[发明专利]用于点火装置绝缘体的、具有低的相对介电常数的陶瓷

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求2014年8月6日提交的、序列号为14/452,802的美国实用专利申请的权益，该申请现在是2015年6月9日准许的第9054502号美国专利，所述专利申请的所有内容在此通过引用而并入本文。

发明背景

1.发明领域

本发明主要涉及用于内燃机的点火器的绝缘体，诸如用于电晕点火器或火花塞的绝缘体，以及形成所述绝缘体的方法。

2.相关技术

在内燃机应用中使用的点火装置，诸如电晕点火器和火花塞，包括包围中心电极的绝缘体，绝缘体典型地由陶瓷材料形成，诸如能够承受在内燃机燃烧室中遇到的高温的氧化铝。然而，点火装置的性能会受到陶瓷绝缘体的限制。例如，在电晕点火器中，当绝缘体由相对介电常数为10到10.5的氧化铝陶瓷形成时，电效率由于电损耗而受到限制。这些电损耗是由于存储在氧化铝陶瓷中的电荷造成的，所述电荷典型地具有约15微微法的电容值。如果绝缘体由相对介电常数约为5的材料制成，诸如聚四氟乙烯(PTFE)，则电晕点火器的电效率可以提高约50％。然而，PTFE不能承受内燃机的高温，因此仍然优选陶瓷材料。

发明内容

本发明的一方面提供一种用于诸如电晕点火器或火花塞的点火装置的绝缘体，该绝缘体提供改进的电效率并且能够承受内燃机中的高温。绝缘体包括陶瓷材料，基于陶瓷材料的总重量，其包括含量为28到38wt.％的氧化铝；含量为57到67wt.％的二氧化硅；以及含量为3到7wt.％的氧化钙。

本发明的另一方面提供一种制造用于点火装置的绝缘体的方法。该方法包括烘烤高岭土与以下至少一项的混合物：a)碳酸钙和二氧化硅；b)硅酸钙；以及c)硫酸钙和二氧化硅。

附图说明

当结合附图考虑时，参照以下的详细说明可以更好地理解本发明的其它优点，所以将很容易地看到本发明的其它优点，在附图中：

图1是按照本发明的一个示例性实施例的、包括改进的绝缘体的电晕点火器的截面图；以及

图2是按照本发明的另一个示例性实施例的、包括改进的绝缘体的火花塞的截面图。

具体实施方式

参照附图，其中在几个图中，相同的标号表示对应的部件，图上大致显示了用于点火装置22，122(诸如电晕点火器和火花塞)的绝缘体20，120。绝缘体20，120由包括钙铝硅酸盐玻璃和莫来石晶体的陶瓷材料制成，二者都具有低的相对介电常数。陶瓷材料的总体相对介电常数约为5.5到6.5，因此绝缘体20，120存储较少的电容电荷，与典型地被用来形成点火装置的绝缘体的氧化铝和其他陶瓷材料相比，提供了改进的电效率。绝缘体20，120还能够承受900到1000℃的温度，并且具有优良的抗热冲击性，使其适于在内燃机应用中使用。

在烘烤陶瓷材料之后，基于陶瓷材料的总重量，绝缘体20，120的陶瓷材料包括：含量为28到38重量百分比(wt.％)的氧化铝；含量为57到67wt.％的二氧化硅；和含量为3到7wt.％的氧化钙。在优选的示例性实施例中，在烘烤之后，基于陶瓷材料的总重量，氧化铝以33wt.％的含量存在，二氧化硅以62wt.％的含量存在，并且氧化钙以5wt.％的含量存在。

用来形成绝缘体20，120的陶瓷材料可包括少量的其它成分。然而，陶瓷材料优选不含结晶二氧化硅，以便实现足以在内燃机应用中使用的机械强度和抗热冲击性。在烘烤之后，基于陶瓷材料的总重量，陶瓷材料优选包括含量为0wt.％的结晶二氧化硅，但可包括含量高达2wt.％的结晶二氧化硅。陶瓷材料还优选不含碱金属或其氧化物，诸如氧化钠或氧化钾，以便防止介质损耗和提高导电率。碱金属可在元素周期表的第1组中找到，它由化学元素锂(Li)、钠(Na)、钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs)和钫(Fr)组成。在烘烤之后，基于陶瓷材料的总重量，陶瓷材料优选包括含量为0wt.％的碱金属或其氧化物，但可包括含量高达2wt.％的碱金属或其氧化物。

在示例性实施例中，整个绝缘体20，120都由上述陶瓷材料组成，或基本上由上述陶瓷材料组成。然而，替换地，绝缘体20，120的绝大部分可由上述陶瓷材料组成，或基本上由上述陶瓷材料组成，而绝缘体20的较小部分由其他材料制成。在再一个实施例中，绝缘体20包括陶瓷材料，但不到一半的绝缘体20由陶瓷材料组成，或基本上由陶瓷材料组成。