火花塞及其制造方法技术

形成在氧化铝基表面上的釉层包括：ＳｉＯ↓［２］（１８－３５ｗｔ％），Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］（２５－４０ｗｔ％），ＺｎＯ（１０－２５ｗｔ％），ＢａＯ（７－２０ｗｔ％），Ｎａ↓［２］Ｏ（３－９ｗｔ％），Ｋ↓［２］Ｏ（３－９ｗｔ％）。由于釉层和氧化铝基绝缘材料的线胀系数差较小，釉层不易产生开裂等缺陷。由于釉层的软化点低于传统的铅硅酸盐玻璃基釉料，则烧釉温度也低至８００－９５０℃，因此，即使是烧釉和玻璃密封同步进行时，中心电极和端子金属片也不易发生氧化。另外，即使碱金属成分的含量很高，也可获得良好的绝缘性能，因而，可实现良好的防止跳火功能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。用于给诸如汽车发动机之类的内燃机点火的火花塞一般包括一金属壳；一绝缘子，比如由氧化铝基陶瓷制成，它置于金属壳内；以及位于该金属壳内的中心电极。一接地电极和该金属壳相连。绝缘子从所述金属壳的后部开口沿轴向突出。一端子金属片位于绝缘子的突出部的内部。端子金属片通过一电阻器，在玻璃密封步骤形成的导电玻璃密封层等等和中心电极相连。一旦经端子金属片施加一高电压，将会在接地电极和中心电极之间所形成的间隙诱导出火花放电。但是，如果火花塞同时受各种条件的影响，如火花塞温度高，环境湿度大等等，施加高电压时就不能在所述间隙处成功地诱导出火花放电，以及可能会出现所谓的“跳火(flashover)”现象，在此现象中，火花放电在端子金属片和金属壳之间被诱导，因而火花在绝缘子的突出部表面的上方游走。因此，为避免跳火现象，一般使用的大部分火花塞在其绝缘子的表面上形成有釉层。釉层还用于使绝缘子的表面变得光滑，以防止污染，它还用于增加化学或机械强度。通过将釉浆施加在绝缘子的表面上并进行烧釉在绝缘子上形成釉层。在用于火花塞的氧化铝基绝缘子的情况下，在烧釉后的绝缘子上形成釉层，然后在1000-1100℃的温度下焙烧。为此，在现有技术中，采用的是铅-硅酸盐-玻璃基的釉料，由于向硅酸盐内掺入了大量的PbO，其软化点降低。然而，这种类型的釉料有下列不足(1)由于釉料的线胀系数小于用作基底的氧化铝基绝缘材料，所形成的釉层易于开裂(或称崩裂，cracks)等。(2)尽管釉料中含有大量的PbO，但烧釉温度仍然很高，为1000℃或更高。在制造火花塞时，烧釉通常和玻璃密封步骤同时进行，从而减少制造步骤。因此，上面所述的很高的烧釉温度不利于端子金属片和中心电极的加速氧化。已想到的一种进一步降低烧釉温度的办法是向釉料中添加碱金属氧化物，如Na2O。但是，碱金属成分增加过多会降低绝缘性能，火花塞易于跳火。(3)近年来，在全球范围内对环境保护的考虑越来越多，越来越少地使用含铅釉料。例如，在大量使用火花塞的汽车工业中，由于废弃火花塞对环境的影响，正在考虑完全放弃使用含铅釉料的火花塞。本专利技术的首要目的是，提供一种包括绝缘子和其上带有的釉层的火花塞，其中，和传统的釉相比，此釉具有较高的绝缘特性，可在相对较低的温度下烧釉。本专利技术的第二个目的是提供一种火花塞的制造方法。本专利技术的第三个目的是提供一种火花塞，其中釉料中铅的含量明显降低，以满足环保要求。根据本方面的第一种方式，提供一种火花塞，包括中心电极，金属壳，接地电极，绝缘子和釉层。金属壳环绕在中心电极周围。接地电极的一端与金属壳相连，而另一端和中心电极面对。绝缘子位于中心电极和金属壳之间，从而绝缘子覆盖中心电极的外表面。釉层至少覆盖绝缘子的部分表面。为实现上述目的，形成釉层的釉料主要包括作为氧化之前的元素，Si，B，Zn和Ba；Na，K和Li中的任两种元素(下面这两种元素称为“共添碱金属成分”)。具体来说，釉料中Si的重量百分比含量折算成SiO2为18-35％，B的重量百分比含量折算成B2O3为25-40％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO为10-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO为7-20％。另外，两种共添碱金属成分中的任一种在釉料中的重量百分比含量折算成Na2O，K2O和Li2O为3-9％。如果要涂覆釉料的绝缘子比如说由氧化铝基绝缘材料形成，则在第一种方式的火花塞中所用的上述组分的釉料的线胀系数和绝缘子差别比较小，因而釉层不易发生开裂等。另外，由于碱金属成分的含量设定得较高，则这种釉料的软化点比传统的铅-硅酸盐-玻璃基釉料低。因此，烧釉温度可降至800-950℃。因而，即使烧釉和玻璃密封步骤如上所述同步进行，中心电极和下述的端子金属片也较不易发生氧化。而且，即使是含有大量的碱金属成分，也可以获得良好的绝缘特性。为此，同时加入选自Na，K和Li的两种不同的碱金属成分而不仅仅是加入其中一种类型的碱金属是重要的。专利技术人所作的研究发现只加入一种碱金属成分时，随着数量的增加，釉料的导电率大大增加，明显会损害其绝缘性能。但是同时加入两种类型的碱金属成分时，即便是所添加的成分的总量大量增加时釉料的导电率也没有大大增加，因而确保了良好的绝缘性能。结果是，在最小限度地降低绝缘性能的同时，可以增加碱金属成分的数量，这样可同时达到两个目的，即防止了跳火，又降低了烧釉温度。此外，只要共添碱金属成分的导电率抑制效果不被损害，也可以加入另外的第三种碱金属成分。釉料中Si的重量百分比含量为18-35％，以氧化物状态SiO2折算。如果Si的重量百分比含量小于18％，则釉料的线胀系数变得特别大，釉层变得易于产生缺陷，如开裂。相比之下，如果Si的重量百分比含量超过40％，则釉料的线胀系数变得很低，釉层变得容易出现龟裂(crazing)。最好，Si的含量按重量百分比计在25-30％之间。B的重量百分比含量折算成B2O3设定在25-40％。如果B的重量百分比含量小于25％，则釉料的软化点增加，导致不能在规定的预想的温度下(800-950℃)烧釉。相比之下，如果B的重量百分比含量高于40％，则在所形成的釉层中产生相分离，导致反玻璃化(devitrification)，劣化了绝缘性能，或者是与基板的线胀系数不匹配。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设定在10-25％。如果Zn的重量百分比含量小于10％，则釉料的软化点增加，从而不能在规定的温度下进行烧釉。相比之下，如果Zn的重量百分比高于25％，釉料的线胀系数变得很高，釉层容易出现缺陷如开裂。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为7-20％。如果Ba的重量百分比含量小于7％，则釉料的绝缘性能下降，导致跳火防护受到损害。相反，如果Ba的重量百分比含量超过20％，则釉料的软化点增加，不能在规定的软化点进行烧釉。Ba的重量百分比含量最好为8-15％。两种共添碱金属成分的每一种在釉料中的重量百分比含量为3-9％。此时，Na按Na2O折算，K按K2O折算，Li按Li2O折算。如果至少其中一种成分的重量百分比含量小于3％，则釉料的软化点增加，导致不能在规定的温度下烧釉。另外，如果至少一种成分的重量百分比含量大于9％，则釉料的线胀系数大为增加，釉层容易产生缺陷，如开裂。另外，釉料中共添碱金属成分的总量最好在6-14％的范围内调节，分别按各自的氧化物折算以重量百分比计。如果共添碱金属成分的总量的重量百分比小于6％，则釉料的软化点增加，导致不能在规定的温度下烧釉。相比之下，如果总量的重量百分比含量大于14％，则釉料的绝缘性能下降，会损害跳火防止功能。进一步说，A1/A2的值最好在1.0-2.0的范围内调节，其中A1为两种共添碱金属成分之一的摩尔量，A2为另一种碱金属成分的摩尔量，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围，则不能充分获得共添碱金属成分的导电率抑制效果，结果降低了绝缘性能，损害了跳火防止功能。A1/A2的值最好在1.5-2.0之间调节。为抑制加入碱金属成分的釉料的导电率增加，最好是用Na和K作为共添碱金属成分。Na的重量百分比含量最好是3-9％，以Na本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火花塞，包括：一中心电极（３）；一金属壳（１），它围绕中心电极设置；一接地电极（４），接地电极（４）的一端和金属壳（１）连接，而接地电极（４）的另一端和中心电极（３）面对；一绝缘子（２），设置在中心电极（３）和金属壳（１ ）之间，从而绝缘子（２）盖住中心电极（３）的外表面；以及一釉层（２ｄ），主要由氧化物形成，它盖住绝缘子（２）的至少一部分表面，其中，形成釉层（２ｄ）的釉料主要包括：Ｓｉ，Ｂ，Ｚｎ，Ｂａ，以及Ｎａ，Ｋ和Ｌｉ中的两种共添碱金属成分，其中 ，Ｓｉ的重量百分比含量折算成ＳｉＯ↓［２］为１８－３５％，Ｂ的重量百分比含量折算成Ｂ↓［２］Ｏ↓［３］为２５－４０％，Ｚｎ的重量百分比含量折算成ＺｎＯ为１０－２５％，Ｂａ的重量百分比含量折算成ＢａＯ为７－２０％，两种共添碱金属成分中每种的重量百分比含量折算成Ｎａ↓［２］Ｏ，Ｋ↓［２］Ｏ或Ｌｉ↓［２］Ｏ分别为３－９％。

【技术特征摘要】
JP 1998-5-22 140779/98;JP 1999-3-19 76409/991.一种火花塞，包括一中心电极(3)；一金属壳(1)，它围绕中心电极设置；一接地电极(4)，接地电极(4)的一端和金属壳(1)连接，而接地电极(4)的另一端和中心电极(3)面对；一绝缘子(2)，设置在中心电极(3)和金属壳(1)之间，从而绝缘子(2)盖住中心电极(3)的外表面；以及一釉层(2d)，主要由氧化物形成，它盖住绝缘子(2)的至少一部分表面，其中，形成釉层(2d)的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Na，K和Li中的两种共添碱金属成分，其中，Si的重量百分比含量折算成SiO2为18-35％，B的重量百分比含量折算成B2O3为25-40％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO为10-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO为7-20％，两种共添碱金属成分中每种的重量百分比含量折算成Na2O，K2O或Li2O分别为3-9％。2.如权利要求1所述的火花塞，其中，釉料包括Si，折算成SiO2的重量百分比含量为25-30％；B，折算成B2O3的重量百分比含量为30-35％；Zn，折算成ZnO的重量百分比含量为12-18％；Ba，折算成BaO的重量百分比含量为8-15％；Na，折算成Na2O的重量百分比含量为3-9％；K，折算成K2O的重量百分比含量为3-9％。3.如权利要求1所述的火花塞，其中釉料包括Al，Ca，Fe，Zr，Ti，Sr，Mg，Bi，Ni，Sn，P，Mn中的一种以上的辅助阳离子成分，相对于釉料的全部组分来说，辅助阳离子成分的总量为5％，其中，Al以Al2O3折算，Ca以CaO折算，Fe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。4.如权利要求1-3中任何一项所述的火花塞，其中，釉料中基本不含Pb，或Pb的含量折算成PbO在1.0％以下。5.如权利要求1-4中任何一项所述的火花塞，其中，釉料中共添碱金属成分的重量百分比含量折算成各自的氧化物为8-20％。6.如权利要求1-5中任何一项所述的火花塞，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范围内，其中A1是两种共添碱金属成分中其中一种成分的摩尔量，A2是另一种成分的摩尔量。7.如权利要求1-6中任何一项所述的火花塞，其中，釉料中阳离子成分的重量百分比总含量，即Si，B，Zn，Ba和共添碱金属成分折算成它们的氧化物至少为95％。8.一种火花塞，包括一中心电极(3)；一金属壳(1)，它围绕中心电极设置；一接地电极(4)，接地电极(4)的一端和金属壳(1)连接，而接地电极(4)的另一端和中心电极面对；一绝缘子(2)，设置在中心电极(3)和金属壳(1)之间，从而绝缘子(2)盖住中心电极(3)的外表面；一釉层(2d)，它盖住绝缘子(2)的至少一部分表面；其中，形成釉层(2d)的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Ti和Zr两者中的至少一种成分，其中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为20-35％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO为15-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO为10-23％，Ti或Zr的重量百分比含量折算成TiO2或ZrO2为2-10％，釉料还包括Na，K和Li中的至少一种碱金属成分，总的重量百分比含量折算成其氧化物为12％，其中Pb的重量百分比含量折算成PbO不大于0.1％。9.一火花塞，包括一中心电极(3)；一金属壳(1)，它围绕中心电极设置；一接地电极(4)，接地电极(4)的一端和金属壳(1)连接，而接地电极(4)的另一端和中心电极面对；一绝缘子(2)，设置在中心电极(3)和金属壳(1)之间，从而绝缘子(2)盖住中心电极(3)的外表面；一釉层(2d)，它盖住绝缘子(2)的至少一部分表面；其中，形成釉层(2d)的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Ti和Zr两者中的至少一种成分，其中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为20-35％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO为15-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO为10-23％，Ti和Zr的重量百分比含量折算成TiO2或ZrO2为2-10％，其中Zr的重量百分比含量折算成ZrO2不大于3.4％，釉料还包括Na，K和Li中的至少一种碱金属成分，总的重量百分比含量折算成它们的氧化物为12％，其中Pb的重量百分比含量折算成PbO不大于0.1％。10.一种火花塞，包括一中心电极(3)；一金属壳(1)，它围绕中心电极设置；一接地电极(4)，接地电极(4)的一端和金属壳(1)连接，而接地电极(4)的另一端和中心电极面对；一绝缘子(2)，设置在中心电极(3)和金属壳(1)之间，从而绝缘子(2)盖住中心电极(3)的外表面；一釉层(2d)，它盖住绝缘子(2)的至少一部分表面；其中，形成釉层(2d)的釉料主要包括Si，B，Zn，Ba，以及Ti和Zr两者中的至少一种成分，其中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为20-35％，Zn的重量百分比含量折算成ZnO为15-25％，Ba的重量百分比含量折算成BaO为10-23％，Ti和Zr的重量百分比含量折算成TiO2或ZrO2为2-10％，其中Ti的重量百分比含量折算成TiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：杉本诚，增田浩盟，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]