[实用新型]一种火花塞复合氧化铝绝缘体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种火花塞的部件结构及其制作方法，具体说是涉及一种火花塞复合氧化铝绝缘体及其制造方法；所述火花塞通过在绝缘体发火端使用高性能氧化铝陶瓷，绝缘体上部使用普通氧化铝陶瓷，以提高火花塞性能，降低生产成本。 

背景技术

火花塞的功能是把高压导线送来的脉冲高压电放电，击穿火花塞两电极间空气，产生电火花以此引燃气缸内的混合气体，使发动机运转起来。 

由于内燃机烧制室火花放电产生的高温烧制气体（~2000-3000 ℃），火花塞绝缘体将暴露在约500-700℃的热气氛中，且需承受燃气爆发产生强的机械压力以及高的点火电压（20-50KV）。另外，燃气燃烧产生的SO₂、NO_x等腐蚀气体也将对火花塞产生化学腐蚀。因此，火花塞的绝缘体在室温及其高温范围内都应具备优良的使用性能。 

氧化铝陶瓷因其优良的耐热性、较高的机械强度和绝缘性能以及耐电压特性等，成为火花塞生产企业首选的绝缘体材料。氧化铝基绝缘体主要由氧化铝（Al₂O₃）组分构成，通常会使用少量烧结助剂如二氧化硅（SiO₂）、氧化钙（CaO）和氧化镁（MgO）等以降低烧结温度，提高烧结性能。作为氧化铝基绝缘体的主要组成部分，氧化铝原材料本身的性能对火花塞绝缘体性能具有重大的影响作用。 

按氧化铝中Na成分（转化成Na₂O）的不同氧化铝原材料可分为低苏打氧化铝（Na₂O含量小于0.1%，质量百分含量，下同）、中苏打氧化铝（Na₂O含量为0.1-0.2%）和正常苏打氧化铝（Na₂O含量大于0.2%）。Na⁺离子具有很高的离子传导性能，当其大量存在于氧化铝基绝缘体中时，在500℃以上的高温下将会引起绝缘体的绝缘电阻、机械强度、耐电压等特性急剧下降，影响火花塞的点火性能，甚至导致火花塞失效。因此，在火花塞绝缘体的生产过程中，应尽量使用Na成分含量较低的氧化铝。但在氧化铝原材料的生产过程中，Na成分的去除将会增加生产成本，因此低苏打氧化铝是比较昂贵的。 

一般情况下，火花塞绝缘体的机械强度、耐电压特性等随着绝缘体中氧化铝含量的增加而提高，如美国专利ΜS 2010/0229813 Al介绍的氧化铝质量百分含量为98.0%和ΜS 2011/0251042 Al介绍的氧化铝质量百分含量为99.0%的氧化铝绝缘体，其高温机械强度大于400MPa，介电击穿电压达到42KV/mm，均都要明显优于普通氧化铝绝缘体（氧化铝含量通常小于95.0%），但氧化铝含量的增加将会使得绝缘体中烧结助剂含量减少，导致绝缘体的烧结温度升高，能耗增加、成本上升。 

在氧化铝绝缘体的生产过程中，氧化铝原材料的原晶粒径对绝缘体的最终性能具有重要的影响作用。使用原晶粒径小的氧化铝原材料，如亚微米级氧化铝，反应活性高，能够降低烧结温度，且能够抑制绝缘体中晶粒的过分长大，有利于提高火花塞绝缘体的机械强度、耐电压特性等。但同样，原晶粒径小的氧化铝原材料生产成本较高，价格较昂贵。 

近年来，为了满足节能、环保、安全等要求，内燃机技术尤其是车用汽油机的发展十分迅速。发动机设计趋于紧凑型、小巧型、轻量化，在保证足够动力性能的同时改善发动机燃油的经济性，降低发动机油耗。增压技术的使用，包括涡轮增压技术和机械增压技术，能够有效地提升发动机的升功率，尤其是双涡轮增压技术，大大提高了发动机的功率、扭矩。这也使得汽车发动机的压缩比从传统的8.5:1提升至了14:1甚至更高，加上增压比（一般为小于3），汽车发动机压缩终了压力从过去的8~10 bar 提升至现在的20~40bar左右。另外，还有诸如可变进气技术、缸内直喷技术GDI、可变压缩比技术、停缸技术的使用，均使得火花塞工作条件变得更加苛刻，也对火花塞及其绝缘体的使用性能提出了更高的要求。因此，使用原晶粒径小、反应活性高、Na₂O含量低的氧化铝以制备高性能火花塞逐渐成为生产企业必然选择，但这会造成生产成本的急剧上升；汽车发动机及火花塞的性能指数对比如表一。 

表一               汽车发动机及火花塞的性能指数对比 

火花塞绝缘体性能指标