陶瓷点火器及其使用和制造方法技术

本发明专利技术提供了陶瓷点火器，它包括两个冷区和介于其中的热区，热区的电路长度约为０．５１－２ｃｍ。本发明专利技术的点火器可有效地将功率密度分散到该点火器的热区中，而不致产生可能导致点火器过早质量变差和失效的隔绝的温度梯度。本发明专利技术还提供制造陶瓷点火器的新的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利
本专利技术涉及陶瓷点火器和制造该点火器的改进方法。2.背景陶瓷材料已成功地用作煤气炉、火炉、干衣机和其它需要对气体燃料点火的装置中的点火器。陶瓷点火器的制造需要在陶瓷组件中有一条电路，该电路的一部分的电阻非常高，当由引线通电时这部分的温度升高。从Norton Igniter Products of Milford，N.H.购得的常用的点火器Mini-IgniterTM设计为在12-120伏特下使用，它的组成是氮化铝(“AlN”)、二硅化钼(“MoSi2”)和碳化硅(“SiC”)。Willkens等人的美国专利第5786565号(“565号专利”)公开了非常有用的陶瓷点火器，它包括a)一对导电部分，每一部分有个第一末端；b)位于上述两个导电部分的第一末端之间并与其电连结的电阻热区，该热区具有长度小于0.5cm的电路；c)与上述热区接触的不导电吸热材料。陶瓷点火器系统需要有各种性能，包括高速操作(用较少时间从室温加热至设计温度)并足够坚固可以长时间使用而不用替换。但是，许多常规的点火器不总是能满足这种要求。因而需要有新的陶瓷点火器系统。专利技术概要我们现已发现具有优越性能(包括使用寿命长)的非常有用的新陶瓷点火器。我们惊讶地发现，′565号专利公开的陶瓷点火器有时是不合格的，这是由于该点火器热区“烧尽”的缘故。如上所述，该′565号专利公开的点火器是具有长度小于0.5cm的较短热区电路的点火器。虽然不拟被理论所束缚，但可以认为这种点火器工作时，高的线路电压所产生的功率密度引起了高的温度梯度。据认为这种高的温度梯度会使该点火器热区的局部区域产生加速的氧化作用，这种作用可能导致该装置过早地发生故障。与此不同，本专利技术的点火器可给整个热区提供较为分散的功率密度，从而在提供尖头加热时避免了隔绝热区中不利的温度梯度。更具体而言，本专利技术的一个方面所提供的陶瓷点火器包括a)一对导电部分，每一部分有一个末端；b)位于上述两个导电部分的末端之间并与其电连结的一个电阻热区，该热区具有长度为0.51-2cm的电路。本专利技术较佳的点火器的热区电路长度为0.6-1.5cm，更佳约为0.6-1.2cm，尤其佳约为0.7-0.9cm。文中使用的术语“电路长度”是指当给该点火器的导电端施加电压时，电流通过该点火器的热区的最短通路的长度。可认为，这样的热区长度可有效地将功率密度分散到整个热区中，而不致产生可能导致点火器过早质量变差和失效的隔绝的温度梯度。而且，该电路长度范围(最多约2cm)能产生有效的加热并在短时间内达到点火温度，而无需给该系统输入过多的功率。我们还发现，该热区较佳具有非直线形的几何形状，如基本上为U形，即该热区不被中断横跨过点火器顶部宽度上，然后沿着点火器长度的两边延长。可以认为这种非直线形的结构与直线形热区的可比系统相比，可更有效地分散或减少热区中的功率密度。本专利技术的点火器较佳还具有与热区接触的不导电的部分(吸热部分)。具体而言，该不导电部分较佳介于即插入在两个导电部分之间，并与热区接触。我们还发现，该热区的桥高度(长方形点火器中热区的宽度，下面将进一步讨论)较佳至少约为0.05cm，更佳至少约为0.06cm。通常，以0.05-0.4cm的热区桥高度为佳，0.06cm到约0.3cm更佳。较佳的是，本专利技术点火器的热区包含一种烧结组合物，这种组合物含有一种导电材料和一种绝缘材料，一般还含有一种半导体材料。本专利技术点火器的导电区域即冷区含有一种烧结组合物，该组合物的组分与热区组合物的组分类似，但导电材料的浓度较高。本专利技术的点火器可在宽的电压范围内使用，包括6、8、12、24和120的标称电压。本专利技术还提供制造上述点火器的新方法，它包括从一个整体坯料中制造许多个点火器，可以大大地提高制造点火器的效率。本专利技术制造陶瓷点火器的较佳方法包括a)制造一种导电陶瓷体，其中包括许多个附于其上的点火器元件；b)在各元件中插入一种不导电的材料；c)将这些点火器元件致密化。下文将描述本专利技术的其它方面。附图描述附图说明图1表示本专利技术一个较佳的点火器。图2图示本专利技术制造点火器的方法。图3和4表示下面的实施例1的结果。专利技术详细描述如上所述，本专利技术提供一种烧结的陶瓷点火器元件，它包括两个冷区和一个热区，该热区具有长0.51cm到约2cm的电路。更一般的情况是，该电路长度稍微长于0.51cm，如至少约0.6cm、0.7cm或0.8cm。图1显示本专利技术的一种较佳点火器10，它包括与两个冷区14a和14b接触并置于其间的一个热区12。吸热区16介于冷区14a和14b之间并与热区12接触。距离热区12远的两个冷区末端14a′和14b′与电源连接，一般使用某种类型的引线框连接。如图1所示，热区12具有非直线形(基本上为U形)电路长度“e”(以虚线表示最短的通路)，它沿着该点火器的两边延伸。如上所述，这种非直线形热区的几何形状可以认为能很有效地将功率密度分散到整个热区中，从而提高该点火器的使用寿命。该热区的尺寸可适当改变，只要总的热区电路长度在上述范围之内。在图1中所示的一般的长方形点火器结构中，两个冷区之间的热区宽度(在图1中“a”表示的距离)应足以避免短路或其它故障。在一个较佳的系统中，该距离a是0.5cm。该热区的桥高度(图1中“b”表示的距离)也应具有足够的大小，以避免点火器产生故障，包括会导致如上述点火器质量变差和失效的过度局部加热。如上所述，该热区桥高度较佳至少约为0.05cm，更佳至少约为0.06cm。通常以0.05-0.4cm热区的桥高度为佳，0.06cm到约0.3cm的桥高度更佳，尤其佳的是0.06cm到0.035cm乃至到0.040cm的热区桥高度。已发现，0.035-0.040cm的热区桥高度特别合适。文中使用的术语“热区的桥高度”指热区平行延伸于通常为长方形的点火器的长度方向上的长度，如图1中b所表示的长度。沿着该点火器的长度方向延伸的热区两个“腿部”应限制在一个尺寸内，以便维持该热区电路的总长度在约2cm之内。热区12、冷区14a和14b以及吸热不导电区16的组合物成分可以适当改变。Willkens等人的美国专利第5786565号和Axelson等人的美国专利第5191508号中公开了用于这些区域的合适的组合物，本文将这两篇专利的公开内容纳入作为参考。更具体而言，热区具有约0.01-3.0ohm-cm的高温(即1350℃)电阻率和约0.01-3ohm-cm的低温电阻率。较佳的热区组合物含有由电绝缘材料和金属导体，较佳还含有半导体材料的烧结组合物。本文中使用的术语电绝缘材料指室温电阻率至少约为1010ohm-cm的材料。文中使用的术语金属导体或导电材料指室温电阻率约小于10-2ohm-cm的材料。文中使用的术语半导体材料(或“半导体”)是室温电阻率约为10-108ohm-cm的陶瓷。通常，较佳的热区组合物包含(a)约50-80体积％的电阻率小于约1010ohm-cm的电绝缘材料；(b)约5-45体积％电阻率约为10-108ohm-cm的半导体材料；(c)约5-25体积％电阻率约小于10-2ohm-cm的金属导体。较佳的是，热区包含50-70体积％电绝缘陶瓷、10-45体积％半导体陶瓷和6-16体积％的导电材料。在有些较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷点火器元件，它包括： ａ）一对导电部分，每一部分有个第一末端； ｂ）位于所述两个导电部分的第一末端之间并与其电连接的一个电阻热区； 其中，该热区的电路长度为０．５１－２ｃｍ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CA维尔肯斯，JM奥尔森，SM哈梅尔，
申请(专利权)人：圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]