CH676525A5 - - Google Patents
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- CH676525A5 CH676525A5 CH2876/88A CH287688A CH676525A5 CH 676525 A5 CH676525 A5 CH 676525A5 CH 2876/88 A CH2876/88 A CH 2876/88A CH 287688 A CH287688 A CH 287688A CH 676525 A5 CH676525 A5 CH 676525A5
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Description
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CH 676 525 A5 CH 676 525 A5
Description Description
La présente invention concerne des compositions de cermets électro-conducteurs destinés à la fabrication de dispositifs d'allumage et de chauffage, notamment de bougies a étincelles ou à décharge plasma pour moteurs à essence ou de bougies â incandescence pour moteurs Diesel ou a combustion externe. The present invention relates to compositions of electrically conductive cermets intended for the manufacture of ignition and heating devices, in particular spark or plasma discharge candles for petrol engines or incandescent candles for diesel or external combustion engines.
II faut noter ici fa différence entre céramiques électroconductrices et cermets électroconducteurs. Les céramiques électroconductrices sont des composés minéraux dé type carbure, nîtrure, borure, sili-dure ou oxydes conducteurs de l'électricité, par exemple ZrC; WC; SiC; UN; M02N; TaN; NbN; SÇB2; TÌB2; MoB; ZrB; (Y, Ca) (Cr, Mn) O3; (La, Sr) (Cr, Mn) O3; BaTiOa dopé. Les cermets électroconducteurs sont des composés binaires associant une céramique isolante et un élément électroconducteur (par exemple, une poudre métallique). The difference between electroconductive ceramics and electroconductive cermets should be noted here. Electroconductive ceramics are mineral compounds of the carbide, nitride, boride, silicon-hard type or electrically conductive oxides, for example ZrC; WC; SiC; A; M02N; TaN; NbN; SÇB2; TÌB2; MoB; ZrB; (Y, Ca) (Cr, Mn) O3; (La, Sr) (Cr, Mn) O3; Doped BaTiOa. Electroconductive cermets are binary compounds combining an insulating ceramic and an electroconductive element (for example, a metallic powder).
Par rapport aux céramiques électroconductrices les cermets présentent certains avantages techniques et économiques, notamment une grande flexibilité de contrôle des propriétés électriques (par l'intermédiaire de la formulation) ainsi qu'une température de frittage et des coûts en matières premières qui peuvent, dans certains cas, être inférieurs à ceux des céramiques électroconductrices. Compared to electroconductive ceramics, cermets have certain technical and economic advantages, in particular a great flexibility of control of the electrical properties (through the formulation) as well as a sintering temperature and costs of raw materials which can, in certain case, be lower than that of electrically conductive ceramics.
L'état de la technique comprend déjà de nombreux documents concernant des compositions de cermets électroconducteurs et des compositions mixtes contenant à la fois des céramiques isolantes et conductrices et des particules métalliques, de telles compositions étant applicables aux bougies d'allumage. The state of the art already includes numerous documents relating to compositions of electrically conductive cermets and mixed compositions containing both insulating and conductive ceramics and metallic particles, such compositions being applicable to spark plugs.
Ainsi, la demande de brevet publiée JP-A150 579 /1980 (JIDOSHA BUHIN) décrit des bougies d'allumage à étincelles dans lesquelles l'électrode centrale est constituée de compositions de cermets contenant des céramiques isolantes ou conductrices telles que AI2O3, TÌO2, TiC, CfeOs, NbC, WC, SiC, TaC, M0SÌ2 et des particules métalliques, par exemple Cr, Co, Fe, Al, W, Mo et autres métaux similaires. Thus, published patent application JP-A150 579/1980 (JIDOSHA BUHIN) describes spark plugs in which the central electrode consists of cermet compositions containing insulating or conductive ceramics such as AI2O3, TÌO2, TiC , CfeOs, NbC, WC, SiC, TaC, M0SÌ2 and metallic particles, for example Cr, Co, Fe, Al, W, Mo and other similar metals.
Le document JP-A 44 391/1986 (NGK) divulgue une bougie d'allumage à étincelle dont l'électrode centrale est constituée en partie de cermets obtenus par frittage de compositions contenant une céramique choisie parmi AI2O3, TÌO2, CteOs, Zr02, SÌO2, Y2Û3, La20s, NiO, CaO; TiC, SiC, B4C, Cr2C2, WC, UN, AIN, BN, et M0SÌ2, ainsi que des particules métalliques choisies parmi Cr, Co, Mo, Mn, Pt et Pd. Document JP-A 44 391/1986 (NGK) discloses a spark plug whose central electrode consists partly of cermets obtained by sintering compositions containing a ceramic chosen from AI2O3, TÌO2, CteOs, Zr02, SÌO2 , Y2O3, La20s, NiO, CaO; TiC, SiC, B4C, Cr2C2, WC, UN, AIN, BN, and M0SÌ2, as well as metallic particles chosen from Cr, Co, Mo, Mn, Pt and Pd.
- Le document Jp-A 44 393/1986 (NGK) divulgue des compositions de cermets électroconducteurs similaires â celles décrites ci-dessus mais dans lesquelles les particules métalliques sont distribuées de manière anisotropique, c'est-à-dire que leur concentration dans la matière varie, directionellement, suivant un certain profil. - Document Jp-A 44 393/1986 (NGK) discloses electroconductive cermet compositions similar to those described above but in which the metallic particles are distributed anisotropically, that is to say that their concentration in the matter varies, directionally, according to a certain profile.
Le document US-A 4 427 915 (NGK) décrit aussi des compositions de cermets électroconducteurs destinés à des bougies d'allumage très similaires aux compositions ci-dessus, le choix des métaux en particules incluant cependant encore des métaux nobles tels que Ag, Ru, Rh, Au et similaires. Document US-A 4,427,915 (NGK) also describes compositions of electrically conductive cermets intended for spark plugs very similar to the above compositions, the choice of metals in particles, however, still including noble metals such as Ag, Ru , Rh, Au and the like.
Outre les documents cités ci-dessus, on peut encore mentionner l'existence des documents suivants concernant des bougies d'allumage dans lesquelles interviennent des cermets et céramiques électroconducteurs: EP-A 171 153 (GENERAL MOTORS); US-A 4 475 029 et 4 633 064 (NIPPODENSO); US-A 4 528121 (HITACHI); US-A 4 205 363 (CARBORUNDUM). In addition to the documents cited above, one can also mention the existence of the following documents concerning spark plugs in which electrically conductive cermets and ceramics are involved: EP-A 171 153 (GENERAL MOTORS); US-A 4,475,029 and 4,633,064 (NIPPODENSO); US-A 4,528,121 (HITACHI); US-A 4,205,363 (CARBORUNDUM).
En dépit des avantages que présentent les compositions de cermets et céramiques connues pour la fabrication des électrodes et des corps incandescents des bougies d'allumage, il était désirable d'améliorer encore certaines de leurs propriétés, notamment leur résistance a la corrosion a chaud et leur résistance à l'érosion par décharge électrique. Despite the advantages of known cermet and ceramic compositions for the manufacture of electrodes and incandescent bodies of spark plugs, it was desirable to further improve some of their properties, in particular their resistance to hot corrosion and their resistance to erosion by electric shock.
Les présents inventeurs ont développé des compositions de cermets définies â la revendication 1, celles-ci constituant un pas important dans la direction souhaitée. The present inventors have developed cermet compositions defined in claim 1, which constitute an important step in the desired direction.
En effet, la présence d'oxyde du métal des particules, de préférence sous forme d'un film ou pellicule recouvrant au moins une partie de la surface de celles-ci, améliore considérablement la tenue du cermet, notamment vis-à-vis des phénomènes de corrosion et d'érosion. L'oxyde du métal des particules présente en effet, plus particulièrement dans le cas du chrome, une propriété de solubilité dans la phase céramique (AI2O3) et la présence de cette pellicule d'oxyde attenant aux grains métalliques et interposée entre ceux-ci et la matrice de céramique assure à l'ensemble une cohésion améliorée et renforce ainsi la résistance mécanique du cermet. Indeed, the presence of oxide of the metal of the particles, preferably in the form of a film or film covering at least a part of the surface of these, considerably improves the behavior of the cermet, in particular with respect to the corrosion and erosion phenomena. The oxide of the metal of the particles has, in particular, in the case of chromium, a property of solubility in the ceramic phase (AI2O3) and the presence of this oxide film attached to the metallic grains and interposed between them and the ceramic matrix provides the whole with improved cohesion and thus strengthens the mechanical resistance of the cermet.
La granulométrie des poudres métalliques des présentes compositions de cermets peut etre de l'ordre de 0,5 à 50 (im, une granulométrie voisine de 1 um étant préférable. Les métaux entrant en ligne de compte sont ceux utilisés en général dans les cermets, notamment ceux décrits dans l'état de la technique; on peut citer, par exemple Cr, Ni, Co, Fe, Mo, W, Ti, etc... The particle size of the metal powders of the present cermet compositions can be of the order of 0.5 to 50 (im, a particle size close to 1 μm being preferable. The metals taken into account are those used generally in cermets, in particular those described in the state of the art; mention may be made, for example, of Cr, Ni, Co, Fe, Mo, W, Ti, etc.
Pour améliorer la densification et les conditions de frittage des présentes compositions, on peut ajouter à la phase céramique une phase vitreuse silicatée, en proportion de 1 a 20% en poids. Cette phase vitreuse contient du SÌO2 et, si désiré, un ou plusieurs oxydes choisis parmi MgO, CaO, BaO, Na20, K2O, F62O3, TÏO2, Z1O2, ZnO, Pb02, B2O3, et autres oxydes entrant habituellement dans la fabrication des verres. Dans une forme d'exécution, la céramique du cermet se compose, au moins en partie, de Mullite, c'est-à-dire un silicate d'alumine 3A12O3.2SÌO2. To improve the densification and the sintering conditions of the present compositions, a silicate glassy phase can be added to the ceramic phase, in a proportion of 1 to 20% by weight. This glassy phase contains SÌO2 and, if desired, one or more oxides chosen from MgO, CaO, BaO, Na20, K2O, F62O3, TiO2, Z1O2, ZnO, Pb02, B2O3, and other oxides usually used in the manufacture of glasses. In one embodiment, the ceramic of the cermet consists, at least in part, of Mullite, that is to say an alumina silicate 3A12O3.2SÌO2.
Le procédé de fabrication des compositions de cermets suivant l'invention consiste à préparer d'abord par mélange une formulation comprenant essentiellement les composants du cermet (ou des précurseurs de ceux-ci) ainsi que des additifs de moulage et de frittage. Puis on forme ou moule ce mélange The process for manufacturing cermet compositions according to the invention consists in first preparing by mixing a formulation essentially comprising the components of the cermet (or of the precursors thereof) as well as molding and sintering additives. Then we form or mold this mixture
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de manière à réaliser un article ou objet moulé en «vert» susceptible d'etre ensuite manipulé et chauffé sans détérioration. Puis on fritte ensuite l'article moulé «vert» à haute température (par exemple vers 1200-1600°C) de manière réaliser l'article constitué de la composition de cermet recherchée. so as to produce an article or object molded in "green" capable of then being handled and heated without deterioration. Then the “green” molded article is then sintered at high temperature (for example around 1200-1600 ° C.) so as to produce the article consisting of the desired cermet composition.
En ce qui concerne la formation de l'oxyde à la surface des particules métalliques, on peut procéder de diverses manières; soit on utilise des particules préalablement préoxydées, soit on effectue l'oxydation superficielle au cours du frittage. Dans ce dernier cas, l'oxygène nécéssaire à cette oxydation peut provenir, soit d'un ingrédient oxydant additionel incorporé au mélange de la formulation avant moulage et qui se décompose à la chaleur de frittage en oxydant les particules métalliques, soit de l'atmosphère dans laquelle on effectue le frittage, celle-ci contenant alors de l'oxygène. As regards the formation of the oxide on the surface of the metallic particles, one can proceed in various ways; either pre-oxidized particles are used, or surface oxidation is carried out during sintering. In the latter case, the oxygen necessary for this oxidation can come either from an additional oxidizing ingredient incorporated into the mixture of the formulation before molding and which decomposes on sintering heat by oxidizing the metal particles, or from the atmosphere. in which the sintering is carried out, the latter then containing oxygen.
Les techniques mises en oeuvre pour le formage ou moulage des articles ou objets constitués ou comprenant des cermets suivant l'invention sont traditionnelles. Ainsi, on peut placer le mélange de la formulation dans un moule qu'on soumet à une pression (isostatique ou autre) de l'ordre de 1 à plusieurs T/cm2. On peut aussi opérer au trempé dans une suspension de la formulation dans un liquide, notamment lorsqu'on veut réaliser des objets comportant une couche de composition de cermet. The techniques used for forming or molding articles or objects made up or comprising cermets according to the invention are traditional. Thus, the mixture of the formulation can be placed in a mold which is subjected to a pressure (isostatic or other) of the order of 1 to several T / cm2. One can also operate by dipping in a suspension of the formulation in a liquid, in particular when one wishes to produce objects comprising a layer of cermet composition.
Pour le frittage des objets moulés, on utilise également des techniques traditionnelles connues de l'homme de métier, par exemple chauffage de l'objet dans un four sous une atmosphère contrôlée, par exemple un gaz neutre (argon, hélium) ou sous azote ou hydrogène. Lorsqu'on désire provoquer l'oxydation superficielle des grains métalliques de la composition pendant le frittage, on effectue celui-ci sous une atmosphère contenant une pression partielle d'oxygène réglable par apport d'un mélange gazeux H2/H2O 20-80% (VA/). Cette oxydation peut également être réalisée à une température inférieure à celle du frittage, notamment vers 500-1200°C. For the sintering of molded objects, traditional techniques known to those skilled in the art are also used, for example heating the object in an oven under a controlled atmosphere, for example a neutral gas (argon, helium) or under nitrogen or hydrogen. When it is desired to cause the surface oxidation of the metal grains of the composition during sintering, the latter is carried out under an atmosphere containing a partial oxygen pressure which can be adjusted by adding a gaseous mixture H2 / H2O 20-80% ( GO/). This oxidation can also be carried out at a temperature lower than that of sintering, in particular around 500-1200 ° C.
Lorsqu'on provoque l'oxydation superficielle des grains métalliques par décomposition thermique d'un oxydant incorporé au mélange, on peut choisir celui-ci parmi les oxydants organiques (qui se volatisent à la température de frittage) ou les oxydants minéraux qui libèrent de l'oxygène pendant le frittage. Comme oxydants, on peut citer des oxydes, hydroxydes et peroxydes métalliques, par exemple AI(OH)3, Fe(OH)3, Na2Û2 ainsi que des sels, par exemple des nitrates, Oxalates, carbonates, etc... La proportion pondérale de tels oxydants dans les formulations varie, de préférence entre 0,5 et 20% en poids et dépend essentiellement du taux d'oxydation qu'on veut obtenir. Lorsqu'on utilise dans les formulations de cermets des poudres métalliques préoxydées, on peut obtenir celles-ci par les moyens d'oxydation habituels. Par exemple, pour oxyder superficiellement les particules d'une poudre de chrome, on peut faire circuler celle-ci dans un courant d'oxygène à chaud ou dans une solution de bichromate. De manière générale, les techniques d'oxydation superficielle des poudres métalliques sont bien connues de l'homme de métier. Le taux d'oxydation des poudres métalliques utilisées dans la présente invention se situe, favorablement, entre 0,3 et 20%. When the metal grains are oxidized by thermal decomposition of an oxidizing agent incorporated in the mixture, one can choose this one among the organic oxidizing agents (which volatilize at the sintering temperature) or the mineral oxidizing agents which release l oxygen during sintering. As oxidants, there may be mentioned metal oxides, hydroxides and peroxides, for example AI (OH) 3, Fe (OH) 3, Na2O2 as well as salts, for example nitrates, Oxalates, carbonates, etc. The proportion by weight such oxidants in the formulations vary, preferably between 0.5 and 20% by weight and essentially depends on the rate of oxidation that one wants to obtain. When using preoxidized metal powders in cermet formulations, these can be obtained by the usual oxidation means. For example, to surface oxidize the particles of a chromium powder, it can be circulated in a stream of hot oxygen or in a bichromate solution. In general, the techniques for surface oxidation of metal powders are well known to those skilled in the art. The oxidation rate of the metal powders used in the present invention is favorably between 0.3 and 20%.
Les exemples qui suivent, pour la compréhension desquels on se référera au dessin annexé, illustrent l'invention de manière plus détaillée. The examples which follow, for the understanding of which reference will be made to the appended drawing, illustrate the invention in more detail.
La figure 1 représente schématiquement une bougie d'allumage à étincelle pour moteurs à essence dont certains composants sont réalisés en cermets de composition suivant l'invention. FIG. 1 schematically represents a spark plug for gasoline engines, certain components of which are produced in cermets of composition according to the invention.
La fig 2 représente schématiquement une bougie à incandescence pour moteurs diesels dont certains composants sont réalisés du moyen de composition de cermets suivant l'invention. FIG. 2 schematically represents an incandescent candle for diesel engines, certain components of which are produced by means of composition of cermets according to the invention.
Exemple 1 Example 1
Dans un moulin à billes en alumine contenant400 g de billes d'alumine de 12mm de diamètre, on a broyé 24 h 59,5 g de poudre d'alumine (granulométrie environ 1 um) contenant 10% en poids d'une phase vitreuse constituée à environ 80% de SÌO2, le restant étant MgO, CaO et NaaO, 40,5 g de poudre de chrome (préalablement oxydée dans un courant d'oxygène à 300° et contenant, en poids, environ 1-3% d'oxygène), 1,5 g d'huile de poisson (dispersant), 50 g de butanol (solvant) et 8 g de camphre (liant). In a alumina ball mill containing 400 g of alumina balls 12 mm in diameter, 59.5 g of alumina powder (particle size approximately 1 μm) containing 10% by weight of a vitreous phase was ground at about 80% of SÌO2, the remainder being MgO, CaO and NaaO, 40.5 g of chromium powder (previously oxidized in an oxygen stream at 300 ° and containing, by weight, about 1-3% of oxygen ), 1.5 g of fish oil (dispersant), 50 g of butanol (solvent) and 8 g of camphor (binder).
On a ensuite séché et tamisé le mélange sur un tamis de 300 um; puis on a moulé la poudre en disques (diamètre 15 mm, hauteur 3 mm) sous une pression de 1,1 T/cm2. The mixture was then dried and sieved through a 300 µm sieve; then the powder was molded into discs (diameter 15 mm, height 3 mm) under a pressure of 1.1 T / cm2.
On a fritté ces disques 2 h à 1550°C sous argon après quoi on les a découpés (au moyen d'une scie diamantée) en barreaux ou blocs de 2x2 x 5 mm. Pour les mesures, on a fixé, au moyen d'une colle epoxy à l'argent (colle conductrice) un barreau de cermet suivant l'invention sur l'électrode centrale d'une bougie d'allumage (distance interélectrode 1 mm) et on a soumis cette pastille à une succession de 150 000 étincelles (décharge plasma 1000 VDC; 1 joule par étincelle). Après quoi on a décollé la pastille (par dissolution de la colle dans un solvant approprié, par exemple le trichloréthylène), on a séché celle-ci et déterminé la perte en poids par pesée. Cette mesure de poids a été convertie en valeur de volume en tenant compte de la densité réelle du cermet, (4,15 g/cm3) mesurée par les moyens habituels. Le résultat de la perte de volume par électroérosion figure au Tableau 1 ci-après exprimé en % par rapport celui d'un alliage nickel utilisé pour les électrodes d'une bougie d'allumage conventionnelle. These discs were sintered for 2 h at 1550 ° C. under argon, after which they were cut (by means of a diamond saw) into bars or blocks of 2 × 2 × 5 mm. For the measurements, a cermet rod according to the invention was fixed by means of an epoxy silver glue (conductive glue) to the central electrode of a spark plug (interelectrode distance 1 mm) and this pellet was subjected to a succession of 150,000 sparks (plasma discharge 1000 VDC; 1 joule per spark). After which the tablet was peeled off (by dissolving the adhesive in a suitable solvent, for example trichlorethylene), the latter was dried and the weight loss was determined by weighing. This weight measurement was converted into a volume value taking into account the actual density of the cermet, (4.15 g / cm 3) measured by the usual means. The result of the loss of volume by EDM is shown in Table 1 below expressed in% relative to that of a nickel alloy used for the electrodes of a conventional spark plug.
Pour les mesures de résistances à la corrosion thermique, on a soumis les pastilles a 24 h de chauffe (1000°C) sous une atmosphère obtenue par combustion de méthane à 0,2% de H2S (V/V) c'est-à-dire 3 g/m3. Les résultats figurent aussi au Tableau 1 en termes d'augmentation relative de poids, cette augmentation provenant d'une oxidation du métal. For the resistance to thermal corrosion measurements, the pellets were subjected to 24 h heating (1000 ° C.) under an atmosphere obtained by combustion of methane at 0.2% H2S (V / V), that is to say - say 3 g / m3. The results are also shown in Table 1 in terms of relative increase in weight, this increase coming from oxidation of the metal.
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Exemple 2 (comparatif) Example 2 (comparative)
On a répété les manipulations décrites à l'exemple 1 en remplaçant, dans la formulation, la poudre dé chrome oxydée par dé la poudre de chrome ordinaire (non-oxydée). Les échantillons de cermet obtenus par cette formulation témoin ont été testés identiquement et les résultats figurent également au Tableau 1 en termes d'augmentation relative de poids, cette augmentation provenant d'uné oxidation du métal. The manipulations described in Example 1 were repeated, replacing, in the formulation, the oxidized chromium powder with the ordinary chromium powder (non-oxidized). The cermet samples obtained by this control formulation were tested identically and the results also appear in Table 1 in terms of relative increase in weight, this increase coming from unoxidation of the metal.
Exemple s (comparatif) Example s (comparative)
On a répété les manipulations des exemples précédents en utilisant une poudre de chrome non-oxydée, et en omettant la phase vitreuse qu'on a remplacée par une quantité additionnelle de AI2O3 et une portion de MgO. Ainsi, outre les autres ingrédients et les conditions opératoires identiques à celles des Exemples 1 et 2, on a utilisé: The manipulations of the preceding examples were repeated using a non-oxidized chromium powder, and omitting the glassy phase which was replaced by an additional quantity of Al2O3 and a portion of MgO. Thus, in addition to the other ingredients and the operating conditions identical to those of Examples 1 and 2, the following were used:
Alumine 61,9 g Poudre de Cr pur 38,1 g MgO 0,25 g Alumina 61.9 g Pure Cr powder 38.1 g MgO 0.25 g
Les compositions de cermet frittées à 1550° comme auparavant ont été testées comme indiqué à l'Exemple 1. Les résultats figurent au Tableau 1. The cermet compositions sintered at 1550 ° as before were tested as indicated in Example 1. The results are shown in Table 1.
Exemple 4 Example 4
On a réalisé, en utilisant la composition de cermet de l'Exemple 1, une bougie d'allumage suivant la représentation schématique de la fîg 1. Using a cermet composition from Example 1, a spark plug was produced according to the diagrammatic representation of FIG. 1.
Cette bougie comporte une enveloppe de métal 1 traditionnelle intégrale avec une électrode externe 4, un corps isolant 2 (en céramique d'alumine vitrifiée) et, dans une partie creuse axiale de ce corps isolant, les éléments suivants: une tige de contact 9, un joint conducteur 7, une résistance de déparasitage 8 et une électrode centrale 6 réalisée en cermet suivant l'invention. Cette électrode 6 a été obtenue par moulage et frittage suivant les moyens habituels dans les conditions décrites à l'Exemple 1. Les divers éléments de la bougie ont été assemblés selon les techniques habituelles de fabrication des bougies d'allumage. This candle comprises an integral traditional metal casing 1 with an external electrode 4, an insulating body 2 (made of vitrified alumina ceramic) and, in an axial hollow part of this insulating body, the following elements: a contact rod 9, a conductive joint 7, a deworming resistor 8 and a central electrode 6 produced in a cermet according to the invention. This electrode 6 was obtained by molding and sintering according to the usual means under the conditions described in Example 1. The various elements of the spark plug were assembled according to the usual techniques for manufacturing spark plugs.
Ce type de bougie, utilisé dans un moteur d'automobile, a démontré une longévité nettement plus grande qu'une bougie standard de même construction dans laquelle l'électrode centrale était, soit en alliage de nickel habituel, soit en cermet suivant l'état de la technique. This type of candle, used in an automobile engine, has demonstrated a significantly greater longevity than a standard candle of the same construction in which the central electrode was either in the usual nickel alloy or in cermet depending on the state. of technique.
Selon une variante, l'électrode de masse 4 de la bougie, représentée à la fìg 1 peut etre munie par soudage ou brasage d'une pastille 5 d'une composition de cermet identique à celle de l'électrode centrale. Dans ce cas, la vie de la bougie est encore fortement prolongée. Alternatively, the ground electrode 4 of the spark plug, shown in Figure 1 may be provided by welding or brazing a pellet 5 with a cermet composition identical to that of the central electrode. In this case, the life of the candle is still greatly extended.
Exemple 5 Example 5
On a réalisé, au moyen d'une formulation identique à celle de l'exemple 1, une bougie à incandescence destinée aux moteurs Diesel. Une telle bougie est représentée schématiquement alafig 2. An incandescent candle intended for diesel engines was produced, using a formulation identical to that of Example 1. Such a candle is represented schematically alafig 2.
Cette bougie comporte une enveloppe métallique 12 comprenant (comme la bougie de l'Exemple 4 d'ailleurs) une zone filetée 13, cette enveloppe entourant un corps isolant creux composé de deux parties 14 et 15 axialement contigues. La partie creuse de l'isolant 14 contient une tige métallique 16 en contact avec la zone annulaire interne de la partie 15 et retenue dans la partie 14 par sa base 17, élargie, munie d'un épaulement. L'isolant cylindrique creux 15 est recouvert, aussi bien sur sa face latérale interne que sur sa face latérale externe, d'une couche de cermet 18 suivant l'invention. Cette couche se prolonge, sans transition, par l'intermédiaire de la face terminale externe 19 de l'isolant 15 comme indiqué au dessin et constitue donc une résistance dont les extrémités respectives sont en contact électrique, d'une part l'une 18 avec la base 17 de la tige 16 et, d'autre part l'autre 20 (la zone périphérique extérieure de la couche 18), avec l'enveloppe métallique 12. En appliquant un potentiel convenable entre cette enveloppe 12 (pôle de masse) et la tige 16 (pôle de la bougie), on obtient dans la couche 18 un courant électrique qui la porte à l'incandescence. En raison de la grande résistance à la corrosion thermique de la composition de cermet utilisée pour réaliser cette couche 18, la présente bougie à incandescence démontre une longévité considérable lorsqu'elle est utilisée sur un moteur Diesel. This candle comprises a metal casing 12 comprising (like the candle of Example 4, moreover) a threaded zone 13, this casing surrounding a hollow insulating body composed of two axially contiguous parts 14 and 15. The hollow part of the insulator 14 contains a metal rod 16 in contact with the internal annular zone of the part 15 and retained in the part 14 by its base 17, enlarged, provided with a shoulder. The hollow cylindrical insulator 15 is covered, both on its internal lateral face and on its external lateral face, with a layer of cermet 18 according to the invention. This layer is extended, without transition, through the external end face 19 of the insulator 15 as indicated in the drawing and therefore constitutes a resistor whose respective ends are in electrical contact, on the one hand 18 with the base 17 of the rod 16 and, on the other hand the other 20 (the outer peripheral zone of the layer 18), with the metal envelope 12. By applying a suitable potential between this envelope 12 (ground pole) and the rod 16 (pole of the candle), an electric current is obtained in the layer 18 which brings it to incandescence. Due to the high resistance to thermal corrosion of the cermet composition used to make this layer 18, the present incandescent candle demonstrates considerable longevity when used on a diesel engine.
Pour effectuer le dépôt de la couche 18,19,20 sur le corps isolant creux 15, on procède de préférence au trempé. On met en oeuvre la formulation de l'Exemple 1 contenant, en poids, au lieu des solvants, dispersants et liants indiqués: 50 g d'un mélange trichloréthylène-éthanol 1:1 (solvant); 5-10% d.e polyvinyl butyral (liant); 6% d'un mélange 1:1 de polyéthylène glycol-dioctyl phtalate et 0,5-1% de FLUORAD (3M) (Surfactant). La quantité du solvant dépend de la viscosité qu'on veut conférer à la dispersion et, par4 To carry out the deposition of the layer 18,19,20 on the hollow insulating body 15, it is preferably carried out by dipping. The formulation of Example 1 is used containing, by weight, instead of the solvents, dispersants and binders indicated: 50 g of a 1: 1 trichlorethylene-ethanol mixture (solvent); 5-10% of polyvinyl butyral (binder); 6% of a 1: 1 mixture of polyethylene glycol-dioctyl phthalate and 0.5-1% of FLUORAD (3M) (Surfactant). The quantity of the solvent depends on the viscosity which it is desired to give to the dispersion and, by 4
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
CH676 525 A5 CH676 525 A5
tant, de l'épaisseur qu'on veut donner à la couche 18,19, 20. Dans les conditions habituelles sus-indi-quées une opération de trempé fournit une couche d'environ 100-300 jim après séchage. On peut, bien entendu, répeter l'opération de trempé pour obtenir des couches plus épaisses. Après séchage de la couche, on fritte celle-ci à 1550°C dans les conditions décrites à l'Exemple 1. so much, the thickness that we want to give to the layer 18,19,20. Under the usual conditions indicated above, a quenching operation provides a layer of approximately 100-300 µm after drying. One can, of course, repeat the quenching operation to obtain thicker layers. After the layer has dried, it is sintered at 1550 ° C. under the conditions described in Example 1.
Pour l'assemblage des composants de la bougie, on procède traditionnellement, en ce sens qu'on introduit la tige 16 dans le corps isolant 14, on presse la base 17 de la tige contre le corps 15 muni de sa couche de cermet conductrice frittée de manière à réaliser un contact entre celle-ci et ladite base 17 (un joint électroconducteur peut etre utilisé si désiré, par exemple un anneau de cuivre mou), et on sertit le tout dans l'enveloppe 12. For the assembly of the components of the candle, one proceeds traditionally, in the sense that one introduces the rod 16 in the insulating body 14, one presses the base 17 of the rod against the body 15 provided with its layer of sintered conductive cermet so as to make contact between the latter and said base 17 (an electroconductive joint can be used if desired, for example a soft copper ring), and the whole is crimped in the casing 12.
Exemples Examples
On a préparé une formulation de cermet en broyant 24 h avec 200 g de billes, comme dans les Exemples précédents, les ingrédients suivants: A cermet formulation was prepared by grinding for 24 h with 200 g of beads, as in the previous Examples, the following ingredients:
Poudre de mullite Mullite powder
28,5 g 28.5g
Poudre de chrome oxydé (5%) Oxidized chromium powder (5%)
21,5 g 21.5g
Huile de poisson (dispersant) Fish oil (dispersant)
0,75 g 0.75 g
Mélange fert.butanol-ether de pétrole Fert.butanol-petroleum ether mixture
50 g 50g
(1/2) (solvant) (1/2) (solvent)
Camphré (liant de moulage) Camphor (molding binder)
4,0 g 4.0g
Au moyen de cette formulation, on a moulé des disques comme à l'Exemple 1 et on les a frittés 2 h à 1480°C sous argon. On a ensuite procédé aux memes tests et mesures que dans les Exemples précédents. Using this formulation, disks were molded as in Example 1 and sintered for 2 h at 1480 ° C under argon. The same tests and measurements were then carried out as in the previous Examples.
(voir Tableau 1) (see Table 1)
Exemple 7 Example 7
On a répété la manipulation de l'Exemple 6, avec les différences suivantes: addition à la formulation de 0,85 g de poudre de talc (4SiO2.3MgO.H2O); température de frittage 1450°C. Les résultats des tests figurent au Tableau 1. The manipulation of Example 6 was repeated, with the following differences: addition to the formulation of 0.85 g of talcum powder (4SiO2.3MgO.H2O); sintering temperature 1450 ° C. The test results are shown in Table 1.
Exemple s (comparatif) Example s (comparative)
On a répété les manipulations de l'Exemple 7 avec, pour seule différence, le remplacement de la poudre de chrome oxydée par de la poudre de chrome pur. Pour les résultats voir le Tableau 1. The manipulations of Example 7 were repeated, the only difference being the replacement of the oxidized chromium powder with pure chromium powder. For the results see Table 1.
Tableau 1 Table 1
Propriétés électriques et résistance à la corrosion et à l'érosion des compositions de cermet décrites aux Exemples 1-3 et 6-8 Electrical properties and resistance to corrosion and erosion of the cermet compositions described in Examples 1-3 and 6-8
Exemple (**) Densité Résistivité Résistance comparative (*) à Example (**) Density Resistivity Comparative resistance (*) to
(g/cm3) (Q.cm) l'érosion (%V la corrosion (%) (g / cm3) (Q.cm) erosion (% V corrosion (%)
1(T) 1 (T)
4,15 4.15
0,6 0.6
0 0
7,9 7.9
2(C) 2 (C)
4,07 4.07
2,9 2.9
86 86
7,9 7.9
3 (C) 3 (C)
4,37 4.37
49 49
137 137
10 10
6(T) 6 (T)
3,76 3.76
3,4 3.4
23 23
- -
7(T) 7 (T)
3,72 3.72
2,2 2.2
13 13
7,9 7.9
8(C) 8 (C)
3,4 3.4
0,15 0.15
173 173
- -
(*) Par rapport à un échantillon standard d'alliage de nickel considéré comme présentant 100% d'érosion (0,38 mm3 de perte pour un barreau de 20 mm3). (*) Compared to a standard nickel alloy sample considered to have 100% erosion (0.38 mm3 loss for a 20 mm3 bar).
(**) T a exemple test; O=exemple comparatif. (**) T a test example; O = comparative example.
On voit, d'après les résultats de tests rassemblés au Tableau 1, que l'emploi d'une poudre métallique oxydée, ainsi que la présence d'une phase vitreuse, améliore les propriétés de résistance à l'électroéro-sion et à la corrosion thermique. Par ailleurs, l'examen au microscope de la structure du cermet de l'Exemple 7 ainsi que celle du cermet de l'Exemple 8 montre que dans le cermet suivant l'invention, les grains mé- It can be seen from the test results collected in Table 1 that the use of an oxidized metal powder, as well as the presence of a glassy phase, improves the properties of resistance to electroerion and thermal corrosion. Furthermore, microscopic examination of the structure of the cermet of Example 7 as well as that of the cermet of Example 8 shows that in the cermet according to the invention, the grains
5 5
s s
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
CR CR
CH676 525A5 CH676 525A5
talliques sont intimement incorporés dans la matière de céramique, sans transition sensible, alors que dans l'échantillon de contrôle de l'exemple 8, cette transition est bien visible. The tiles are intimately incorporated into the ceramic material, without any significant transition, whereas in the control sample of Example 8, this transition is clearly visible.
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