一部分。在 相對端或點火端26，中心電極28位于絕緣體12內且具有暴露的火花表面30，該火花表面 30與位于該殼體16上的接地電極32 —起界定一火花間隙34。多種不同絕緣體12構造用 于適應各種接線端子構造、電極組件構造、殼體構造等等。然而，參考圖1和2，絕緣體12的 特征基本代表了現有的當代火花塞絕緣體。絕緣體12為一整體式陶瓷制品，其通常通過以下方法制造從噴霧干燥粉末壓 制成一坯料，隨后采用磨輪從該坯料磨削成一接近最終形狀的絕緣體預成型件(考慮到收 縮)，然后燃燒該絕緣體預成型件至足以使該預成型件致密并燒結該粉末顆粒的高溫以形 成完成的絕緣體。絕緣體12具有在殼體16上方延伸的桿部36，該桿部36適用于接收火花 塞套(圖未示)并具有足以為該絕緣體提供必需的機械強度的壁厚，因為該絕緣體可能經 受與火花塞的搬運和安裝有關的應力。如圖所示，桿部36在中心孔22中容納接線螺柱37， 在其他構造中(圖未示)，桿部36還可容納中心電極組件M的其他部分。絕緣體12還包 括大肩部38，該大肩部38用于與翻邊(turn-OVer)40結合以在發動機操作過程中將絕緣 體12保持在金屬殼體16中，由于與燃燒氣體向外壓在絕緣體12和中心電極組件M上有 關的壓力。絕緣體12還具有位于金屬殼體16中接近該殼體的螺紋部43的下柱部42。如圖所示，下柱部42在中心孔22中容納三件式(導體/抑制器/導體)玻璃抑 制密封(FISS)44，或在其他構造中，該下柱部42可容納中心電極組件M的其他部分。下柱 部42通過小肩部45過渡至位于其下部的錐形的芯頂部46。小肩部45與殼體16中的肩 部47操作地接合，且與大肩部38和翻邊40 (或在圖未示的其他殼體構造中的預成型的凸 緣或肩部)一起將絕緣體12保持在殼體16中。錐形的芯頂部46容納中心電極觀，該中心 電極觀還包括火花尖端(圖未示)作為火花表面30。絕緣體12具有高介電強度、高機械 強度、高導熱率、及足以滿足內燃機的高溫操作環境的抗熱沖擊性。用于內燃機的火花塞絕緣體經受大約1，000°C的高溫環境。在操作中，高至約 40，000伏的點火電壓脈沖通過火花塞施加到中心電極，從而使火花躍過中心電極和接地電 極之間的間隙。絕緣體的目的在于確保火花路徑的完整并防止電壓脈沖找到至接地的其他路徑，從而降低火花塞的火花性能。所述的高電壓和高溫環境會降低現有絕緣體材料的性 能或與這些材料有關的突出的性能極限。例如，壓制過程留下噴霧干燥粉末的殘留物，其已 知對于陶瓷的介電強度有不利作用，因為為了適應絕緣體的形狀，壓制的坯料的橫截面積 沿其長度不均勻。會出現密度梯度以使絕緣體的一些區域具有低密度(高孔隙率)。再次參考圖1，采用上述壓制方法，在絕緣體的橫截面厚度改變的位置，例如大肩 部區域38或鄰近小肩部45的區域的一側，密度梯度和低密度區域頻繁出現。這些密度減 小的區域具有低介電強度，因此更易受介電擊穿的影響。作為另一個例子，用于形成火花塞 絕緣體的磨削過程從壓制的坯料去除了大量材料。該材料通常被再加工成后續批次的噴霧 干燥粉末，但該材料也是潛在的污染源。這種污染還會引起用于火花塞絕緣體的陶瓷材料 中的隨機的、局部區域介電強度降低。作為另一個例子，用于形成絕緣體的磨削過程還在燒 結的絕緣體上留下較粗糙的表面光潔度，其通常使得絕緣體的接線端或桿部的釉化成為必 需，并促進來自燃燒過程的沉積物粘附在點火端上。多種不同材料已用于或被建議用于陶瓷火花塞絕緣體，包括各種瓷料和金屬氧化 物。目前，最常使用的材料是氧化鋁基陶瓷材料，其通常還結合各種玻璃和其他合金組分。 適合用作陶瓷火花塞絕緣體的氧化鋁基陶瓷材料的例子包括US 4,879, 260 (Manning)和 US 7，169, 723 (Walker)中所述的那些材料。用于絕緣體的陶瓷材料是介電材料。材料的介 電強度基本上限定為可施加到該材料而不會導致其故障或電擊穿的最大電場。火花塞絕緣 體的介電強度基本上以伏每密耳(V/mil)測量。用于多種應用的標準火花塞設計的火花塞 RMS介電強度的標準值在室溫下大約為400V/mil。用于火花塞的絕緣體的介電強度是溫度 的函數。高溫導致某些離子的遷移率增加，允許電流更容易地通過陶瓷泄漏。電流的任何 泄漏導致局部加熱，該局部加熱逐漸降低材料的抗介電擊穿性。注意到由于在施加電場下 的火花塞循環上的熱應力并由于隨之而來的熱電疲勞，絕緣體的抗介電擊穿性還趨向于減 少火花塞的壽命。雖然未完全明白微結構和/或組分變化的確切特性，但認為其與局部加 熱至足以導致陶瓷材料的部分熔化的溫度有關。隨著制造商繼續增加內燃機的復雜性并減少內燃機的尺寸，火花塞絕緣體需要具 有較小的直徑。目前，由于在火花塞的使用壽命期間絕緣體所要求的介電強度直接與絕緣 體的壁所要求的厚度有關，尺寸的減小受到限制。限制尺寸減小的另一個因素在于更多的 制造商要求火花塞有更長的使用壽命，例如要求火花塞有100，000英里、150，000英里、及 175，000英里的使用壽命。期望的使用壽命越高，要求的介電強度也越高。此外，要求的電 壓越高，要求的介電強度也越高。在增加火花塞的使用壽命或介電強度之前，絕緣體的壁的 厚度增加。然而，對于用于現代發動機的更緊湊的火花塞的當前要求防止或限制了壁較厚 的絕緣體的使用。因此，當發動機尺寸收縮及火花塞需要較長的使用壽命和較高的電壓時， 火花塞需要具有增強的介電強度和減小的壁厚和尺寸的絕緣體。因此，對于給定尺寸和壁厚的火花塞絕緣體，為了促進增強的火花塞和發動機性 能，在高電壓和高操作溫度下的延長的使用期間，需要增強介電強度并從而減小對介電擊 穿的敏感性。或者，對于給定的性能要求，需要增強絕緣體材料的介電強度并從而促進絕緣 體材料的尺寸和壁厚的減小，從而減小與火花塞相關的空間并使該空間用于其他用途。
發明內容
高純度氧化鋁被發現具有特別好的電氣性能，具有475V/mil的RMS介電強度。這 對于用于現有火花塞絕緣體的氧化鋁改進了約20%。然而高純度氧化鋁很難加工，且用于 現有火花塞絕緣體的制造工藝不適用。例如，現有形成工藝是從噴霧干燥粉末壓制成一坯 料，隨后采用磨輪在該坯料中磨削絕緣體的輪廓，然后燃燒該絕緣體至高溫以通過燒結致 密。壓制過程留下噴霧干燥粉末的殘留物，其已知對于陶瓷的介電強度有不利作用。因為 為了適應絕緣體的形狀，壓制的坯料的橫截面積不均勻，會出現密度梯度以使絕緣體的一 些區域具有低密度且更易于發生介電故障。磨削過程去除了大量材料。該材料通常被再加 工成后續批次的噴霧干燥粉末，但該材料也是潛在的污染源。磨削過程還在絕緣體上留下 非常粗糙的表面，其通常使得接線端的釉化成為必需，并促進來自燃燒過程的沉積物粘附 在點火端上。本發明的火花塞絕緣體通過在燃燒前組裝兩個或多個粗糙的圓柱體部件，并 在燃燒過程中永久地連接而形成。組裝以形成火花塞絕緣體的部件可由任何用于陶瓷的通常使用的加工方法制造。 擠壓是形成用于本發明的這種類型的圓柱體部件的非常有效的方法。擠壓的部件易于形成 且不具有來自壓實的顆粒材料的殘留結構，如在干壓的絕緣體中所發現的。擠壓還產生具 有非常均勻的密度的部件。通過擠壓可形成經測量具有最高介電強度的某些氧化鋁陶瓷部 件。擠壓的部件在內徑和外徑上具有緊公差且具有很少浪費。通過彼此嵌套組裝兩個或多 個擠壓管組裝火花塞絕緣體，可以獲得火花塞絕緣體的形狀。通過控制各擠壓部件的密度， 其可被制造為在燃燒期間收縮以使連接性強且氣密。
圖1是根據現有技術的火花塞的簡化的剖視圖；圖2是圖1所示火花塞的絕緣體部分的剖視圖；圖3是根據本發明的第一實施例的火花塞的組裝的絕緣體部分的剖視圖；圖4是根據本發明組裝的火花塞絕緣體的另一個實施例的剖視圖；圖5是根據本發明的又一個實施例的火花塞的組裝圖；圖6是根據本發明的又一個實施例的絕緣體的剖視圖；圖7A-C依次示出了圖3所示火花塞絕緣體的組裝和形成；圖8A-C依次示出了圖4所示火花塞絕緣體的組裝和形成；圖9A-C依次示出了圖5所示火花塞絕緣體的組裝和形成；圖10A-C依次示出了圖6所示火花塞絕緣體的組裝和形成；圖11是包括粘結的桿管的本發明的另一個實施例的剖視圖；以及圖12是包括涂覆到外表面的不同區域的絕緣涂層和傳導涂層的圖3的火花塞絕緣體的剖視圖。
具體實施例方式
參考圖3-10，本發明的陶瓷火花塞絕緣體100包括多個陶瓷管110，這些陶瓷管 110嵌套接合且通過燒結生坯陶瓷預成型管210彼此直接粘結以形成陶瓷火花塞絕緣體 100。生坯陶瓷預成型管210和最后產生的陶瓷管110可具有任何合適的形狀，包括有利于獲得并保持嵌套接合的正圓柱形，且可采用任何合適的直徑112或外形尺寸，包括各種現 有各種火花塞絕緣體的。然而，出于在此所述的與以下事實相關的理由，即本發明的陶瓷絕 緣體100采用比起整體式陶瓷絕緣體將獲得較高密度或較高介電強度或其兩者的材料和 方法制造，本發明被認為特別好地適合作為用于小直徑火花塞的絕緣體，例如具有M12、M10 及更小螺紋尺寸的那些火花塞。此外，陶瓷管110可包括孔114，孔114作為生坯陶瓷預成 型管210中的孔預成型件214形成。孔114可沿與陶瓷管110的縱向中心軸111重疊的縱 向孔軸115延伸。如果采用多個孔114，則多個孔軸115與管軸111可能重疊也可能不重 疊。孔114可以所述的方法形成為任何合適的直徑或尺寸以容納任何類型的中心電極組 件(圖未示)。例如，通過適當地確定在嵌套的陶瓷管110中的孔114的尺寸，可包括一個 或多個肩部116以接合、保持或以其他方式容納中心電極組件(圖未示)的部件，例如中心 電極、FISS、彈簧、電阻、電感、接線螺柱、接線端子等等。另外，通過磨削或類似的成形方法 可在孔預成型件214中形成一個或多個埋頭孔(圖未示)以在孔預成型件214內形成額外 的肩部、錐形導入件或其他零件，在燒結后，在孔114內提供這些零件。生坯陶瓷預成型管 210還可磨削或以其他方式在其各端或外表面提供各種切角(chamfer) 218、半徑220、錐形 部222、槽(圖未示)或其他零件形式的去除部分，在燒結后，提供切角118、半徑120、錐形 部122、槽(圖未示)或其他零件。參考圖3-6，陶瓷火花塞絕緣體100包括芯管130。一般來說，芯管130是一電絕緣 陶瓷管110，其與大多數其他陶瓷管110嵌套接合并直接粘結，如圖3-6所示。雖然這是該 元件的基本設置，但本發明不限于此，在此所述嵌套接合和直接粘結的陶瓷管而不包括芯 管130的其他設置也是可能的。芯管130具有接線端136和點火端137，接線端136操作地 容納火花塞接線端子，點火端137相對于接線端并操作地接近于汽缸蓋定位。術語接線端 和點火端的使用用于各種陶瓷管和管預成型件以描述其相對于芯管130的定位。芯管130 具有長度、外徑、孔徑，以及由多種因素確定的壁厚或管厚，包括包含該芯管的火花塞的螺 紋尺寸和殼體構造、要求的介電強度、機械強度、熱傳遞和使用的陶瓷材料，以及其他因素。 對于多種應用，芯管130的長度可在約0. 50-3. 00英寸的范圍內變化，直徑可在0. 25-0. 50 英寸的范圍內變化，且壁厚可在約0.050-0. 100英寸的范圍內變化，但并不限于此。然而， 這些范圍外的應用也是可能的并落在本發明的范圍內。再次參考圖3-6，芯管130與芯頂部管140嵌套接合并直接粘結。提供嵌套接合的 重疊部分132和直接粘結部134形成這些管之間的氣密密封。用于特定絕緣體100設計的 重疊部分132的長度取決于密封、連接強度、熱傳遞、電極組件材料和構造，以及與對于特 定絕緣體和火花塞設計的這些管之間的連接相關的其他考慮和要求，例如芯頂部管140的 直徑。約0. 25英寸或以上的重疊部分被認為對于多種絕緣體12設計提供了足夠的重疊。 通過直接粘結，意味著粘結部134僅是燒結過程的結果，而無需引入中間層，例如玻璃或釉 料，使得在重疊部分132中的芯頂部管140的外表面和芯管130的孔114之間的界面存在 密切接觸。燒結過程被認為在該界面產生一些化學粘結，粘結的程度取決于燒結時間和溫 度以及其他因素，例如在該界面處的污染物的存在，重疊部分132中的部件的表面光潔度， 各預成型件的壁厚和密度等等。芯頂部管140具有長度、外徑、孔徑及由多種因素確定的壁 厚或管厚，包括包含該芯頂部管的火花塞的螺紋尺寸和殼體構造、要求的介電強度、機械強 度、熱傳遞和使用的陶瓷材料、芯管130的類似特征，以及其他因素。對于多種應用，芯頂部管140的長度可在約0. 25-1. 25英寸的范圍內變化，直徑可在0. 20-0. 26英寸的范圍內變 化，且壁厚可在約0.050-0. 100英寸的范圍內變化，但并不限于此。然而，這些范圍外的應 用也是可能的并落在本發明的范圍內。參考圖3-5，絕緣體100還可包括沿芯管130的外表面設置的肩部管150，該肩部 管150 —般位于芯管130的中部。芯管130與肩部管150嵌套接合并直接粘結。提供嵌套 接合的重疊部分152和直接粘結部巧4形成這些管之間的氣密密封。類似于對于芯管130 和芯頂部管140之間的連接的考慮，用于特定絕緣體100設計的重疊部分152的長度取決 于密封、連接強度、熱傳遞、殼體材料和構造，以及與對于特定絕緣體和火花塞設計的這些 管之間的連接相關的其他考慮和要求，例如當肩部管150用作現有殼體中的絕緣體的大肩 部時的切變強度要求，其中肩部管150與翻邊接合作為將絕緣體100保持在殼體內的手段。 約0. 125英寸或以上的重疊部分152被認為對于多種絕緣體12設計可提供足夠的重疊。粘 結部1 的直接粘結與前述具有相同的意義，雖然粘結的程度可以與粘結部134不同，因為 前述與相應的連接相關的因素不同。肩部管150具有長度、外徑、孔徑及由多種因素確定的 壁厚或管厚，包括包含該肩部管的火花塞的螺紋尺寸和殼體構造，要求的介電強度、機械強 度、熱傳遞和使用的陶瓷材料，芯管130的類似特征，以及其他因素。對于多種應用，肩部管 150的長度可在約0. 125-0. 750英寸的范圍內變化，直徑可在0. 350-0. 550英寸的范圍內變 化，且壁厚可在約0.040-0. 100英寸的范圍內變化，但并不限于此。然而，這些范圍外的應 用也是可能的并落在本發明的范圍內。參考圖11，桿管160可應用到圖3-6所示的絕緣體100的任何例子；然而，圖11示 出了將桿管160添加到圖3所示的設計。桿管160可用于增加絕緣體100的桿部161的壁厚 以提供較高的機械強度，或處于其他考慮。桿管160沿芯管130的外表面設置，一般位于芯管 130的外表面的上部。如圖所示，桿管160與芯管130的接線端136具有共同的邊界，或可延 伸超過接線端136或終止于接線端136之下(圖未示)。芯管130與桿管160嵌套接合并直 接粘結。提供嵌套接合的重疊部分162和直接粘結部164形成這些管之間的氣密密封。類似 于對于芯管130和芯頂部管140之間的連接的考慮，用于特定絕緣體100設計的重疊部分162 的長度取決于機械強度、熱傳遞、接線端形狀和構造，以及與對于特定絕緣體和火花塞設計的 這些管之間的連接相關的其他考慮和要求，例如絕緣體100的該部分的抗彎強度要求。重疊 部分162通常隨絕緣體100的桿部的長度變化。粘結部164的直接粘結與前述具有相同的意 義，雖然粘結的程度可以與粘結部1 不同，因為前述與相應的連接相關的因素不同。桿管 160具有長度、外徑、孔徑及由多種因素確定的壁厚或管厚，包括包含該桿管的火花塞的螺紋 尺寸和殼體構造，要求的介電強度、機械強度、熱傳遞和使用的陶瓷材料，芯管130的類似特 征，以及其他因素。對于多種應用，桿管160的長度可在0. 5-2. 0英寸的范圍內變化，直徑可 在0. 350-0. 500英寸的范圍內變化，且壁厚可在約0. 050-0. 150英寸的范圍內變化，但并不限 于此。然而，這些范圍外的應用也是可能的并落在本發明的范圍內。陶瓷管110可由任何適合的電絕緣陶瓷材料制造，包括任何現有的用作火花塞絕 緣體的陶瓷材料，例如，如US 4，879，260 (Manning)和US 7，169，723 (Walker)所述的氧化 鋁基陶瓷材料，其作為參考在此引用全文。此外，用于形成生坯陶瓷預成型件210的方法使 得可以采用不用于現有火花塞絕緣體的陶瓷材料，例如具有高于98. 5%重量的氧化鋁的氧 化鋁基陶瓷組分。這些高純度氧化鋁組分具有高達475V/mil的RMS介電強度，這對現有的氧化鋁基陶瓷組分改進了約20%。本發明還可以對于絕緣體100采用新的陶瓷材料，包 括各種金屬氮化物和金屬氮氧化物，例如氮化硅，氮化鋁，氮氧化鋁，各種氧化鋁和氮化鋁 的固溶體，以及高純度多晶氧化鋁。這些材料中的某些已知具有一個或多個優于現有氧化 鋁基陶瓷組分的要求的絕緣體特性，包括高溫機械強度、介電強度、沖擊強度、導熱性和抗 熱沖擊性，但并不適合采用如文中所述的現有的形成火花塞絕緣體的制造設備和方法來加 工，為此不使用，或由于材料使用率、浪費和與現有絕緣體設計相關的其他制造考慮而被認 為是昂貴的。類似的，這些陶瓷組分中的某些還具有足以實現或有利于本發明的新的絕緣 體設計的要求的特性。例如圖6中所示的，使用了具有沿其長度實質上均勻的壁厚的芯管， 相比于現有設計中桿部的壁厚(見上文及圖11的桿部161)基本上厚于下部。本發明還可以對于陶瓷絕緣體100采用多于一種的陶瓷組分。例如，具有比氧化 鋁高的導熱率的陶瓷，例如氮化硅，氮化鋁，氮氧化鋁，氧化鋁和氮化鋁的各種固溶體，以及 高純度多晶氧化鋁，可與氧化鋁一起使用，或以上述組中的元素的任意組合使用。參考圖12，絕緣涂層138可以涂覆到圖3_6和圖11所示的絕緣體100的任何例 子；然而，圖12示出了將絕緣涂層添加到圖3所示的設計。絕緣涂層138可以涂覆到絕緣 體100的表面的全部或任何部分，包括外表面的全部或任何部分，孔或各端部。作為示例， 絕緣涂層138可涂覆到桿部161以增強包含該絕緣體100的火花塞在其操作期間的抗跳火 性。可以使用任何合適的絕緣涂層，包括各種釉料、玻璃、硅樹脂等等。再次參考圖12，導電和/或導熱涂層139可以涂覆到圖3-6和圖11所示的絕緣 體100的任何例子；然而，圖12示出了將傳導涂層139添加到圖3所示的設計。傳導涂層 139可以涂覆到絕緣體100的表面的全部或任何部分，包括外表面的全部或任何部分，孔或 各端部。作為示例，傳導涂層139可涂覆到大肩部區域163和下部165以增強外表面的導 熱性并改進了在火花塞操作期間將熱量從絕緣體100移除到火花塞殼體的能力，在該殼體 上熱量可以移至汽缸蓋。可以使用任何合適的傳導涂層，包括各種純金屬和金屬合金以及 傳導陶瓷材料的涂層。參考圖7-10，以多個步驟示出了制造火花塞絕緣體的方法，包括形成具有接線端 236、相對端或點火端237和內孔預成型件214的生坯陶瓷芯管預成型件230 ；形成生坯陶 瓷芯頂部管預成型件MO ；將芯頂部管預成型件240嵌套在芯管預成型件230的點火端237 內以在它們之間形成重疊部分；并在一溫度下燃燒芯管預成型件230和芯頂部管預成型件 240—段時間，該溫度和時間足以燒結芯管預成型件230和芯頂部管預成型件240并在重疊 部分在它們之間形成直接粘結以形成燒結的火花塞絕緣體主體。任一管預成型件的形成可 采用形成生坯陶瓷預成型件的任何合適的方法，包括干壓或擠壓陶瓷粉末。嵌套包括將一 個管插入到另一個管中。配合部分的尺寸通常確定為允許如圖所示重疊，這包括建立觸碰 接觸或產生少許過盈。用于擠壓的陶瓷組分是糊狀物，通常包含陶瓷顆粒、水和少量臨時有機粘合劑材 料，例如甲基纖維素。擠壓形成連續管，該管必須切成具有適當長度的部分以制造火花塞絕 緣體。因為擠壓的管較軟且可變形，因此希望在切成期望的長度并將其嵌套之前通過干燥 過程去除水。還可在嵌套之前以低于最終燒結溫度的溫度燃燒該管預成型件。當然，不需 要將所有的管燃燒至相同的完成度。例如，優選地將一個或多個管燃燒至或非常接近于最 終燒結溫度。如果芯頂部管是要求較高燒結溫度以獲得期望的最終密度的不同材料組分，例如氧化鋁、氮化鋁、鋁氧化物或氮化硅，這可能具有特殊的價值。在此所述的所有預成型管的生坯陶瓷預成型件通常形成為具有對于特定陶瓷材 料的理論全密度的約50-65%范圍內的相對密度，優選地在理論密度的約55-65%。在燒結 過程中，當嵌套或重疊部分的配合表面保持密切接觸時，嵌套的生坯陶瓷管的直接粘結產 生。在極限情況下，該密切接觸構成具有在界面處的較小壓縮接觸力或接觸壓力的觸碰接 觸。然而，優選的是選擇和燃燒嵌套的生坯陶瓷以在嵌套的管收縮時產生周向應力，增加界 面處的接觸壓力，從而確保密切接觸并有助于在界面處的陶瓷的化學粘結程度。在燒結期間，管收縮，其孔隙率降低且管中的材料密度增加。確定收縮率的因素包 括生坯陶瓷管的幾何(例如直徑和壁厚)、材料組分和密度。僅控制管的幾何或材料選擇， 或兩者，可用于提供期望的壓縮力。通過僅選擇和控制生坯陶瓷管預成型件的相對密度或 與其他因素一起可建立期望的壓縮力。對于具有給定尺寸和采用相同燒結條件的預成型 件，較低的相對密度產生燒結的管中較高的收縮率。因此，為了產生期望的壓縮力，對于給 定的嵌套連接，希望密度較低的生坯陶瓷管為最外層管而密度較高的管為最內層管。此外， 對于相同生坯陶瓷材料的給定連接，希望相對密度差在約1-5%的范圍內。如果采用具有不 同收縮特性的不同材料連接，或具有影響收縮率的幾何差異，該范圍可調節以考慮到其他 因素的影響。該方法還可包括在火花塞絕緣體主體燒結之后采用所述材料涂覆絕緣涂層至火 花塞絕緣體主體的外表面的步驟，隨后在足以將該絕緣涂層粘結至絕緣體外表面的溫度和 時間下加熱該絕緣涂層。該方法還包括形成生坯陶瓷肩部管預成型件，其中嵌套的步驟還包括將該陶瓷肩 部管預成型件在第二重疊部分嵌套在陶瓷芯管的外表面上，且燃燒的步驟還燒結該陶瓷肩 部管預成型件并將其在第二重疊部分直接粘結至陶瓷芯管預成型件。類似的，該方法還包 括形成生坯陶瓷桿管預成型件的步驟，其中嵌套的步驟還包括將該陶瓷桿管預成型件在第 三重疊部分嵌套在陶瓷芯管的外表面上，且燃燒的步驟還燒結該陶瓷桿管預成型件并將其 在第三重疊部分直接粘結至陶瓷芯管預成型件。
圖3-6和圖11僅示出了根據本發明的可能的火花塞絕緣體100構造中的一些。應容易地理解多種其他構造也是可能的，包括尺寸、形狀、壁厚和其他特征類似于多種現有整體式火花塞絕緣體的構造，以及各種新的尺寸、形狀和絕緣體100構造。 上述發明根據相關法律標準描述，因此本說明書本質上是示范性的而非限制性的。對本領域技術人員來說，對所披露的實施例作修正和變型可能變得顯而易見，并落入本發明的范圍。因此，本發明所擔負的法律保護范圍僅可通過解釋所附權利要求書而得以確定。
權利要求
1.一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。
2.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，所述陶瓷芯管具有沿從所述接線端至所 述點火端的縱向孔軸實質恒定的密度。
3.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，所述絕緣體具有一外表面，該外表面的表 面粗糙度從所述接線端至所述點火端實質相同。
4.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，所述絕緣體具有一外表面，該外表面的表 面粗糙度從所述接線端至所述點火端不相同。
5.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，還包括位于所述外表面的上部的絕緣涂層。
6.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，還包括位于所述外表面的下部的絕緣涂層。
7.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，所述陶瓷管具有任意組合地位于所述接 線端或所述點火端上的去除部分。
8.如權利要求7所述的絕緣體，其特征在于，所述去除部分任意組合地位于所述外表 面上或位于所述孔內。
9.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，所述孔具有多個直徑。
10.如權利要求9所述的絕緣體，其特征在于，所述多個直徑從所述接線端至所述點火 端逐漸減小。
11.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，所述陶瓷芯管和所述陶瓷芯頂部管包括 不同的陶瓷材料組分。
12.如權利要求11所述的絕緣體，其特征在于，所述陶瓷芯頂部管的最終密度不同于 所述陶瓷芯管的最終密度。
13.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，還包括電絕緣陶瓷肩部管，其具有內孔， 所述內孔與所述陶瓷芯管的所述外表面嵌套接合并直接粘結。
14.如權利要求1所述的絕緣體，其特征在于，還包括陶瓷桿管，其具有第三外表面和 第三孔，所述陶瓷桿管的第三孔與所述陶瓷芯管的接近所述接線端的所述外表面嵌套接合 并直接粘結。
15.一種制造火花塞絕緣體的方法，包括以下步驟形成具有接線端、點火端和內孔預成型件的生坯陶瓷芯管預成型件； 形成生坯陶瓷芯頂部管預成型件；將所述芯頂部管預成型件嵌套在所述芯管預成型件的點火端內以在它們之間形成重 疊部分；以及在一溫度下燃燒所述芯管預成型件和芯頂部管預成型件一段時間，所述溫度和時間足 以燒結所述芯管預成型件和芯頂部管預成型件并在所述重疊部分形成它們之間的直接粘 結以形成燒結的火花塞絕緣體主體。
16.如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述生坯陶瓷芯管預成型件具有一相對 密度，所述生坯陶瓷芯頂部管預成型件具有高于所述生坯陶瓷芯管預成型件的相對密度的 相對密度。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述生坯陶瓷芯管預成型件和生坯陶瓷 芯頂部管預成型件的相對密度在50-65%的范圍內。
18.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述生坯陶瓷芯頂部管預成型件和生坯 陶瓷芯管預成型件的相對密度之差在1-5%的范圍內。
19.如權利要求15所述的方法，其特征在于，還包括涂覆絕緣涂層至所述火花塞絕緣 體主體的外表面的步驟。
20.如權利要求15所述的方法，其特征在于，還包括形成生坯陶瓷肩部管預成型件的 步驟，其中所述嵌套的步驟還包括將所述陶瓷肩部管預成型件在第二重疊部分嵌套在所述 陶瓷芯管的外表面上，且所述燃燒的步驟還燒結所述陶瓷肩部管預成型件并將其在第二重 疊部分直接粘結至所述陶瓷芯管預成型件。
21.如權利要求15所述的方法，其特征在于，還包括形成生坯陶瓷桿管預成型件的步 驟，其中所述嵌套的步驟還包括將所述陶瓷桿管預成型件在第三重疊部分嵌套在所述陶瓷 芯管的外表面上，且所述燃燒的步驟還燒結所述陶瓷桿管預成型件并將其在第三重疊部分 直接粘結至所述陶瓷芯管預成型件。
全文摘要
本發明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。本發明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。
文檔編號H01T13/38GK102057547SQ200980122464
公開日2011年5月11日 申請日期2009年4月10日 優先權日2008年4月10日
發明者威廉·J·沃克 申請人:費德羅-莫格爾點火公司