CN101484755A - 陶瓷加热元件 - Google Patents

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余泰桓
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Abstract

本发明提供一种制作陶瓷电阻点火元件的新方法，其包括在实质上非高压下烧结元件。本发明还提供一种由本发明制造方法制得的陶瓷点火器。

Description

陶瓷加热元件
本申请案请求于2006年5月4日申请的美国临时专利申请案第60/798,266号之优先权，其全部内容并入此处作为参考。
技术领域
在一方面，本发明提供一种制作陶瓷加热元件的新方法，其包括实质上无压烧结成型坏体点火元件。本发明还提供一种点火元件，其包括由本发明制造方法制得的该等元件。
背景技术
陶瓷材料用于点火器(如天然气点火熔炉、火炉和干衣机等)的效果非常好。陶瓷点火器制造过程包括由陶瓷成分构成电路，该陶瓷成分的一部分具有高电阻，并且其温度在导线对其通电时会升高。如美国专利第6,582,629；6,278,087；6,028,292；5,801,361；5,786,565；5,405,237；和5,191,508号所示。
典型的点火器通常是矩形元件，其顶端是高电阻“热区”，底端是一个或多个与热区相对应的导电“冷区”。目前可用的一种点火器是Mini-IgniterTM，其可购自Milord，N.H.的Norton Igniter Products，其被设计成用在12伏(volt)至120伏的应用，其组成包括氮化铝(“AlN”)、二硅化钼(“MoSi2”)及碳化硅(“SiC”)。
点火器制造方法包括间歇式处理，其中，模具上载有具至少两种不同电阻率的陶瓷组成物。然后，将成型坏体元件在高温和高压下压实(烧结)。如上述专利及美国专利第6,184,497号所示。
虽然该制造方法可有效地制造陶瓷点火器，但其对产量和成本效率有固有的限制。
因此，希望有新的加热元件系统。尤其希望有制造陶瓷加热元件的新方法。亦希望有更有效的制造方法。
发明内容
在一方面，本发明提供一种新的陶瓷物件，其由一种或多种平均粒径为约2.5微米(micron)或更小的陶瓷粉末所形成。
我们发现由这些小粒径陶瓷材料制成的陶瓷物件可在明显更温和的条件下，包括在低于先前制程的压力下压实。
另一方面，本发明提供一种陶瓷物件，其通过以多级升压处理坏体阶段陶瓷物件而制得。优选地为陶瓷物件先在第一压力下处理，再在高于第一压力的第二压力下处理。优选使用气压烧结法进行多级压力压实。
我们发现多级压力处理可在相当温和的条件下制得高密实度陶瓷物件(例如密实度至少达到96％、97％、98％或99％)。例如，第一压力处理可适宜为1000英镑/平方英寸(psi)或500英镑/平方英寸或更小，第二压力处理可适宜为4000英镑/平方英寸或更小。显著较低的压力也产生高密实度物件，例如第一压力为约200英镑/平方英寸或更小、或150英镑/平方英寸或更小，第二压力处理为约3000英镑/平方英寸或更小、2000英镑/平方英寸或更小、或1500英镑/平方英寸或更小。
在本发明特别优选的方面，陶瓷组成物包含一种或多种金属氧化物(如氧化铝)。一种或多种金属氧化物优选地具有此处揭示的小平均粒径。包含氧化铝的陶瓷组成物特别优选地具有此处揭示的小平均粒径，如2.5微米或更小、2微米或更小、1.5微米或更小、或1微米或更小。
在本发明另一方面，陶瓷组成物的压实在所谓的烧结助剂不存在下进行。烧结助剂添加剂包括稀土氧化物，如钇土(氧化钇)、钆材料(如氧化钆或Gd2O3)、铕材料(如氧化铕或Eu2O3)、镱材料(如氧化镱或Yb2O3)或镧材料(如镧或La2O3)。
本发明特别优选的制造方法包括形成包含如前所述的一种或多种小粒径陶瓷材料的陶瓷点火元件，再经由如前所述的两级升压处理进行硬化。硬化适宜在高温下进行，如高于1400℃，更典型为高于1600℃，如至少1700℃或1800℃。烧结优选地在惰性环境(如氩气或氮气之惰性气体环境)中进行。
硬化处理优选地制得密实度为至少95％的陶瓷元件，更优选为密实度为至少96％、97％、98％或99％的陶瓷元件。包括前述高温的硬化过程将进行足够长的时间，其可为数个小时或更长的时间，以达到该密实度。
特定陶瓷组成物和成型坏体陶瓷元件的方法可用于促进在实质上非高压下制造高密实度陶瓷元件。
更具体地，用于形成陶瓷元件的优选陶瓷组成物可至少实质上不含或完全不含碳化硅或其他碳化物材料。如此处所提及，若陶瓷组成物含有以陶瓷组成物总体积为基准计少于10体积％的碳化硅或其他碳化物材料，更典型为以陶瓷组成物总体积为基准计少于约9、8、7、6、5、4、3、2、1或0.5体积％的碳化硅或其他碳化物材料，则认为该陶瓷组成物至少实质上不含碳化硅或其他碳化物材料。
对于烧结包含氧化铝的陶瓷元件，优选地在至少实质上不含氮气(例如，以空气总体积为基准计，少于5体积％的氮气)或更优选为至少基本上不含氮气(例如，以空气总体积为基准计，少于2或1体积％的氮气)或更优选为完全不含氮气的空气中进行该元件的烧结。例如，可在氩气环境中进行烧结。
对于烧结包含氮化铝的陶瓷元件，优选地在含有至少若干氮气，例如含有至少5体积％的氮气(即以空气总体积为基准计，至少5体积％的氮气)或者含有更高含量如至少约10体积％的氮气(即以空气总体积为基准计，至少10体积％的氮气)的空气中进行该元件的烧结。
亦优选为使用注塑压模制程形成陶瓷元件。通常此处所提及的术语“注塑压模”或“注塑压模制程”或其他相似术语是指将一种材料(此处是指陶瓷或陶瓷先驱体材料)通常于压力下注射或压入模具中而成所欲形状的陶瓷元件，然后冷却，再取出保持模具的复制品形式的固化元件的一般制程。
本发明注塑压模形成加热元件时，可在模具中压入陶瓷材料(例如陶瓷粉末混合物、分散体或其他调配物)或陶瓷先驱体材料或组成物。
在合适的制造方法中，可藉由依序注塑压模具有不同电阻率的陶瓷材料或陶瓷先驱体材料而形成具有不同电阻率的区域(例如导电区、绝缘区或散热区、及高电阻“热”区)的集成点火元件。
因此，举例来说，基础元件可藉由将具有第一电阻率的陶瓷材料(例如可作为绝缘或散热区的陶瓷材料)注射引入限定成所欲基本形状(如棒状)的模具元件中而形成。可将基础元件从该第一个模具移出而置入与之不同的第二个模具元件中，并可将具有不同电阻率的陶瓷材料(如导电陶瓷材料)注入第二个模具中以制成点火元件的导电区。以同样的方式，可将基础元件从第二个模具移出而置入与之不同的第三个模具元件中，并可将具有不同电阻率的陶瓷材料(如电阻热区陶瓷材料)注入第三个模具中以制成加热元件的电阻热区或点火区。
在本发明优选的方面，至少将三部分陶瓷加热元件依单一制造程序注塑压模以制造陶瓷组件，即所谓的“多重”注塑压模制程，其中以相同的制造程序制得的点火元件，其多个部分具有不同的电阻值(例如热或高电阻部分、冷或导电部分、及绝缘或散热部分)。在至少某些具体实施例中，单一制造程序包括依序注塑压模陶瓷材料，其未将元件从元件成型区移出及/或未藉由注塑压模以外的制程将陶瓷材料沉积在元组件上。
例如，在一方面，可注塑压模制第一绝缘(热分散)部分，然后第二步可在绝缘部分周围注塑模制导电脚部分，第三步可通过注塑模制而将电阻热区或点火区施加到含有绝缘区或电阻区的本体上。
在另一实施例中，本发明提供制造电阻陶瓷加热元件的方法，其包括注塑压模陶瓷元件的一个或多个部分，其中，陶瓷元件包含三个或更多个具有不同电阻率的区域。
本发明的制造方法可包括增添陶瓷材料的额外制程，以制造成型陶瓷元件。例如，可藉由浸涂、喷涂及类似方法对成型陶瓷元件施加一层或多层陶瓷层。
本发明方法制得的优选陶瓷元件包括第一导电区、电阻热区及第二导电区，所有区域都按电顺序排列。优选地，在装置使用期间，可通过使用电导线而将电源施加至第一或第二导电区。
本发明特别优选的加热元件沿着该加热元件的至少一部分长度具有圆形横截面(例如，从固定在点火器的电导线延伸到电阻热区的长度)。更特别优选的陶瓷加热元件的至少一部分点火器长度，如至少约10％、40％、60％、80％、90％的点火器长度或整个点火器长度可具有实质上椭圆形、圆形或其他近圆形横截面。特别优选为实质上圆形的横截面，其提供棒状加热元件。该棒状构型提供较高的剖面模数(SectionModuli)，从而可提高加热元件的设备完整性。
本发明陶瓷加热元件可在各种标称电压下使用，包括6伏、8伏、10伏、12伏、24伏、120伏、220伏、230伏和240伏标称电压。
本发明加热元件可用作多种设备和加热系统的点火器。更具体地，本发明提供一种包含此处所述的经烧结陶瓷点火元件的加热系统。具体加热系统包括燃气单元、用于商业建筑和居住建筑的加热单元(包括热水器)。
此处使用的术语“陶瓷材料”包括烧结过程前和烧结过程后的材料。例如，氧化铝、Mo2Si2、SiC、AlN和此处提到的其他材料皆视为陶瓷材料，包括预烧结阶段的彼等材料。
本发明的其他方面揭示如下。
附图说明
图1A和图1B分别显示本发明加热元件的俯视图及仰视图；
图2A显示沿图1A的2A-2A线的剖面图；及
图2B显示沿图1A的2B-2B线的剖面图。
【元件符号说明】
10           加热元件(点火器)
10a          点火器近端
12           散热或绝缘区
14，14A，14B 导电区
14a          导电区14的近端
16           近端部
18           远端部
20           电阻热区(电阻点火区)
具体实施方式
在第一方面，本发明提供一种新的陶瓷物件，其由一种或多种平均粒径约2.5微米或更小，更优选为平均粒径约2微米或更小，或1.5微米、1.25微米或1微米或更小的陶瓷粉末制成。通常该陶瓷材料的平均粒径至少为约0.2微米、0.3微米、0.4微米或0.5微米。
优选的陶瓷组成物中，特定陶瓷材料的至少大部分(例如大于50、60、70、80或90重量％)具有此处揭示的小粒径。更优选地，该特定陶瓷材料的所有部分都具有该小粒径。例如，如果指定一陶瓷组成物中包含平均粒径2微米或更小的氧化铝，则优选地为该陶瓷组成物中所使用的至少大部分(例如大于50、60、70、80或90重量％)氧化铝的平均粒径为2微米或更小，更优选地为该陶瓷组成物中存在的所有氧化铝的平均粒径为2微米或更小。
此处讨论之用于制造本发明加热元件的陶瓷组成物可适宜包含两种、三种或更多种不同的材料，如Al2O3、AlN、Mo2Si2、SiC及类似物。一种或多种该等不同的材料可适宜具有此处揭示的小平均粒径。但是，在某些具体实施例中，并不是所有陶瓷组成物的材料都须具有该小平均粒径。在本发明的此方面中，多材料组成物中至少一种材料具有该小平均粒径，但如果需要，多材料组成物中多于一种材料或所有材料可具有该小平均粒径。
如上所讨论，在某些具体实施例中，特别优选地为使用小平均粒径的金属氧化物，如Al2O3。
不受限于任何理论，咸信使用此较小平均粒径材料可有助于低压烧结成型坏体阶段的加热元件。
另一方面，如上所讨论，本发明现提供制造陶瓷点火元件的新方法，其包括在减压下硬化(压实)成型坏体陶瓷元件。
在该方面，本发明提供一种陶瓷物件，其为藉由逐级升压处理坏体阶段陶瓷物件而制得。陶瓷物件优选地在第一压力下进行处理，再在高于第一压力的第二压力下进行处理。
在至少某些应用中，第一压力和第二压力处理相差至少500英镑/平方英寸，更优选为相差至少1000英镑/平方英寸、2000英镑/平方英寸或2500英镑/平方英寸。
在至少某些应用中，第一压力处理可适当地在约3000英镑/平方英寸或更小、2000英镑/平方英寸或更小、1000英镑/平方英寸或更小、500英镑/平方英寸或更小、或200英镑/平方英寸或更小，第二压力处理可在约6000英镑/平方英寸或更小、5000英镑/平方英寸或更小、4000英镑/平方英寸或更小、3000英镑/平方英寸或更小、2000英镑/平方英寸或更小、1500英镑/平方英寸或更小、或1000英镑/平方英寸或更小。
在至少某些应用中，第一压力处理和第二压力处理各不超过5000英镑/平方英寸。
如果第一压力处理的水平相对于第二压力处理较低，也可对第一压力处理和第二压力处理使用其他压力。
再者，不希望受限于任何理论，咸信较低的第一压力处理可实现初步压实，其避免物件中陷入气体。一旦通过第一压力处理而显著地将孔隙闭合，升高的第二压力处理便能达到较高的密实化。
多级压力密实化优选地使用气压烧结进行。可使用商用气相烧结炉。烧结过程优选地在惰性环境(如氮气或氩气环境)中进行。
如前所讨论，在本发明其他方面中，在所谓的烧结助剂不存在下而将陶瓷组成物压实。
如前所讨论，可优选使用注塑压模技术来形成陶瓷元件。因此，举例而言，如前所讨论，基础元件可藉由将具有第一电阻率的陶瓷材料(例如可作为绝缘或散热区的陶瓷材料)注射引入限定成所欲基本形状(如棒状)的模具元件中而形成。可将基础元件从该第一个模具移出而置入与之不同的第二个模具元件中，并可将具有不同电阻率的陶瓷材料(如导电陶瓷材料)注入第二个模具中以制成点火元件的导电区。以同样的方式，可将基础元件从第二个模具移出而置入与之不同的第三个模具元件中，并可将具有不同电阻率的陶瓷材料(如电阻热区陶瓷材料)注入第三个模具中以制成加热元件的电阻热区或点火区。
另一种方法是不使用复数种不同的模具元件，而可将具有不同电阻率的陶瓷材料依序压入或注入同一模具元件中。例如，可先将预定体积的第一种陶瓷材料(如可作为绝缘或散热区的陶瓷材料)引入限定成所欲基本形状的模具元件中，然后将具有不同电阻率的第二种陶瓷材料施加到成型的基础元件。
可将呈含有一种或多种陶瓷材料(如一种或多种陶瓷粉末)的液体调配物形式的陶瓷材料压入(注入)模具元件中。
例如，可制备浆状或糊状陶瓷粉末的组成物，例如藉由将一种或多种陶瓷粉末与水溶液或含有一种或多种可互溶的有机溶剂(如醇类及类似物)的水溶液混合而制得的糊料。用于挤压成型的优选陶瓷浆状组成物可藉由将一种或多种陶瓷粉末(如MoSi2、Al2O3、及/或AlN)混合入水，其视需要含有一种或多种有机溶剂(如一种或多种与水互溶的有机溶剂(如纤维素醚溶剂、醇及类似物))的流体组成物中而制得。陶瓷浆料也可含有其他材料，如一种或多种有机增塑剂化合物，其视需要与一种或多种聚合物粘合剂混合。
可使用各种各样的成型或诱型元件，以具有对应于所欲形状的成型点火器构型的元件来形成点火器元件。例如，可将陶瓷粉末糊料注入圆柱压模元件中，以形成棒状元件。可使用矩形压模以形成支柱形或矩形点火器元件。
将陶瓷材料压入模具元件后，可适当地将限定的陶瓷部分在例如高于50℃或60℃干燥足够长的时间以除去任何溶剂(水性及/或有机)载体。
以下实施例描述点火器元件的优选注塑压模制程。
请参阅附图，图1A和图1B显示本发明适当的加热元件10。
如图1A所示，点火器10包括中央的散热或绝缘区12，该散热或绝缘区12被具有不同电阻率的区域所包围，该等区域即在近端部16的导电区14，导电区14的电阻在点火器近端部18处变得较高，该区域的体积相对减小，因此可作为电阻热区20。
图1B显示具有裸露的散热区12的点火器底面。
图2A和图2B的剖面图进一步描绘加热元件10，其包括在点火器近端部区域16的导电区14A和导电区14B，以及在点火器远端部区域18的相对应高电阻热区20。
使用时，可对加热元件10供电(例如通过一根或多根电导线传导，图中未显示)而进入导电区14A，其通过电阻点火区20且再通过导电区14B而形成电通路。导电区14的近端14a可例如通过焊接适当地固定到电导线(图中未显示)，该电导线在使用期间对点火器供电。点火器近端10a可适当地固定到各种装置内，例如美国公开专利申请案第2003/0080103号中揭露将陶瓷塑料密封剂材料包裹住导电元件近端14a。同样也可适当地使用金属装置包裹住加热元件近端。
如前所讨论，以图1A、图1B、图2A和图2B所示的加热元件10为例，沿着至少一部分长度的加热元件，至少大部分长度的点火器具有圆截面形，如图1B中的长度x。图1A、图1B、图2A和图2B所示的点火器10描述一种特别优选的构型，其中，加热元件10的大约整个加热元件长度具有实质上圆截面形，从而形成棒状加热元件。但是，优选系统还包括仅仅一部分点火器是圆截面形者，如高达约10、20、30、40、50、60、70、80或90％长度(以图1B中的加热元件长度x为例)的加热元件是圆截面形者；在此设计中，加热元件长度的其余部分可呈具有外部边缘的外观。
为了特定的应用，可视需要制作各种构型的加热元件。因此，举例而言，一个特定构型的加热元件可以藉由在适当的诱型模具元件中注入陶瓷组成物(如陶瓷糊料)而制得。
本发明加热元件的尺寸可有很大的变化，且可依据加热元件的预定用途而选定。例如，优选加热元件的长度(图1B中的长度x)可适宜为约0.5厘米(cm)至约5厘米，更优选为约1厘米至约3厘米，加热元件的横截面宽度(图1B中的长度y)可适宜为约0.2厘米至约3厘米。
相似地，导电区和热区的长度也可适当地变化。具有图1A所描述构型的加热元件的第一导电区的长度(图1A中近端区16的长度)优选地可为0.2厘米至2厘米、3厘米、4厘米或5厘米或更长。更典型的第一导电区长度为约0.5厘米至约5厘米。热区电通路总长度(图1A中的长度f)可适宜为约0.2厘米至5厘米或更长。
在优选系统中，本发明加热元件的热区或电阻区在标称电压下加热至低于约1450℃的最高温度；在相当于约110％标称电压的高端电压下加热至低于约1550℃的最高温度；在相当于约85％标称电压的底端电压下加热至低于约1350℃的最高温度。
可使用各种组成物来制成本发明加热元件。通常优选的热区组成物包括两种或更多种以下组分：1)导电材料；2)半导体材料；3)绝缘材料。导电(冷)区和绝缘(散热)区可由相同的组分构成，但是这些组分分别以不同比例存在。典型的导电材料包括如二硅化钼、二硅化钨、及氮化物(如氮化钛)。典型的绝缘材料包括金属氧化物(如氧化铝)或氮化物(如AlN及/或Si3N4)。
此处提及的术语“电子绝缘材料”是指在室温下电阻率至少达到约1010欧姆·厘米(ohms-cm)的材料。本发明点火器的电子绝缘材料组分可仅仅或主要由一种或多种金属氮化物及/或金属氧化物所构成，或者绝缘组分也可含有除金属氧化物或金属氮化物以外的材料。例如，绝缘材料组分可另外含有氮化物(如氮化铝(AlN)、氮化硅或氮化硼)；稀土氧化物(如氧化钇)；或稀土氧氮化物。绝缘组分的优选外加材料为氧化铝(Al2O3)。
此处提及的半导体陶瓷(或半导体)是指室温下电阻率在约10至108欧姆·厘米之间的陶瓷。如果半导体组分占热区组成物的多于约45体积％(v/o)(导电陶瓷的体积百分比在约6至10％的范围内)，则所得组成物的导电性对于高压应用而言会变得太强(由于缺少绝缘体)。相反地，如果半导体材料占热区组成物的少于约10体积％(导电陶瓷的体积百分比在约6至10％的范围内)，则所得组成物的电阻率会变得太大(由于太多绝缘体)。再者，对于级别更高的导体，可能需要更多的绝缘体和半导体部分的电阻性混合物来达到理想电压。
此处提及的导体材料是指一种在室温下的电阻率低于约10-2欧姆·厘米的材料。如果导电组分的量占热区组成物的高于35体积％，则所得陶瓷的导电性会变得太强。导体通常选自由二硅化钼、二硅化钨、氮化物(如氮化钛)及碳化物(如碳化钛)组成的群组。通常优选为二硅化钼。
通常，优选热(电阻)区组成物包括a)约50至约80体积％的具有至少约1010欧姆·厘米电阻率的电子绝缘材料；b)约0(此时未使用半导体材料)至约45体积％的具有约10至约108欧姆·厘米电阻率的半导体材料；c)约5至约35体积％的具有低于约10-2欧姆·厘米电阻率的金属导体。
如前所讨论，本发明加热元件含有与热(电阻)区电性连接的电阻率较低的冷区，且其使得导线可接到点火器。优选冷区包括彼等由例如AlN及/或Al2O3或其他绝缘材料；视需要的半导体材料；以及MoSi2或其他导电材料所构成者。但是，相较于热区，冷区具有显著较高比例的导电材料(如MoSi2)。优选冷区组成物包括约15至65体积％的氧化铝、氮化铝或其他绝缘材料；以及约20至70体积％的MoSi2或其他导电材料及半导体材料，上述两组分的体积比为约1∶1至约1∶3。为易于制造，冷区组成物优选地由与热区组成物相同的材料所形成，但半导体材料和导电材料的相对用量较大。
虽然本发明特别优选的加热元件不具有如前所讨论的与第一导电区至少大部分长度接触的陶瓷绝缘体，但是在至少某些应用中，本发明加热元件可适当地包括非导电(绝缘或散热)区。
若使用时，该散热区可与导电区、或热区、或导电区及热区两者配对。优选地，经烧结绝缘区在室温下的电阻率至少为约1014欧姆·厘米，在操作温度下的电阻率至少为约104欧姆·厘米，其强度为至少150MPa。优选地，绝缘区在操作(点火)温度下的电阻率比热区电阻率至少高2个数量级。适当的绝缘组成物包括至少约90体积％的一种或多种氮化铝、氧化铝及氮化硼。
以下实施例揭示优选的加热元件陶瓷材料。
本发明加热元件可用于多种应用装置，包括气相燃料点火应用装置，如熔炉和烹饪器具、墙式烘炉、锅炉和顶燃式火炉。本发明加热元件尤其可作为用于顶燃式气体燃烧器和燃气炉的点火源。
在本发明的一个优选方面中，可将本发明的加热元件设计成及/或用作电阻点火器元件，该元件与为人所熟知的电热塞(glow plug)加热元件是不同的。除此之外，使用频繁的电热塞通常加热至相对较低的温度，如最高温度为约800℃、900℃或1000℃，因此只加热一定量的空气而不是直接点燃燃料，而本发明优选的点火器可提供例如至少为约1200℃、1300℃或1400℃的最高温度，以直接点燃燃料。本发明优选的点火器也不需如同通常使用电热塞系统一样对该元件或其至少一部分进行气密密封以提供气体燃烧室。更进一步地，本发明许多优选的点火器可在较高线电压(line voltage)使用，例如超过24伏的线电压，如60伏或更高、或120伏或更高的线电压，包括220伏、230伏和240伏，而电热塞通常只能在12伏至24伏的电压下使用。
本发明加热元件亦特别适用于依靠液体(湿)燃料(如煤油、汽油)挥发点火的点火方式，如用于对车辆(如汽车)先进加热的车辆加热器。
在其他优选方面，加热元件适当地用作电热塞，如用作机动车的点火源。
加热元件适用于其他特定应用装置，包括用作红外线加热器的加热元件。
以下列举非限制性的实施例说明本发明。此处提及的所有文献的全部内容皆并入此处作为参考。
实施例1：点火器的制作
将以下材料混合以提供用于经由注塑压模制作加热元件的导电组成物：30体积％的MoSi2、7体积％的SiC和63体积％的Al2O3，以陶瓷材料的重量为基准计为2至3重量％的聚乙烯醇和0.3重量％的甘油。
将以下材料混合以提供用于经由注塑压模制作加热元件的绝缘组成物：10体积％的MoSi2、90体积％的Al2O3，以陶瓷材料的重量为基准计为2至3重量％的聚乙烯醇和0.3重量％的甘油。
将以下材料混合以提供用于经由注塑压模制作加热元件的电阻热区组成物：25体积％的MoSi2、5体积％的SiC和70体积％的Al2O3，以陶瓷材料的重量为基准计为2至3重量％的聚乙烯醇和0.3重量％的甘油。
三种组成物各者中，Al2O3的平均粒径为1.7微米。组成物中不含烧结助剂，如氧化钇或其他此等材料。
将上述三种具有不同电阻率的组成物分别装入共注塑模具的个别槽中。第一次注射时，将半圆柱形的空穴以绝缘糊料填满，使绝缘糊料从空穴挤压成型，制得图1所示的具有一般构型内部绝缘区的棒状点火器元件。从第一个空穴中取出该部件，将其置入第二个空穴中，第二次注射时以导电糊料填满由第一次注射成型的部件以及第二个空穴壁芯所限定的体积。再从第二个空穴中取出该部件，将其置入第三个空穴中，第三次注射时以电阻(热区)糊料填满该部件的顶部。然后于室温将如此所模制得的棒状部件在有机溶剂中部分地去除粘结剂，将所添加的10至16重量％溶去其10重量％。然后在流动的惰性气体(N2)中，将该部件于300至500℃加热去除粘结剂60小时，以除去残留的粘结剂。
经去除粘结剂的棒状部件经由使用气相烧结的二阶制程进行压实。因此，将棒状部件置于气相烧结炉中，炉中充满氩气，气压为150英镑/平方英寸。炉温维持在1725℃约1.5小时。然后将该炉冷却至室温，再升高压力至3000英镑/平方英寸，温度维持在1725℃约2小时。然后将该炉冷却至室温。处理后的棒状部件的密实度高于98％。将密实的元件与24伏的电源相连，热区便达到约1300℃的温度。
本发明已参照其特定具体实施例予以详细说明。但是应了解，所属领域的技术人员可由本说明书所揭示之内容而在本发明的精神及范畴之内进行修饰与改进。

Claims (20)

1、一种电阻陶瓷加热元件，包含：
在烧结之前，一种或多种平均粒径为2.5微米或更小的陶瓷材料。
2、根据权利要求1所述的加热元件，其中，该加热元件在烧结之前包含一种或多种平均粒径为2.5微米或更小的金属氧化物。
3、根据权利要求1所述的陶瓷加热元件，其中，该加热元件在烧结之前包含平均粒径为2.5微米或更小的氧化铝。
4、根据权利要求1所述的加热元件，其中，该一种或多种陶瓷材料的平均粒径为2微米或更小。
5、根据权利要求1所述的加热元件，其中，该一种或多种陶瓷材料的平均粒径为1.5微米或更小。
6、一种制造电阻加热元件的方法，包括：
在第一压力下处理陶瓷组成物；然后
在高于该第一压力的第二压力下处理该陶瓷组成物，以压实该陶瓷组成物。
7、根据权利要求6所述的方法，其中，在该第一压力下进行处理之前，该陶瓷组成物包含一种或多种平均粒径为2.5微米或更小的陶瓷材料。
8、根据权利要求6所述的方法，其中，在该第一压力下进行处理之前，该陶瓷组成物包含一种或多种平均粒径为2.5微米或更小的金属氧化物。
9、根据权利要求6所述的方法，其中，在该第一压力下进行处理之前，该陶瓷组成物包含平均粒径为2.5微米或更小的氧化铝。
10、根据权利要求6所述的方法，其中，该第一压力和第二压力相差至少1000英镑/平方英寸。
11、根据权利要求6所述的方法，其中，该第二压力为约5000英镑/平方英寸或更小。
12、根据权利要求6所述的方法，其中，该第一压力为约1000英镑/平方英寸或更小。
13、根据权利要求6所述的方法，其中，该第一压力为约250英镑/平方英寸或更小。
14、根据权利要求6所述的方法，其中，该第一压力和第二压力应用于气相烧结过程。
15、根据权利要求6所述的方法，其中，该陶瓷点火元件由具有少于10体积％碳化硅的组成物所形成。
16、根据权利要求6所述的方法，其中，该陶瓷点火元件包含两种或多种电阻率不同的区域。
17、根据权利要求6所述的方法，其中，该陶瓷点火元件包含三种或多种电阻率不同的区域。
18、一种陶瓷点火元件，由权利要求6所述的方法制得。
19、一种点燃气体燃料的方法，包括在权利要求18所述的点火器中通入电流。
20、一种加热装置，包括权利要求18所述的点火器。
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