CN1160530C - 具有更高抗氧化性的新颖陶瓷点火器及其使用方法 - Google Patents

具有更高抗氧化性的新颖陶瓷点火器及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于发夹形陶瓷点火器的支承区。该支承区含有AlN和SiC，较好含氧化铝。

Description

具有更高抗氧化性的陶瓷点火器及其使用方法
陶瓷材料的点火器已在煤气炉、取暖器和衣物烘干机领域取得很大成功。陶瓷点火器通常为发夹形或U型，包括导电的末端部分和高电阻的中段部分。当点火器的末端与通电的导线连接时，高电阻部分(即“加热区”)温度升高。
陶瓷点火器领域中早已知道，发夹形点火器还包括位于电阻支脚之间用于支承的非导电陶瓷插件。JP-A-02094282具体揭示了具有SiC/ZrB2电阻支脚和位于所述电阻支脚之间的AlN绝缘插件(或称“支承区”)。JP-A-02094282还揭示了在AlN插件中加入BN，使两个区域的热膨胀系数(″CTE″)相匹配。同样，美国专利5,191,508(″Axelson″)揭示了具有“非导电”插件的发夹形点火器，并指出这种插件应由单种材料(如氧化铝、氮化铝、氧化铍)制成。上述的每种材料都是绝缘材料。美国专利4,634,837(″Ito″)揭示了具有Si3N4/MoSi2基加热区和Si3N4/Al2O3插件的陶瓷点火器。
本领域也揭示了导电丝嵌入绝缘陶瓷材料中的陶瓷点火器。例如，美国专利4,912,305(″Tatemasu″)揭示了嵌入Si3N4/Al2O3/Y2O3陶瓷体的钨丝。美国专利4,804,823(″Okuda″)揭示了TiN或WC导电陶瓷层(也含有Si3N4)置于AlN或Si3N4陶瓷基底中的陶瓷点火器。Okuda也揭示了上述的基底还可含有烧结助剂，如元素周期表中第IIa或IIIa金属或铝的氧化物、氮化物或氮氧化物。参见该专利第7栏50-55行。
虽然发夹形点火器中的插件材料一般是高度绝缘的，但也有插件包含一些导电组分(如MoSi2)和/或半导电组分(如SiC)的实例。例如，JP-A-02086(″JP’086″)揭示了插件的主要成分是碳化硅。然而，研究表明，含有SiC和导电材料(如铝)的第一种材料与含有99％以上SiC的第二种材料的高温电阻性在高温下倾向于相同。因此，如果将这些材料分别用于同一点火器中的加热区和插件，就很可能通过插件材料发生短路。在另一个实例中，美国专利5,233,166(″Maeda″)揭示了具有嵌入陶瓷基底中的加热区的点火器。上述的陶瓷基底含有氮化硅、8-19％稀土氧化物、2-7％氧化硅和7-20％MoSi2。Maeda指出要避免产生氧化铝超过1％重量的玻璃相。
美国专利5,801,361(Willkens’361)揭示了一种用于高压用途(220-240伏)的陶瓷点火器。在这种陶瓷点火器中，常规的发夹形加热区由支脚间和支承区附近支脚外的陶瓷材料支承。Willkens’361也指出这种支承区材料应为绝缘的(即其电阻至少应为106欧姆-厘米)，且较好应含有至少90％体积氮化铝、氮化硼和氮化硅中的一种材料。Willkens’361还揭示，这种支承区材料不仅应有与加热区相容的热膨胀性和致密程度，而且还应有助于保护加热区免受氧化(即30000个使用周期后安培数降低小于10％)。在相应于Willkens’361的WIPO公告中，支承区材料的建议电阻率为108欧姆-厘米。
然而，虽然Willkens’361的点火器达到了高压用途所需的性能规范，但连续使用这种点火器表明在一个主要由氮化铝(AlN)构成的一个支承区中有明显的长期使用上的缺陷。更具体地说，在长期使用试验中，这种点火器的电阻明显增大。另外，这些支承区在制造过程中遇到致密化上的问题(可能由于热膨胀不匹配)。最后，Willkens’361在一个实施例中观察到加热区(它的室温电阻率为0.3欧姆-厘米)的白热辉光逐渐变弱，他认为这种渐变是由流过氮化铝基插件的电流引起的。
美国专利5,786,656(Willkens’565)揭示了另一种陶瓷点火器，在该点火器的两条平行支脚之间有一个支承区(或“插件”)。Willkens’565将该插件称为“电绝缘散热器”或“不导电散热器”，它的电阻率较好至少约为104欧姆-厘米。该插件的组成较好至少含90％体积的氮化铝、氮化硼和氮化硅中至少一种材料，但更好基本上会由氮化铝、氮化硼和氮化硅中至少一种材料构成。
然而，虽然现已发现Willkens’565的点火器具有给人深刻印象的速度，但在1300℃左右的温度下长期使用后损坏的百分数相当大。
因此，存在一种对氮化铝基支承区的需求，这种支承区不会改变点火器的电学特性，在使用过程中不会产生氧化问题，且在其制造过程中不会涉及致密化和机械加工上的问题。具体地说，存在一种对支承区的需求，这种支承区应能解决Willkens’565中所述点火器的上述问题。
为了发现AlN基支承区(或“插件”)材料这种不能接受的氧化的原因，本发明人进行了广泛研究，并发现在AlN表面上有大面积和附着较松的氧化铝层。由于氧化铝的热膨胀系数比AlN高得多，且AlN的氧化也产生6％的体积膨胀，所以认为是AlN插件材料的氧化(即产生氧化铝)引起插件的开裂，是长期使用时发生故障的原因。
同时，本发明人也研究了具有常规AlN-SiC-MoSi2加热区组成的常规点火器。这种点火器不发生与长期氧化有关的相似故障。发现在长期使用后这些常规加热区上附着有含大量富铝红柱石(组成为3Al2O3-2SiO2)的表面层。与氧化铝不同，富铝红柱石的热膨胀系数与AlN更相匹配，所以仅产生小的体积变化。因此，虽然不想受某种理论的束缚，但可以认为产生富铝红柱石表面层是AlN基插件材料成功的关键。
鉴于上述发现，曾经认为在AlN插件材料中加入2-40％体积碳化硅，就可以产生所需的富铝红柱石层。随后对这种组合物的制造和试验果然证明了存在所需的内聚富铝红柱石层。因此，可以认为加入足量的碳化硅，在AlN插件的表面产生附着良好的富铝红柱石层，就可以明显改善AlN基插件的氧化问题。
鉴于本领域中关于常规绝缘器系统已知特性的情况，发现AlN-SiC插件材料能够适用，这是令人惊奇的。因为关于AlN，在Willkens ’361中已知基本上由AlN构成的绝缘器会产生不能接受的氧化；关于SiC，已知基本上SiC构成的支承区在高温下会产生不能接受的电流短路现象；因此，曾经非常担心含有显著量这两种化合物的混合物会产生不能接受的氧化和/或短路。但事实上发现，这种新的支承区不仅提供了合格的抗氧化性，而且还没有短路。
因此，本发明提供一种陶瓷点火器。它包括：
(a)一对导电端，
(b)位于冷端之间的陶瓷加热区，
(c)上面放有加热区的支承区，
上述的支承区含有：
(a)约50-80％体积氮化铝，
(b)约2-40％体积碳化硅。
图1是一个优选的实施方式，其中优选的点火器是发夹形的，它包括由电阻加热区11电连接的两条导电支脚9和13，导电支脚13以相同的方向由加热区伸出，插件19位于导电支脚13之间。
一般来说，支承区含有50-80％体积的氮化铝作为绝缘相。如果支承区含有少于50％体积的AlN，支承区的导电性太高，会有短路的危险。如果支承区含有多于80％体积的AlN，则一般存在氧化性增大的危险。
一般来说，支承区还含有2-40％体积的碳化硅。如果支承区含有少于2％体积的碳化硅，则没有足量的反应物来形成富铝红柱石，且该支承区也容易发生氧化。如果该支承区含有多于40％体积的这个相，即使形成的陶瓷支承区仅是中等导电的(即半导体)，一般也会有高温短路的危险。碳化硅具有足够的含硅量来形成所需的富铝红柱石涂层，而且其导电不是很大，所以当插件中碳化硅含量约低于40％体积时不会在形成的复合材料插件中引起短路。
在某些优选的实施方式中，碳化硅占支承区的10-40％体积，较好约占20-40％体积。
在一些较好与Willkens’565中所述的MIM设计合用的实施方式中，插件含有20-35％体积的SiC，较好含有25-35％体积的SiC。
在一些本发明插件材料与Washburn型导电(冷)区和加热区相匹配的实施方式中，插件材料的热膨胀系数可能太低。例如在一个实验中发现，当基本上由70％AlN和30％SiC构成的插件材料与含有20％AlN、60％SiC和20％MoSi2的导电区充分接触时，会发生开裂。可以认为，这种损坏是由插件和导电区之间热膨胀系数不匹配引起的。随后在插件中加入了大约10％氧化铝，结果成功地达到了致密化。因此，在一些实施方式中，支承区还可含有2-20％体积热膨胀系数至少为6×10-6/℃的高热膨胀系数陶瓷。高热膨胀系数陶瓷较好是氧化铝。在一些插件与含有20％AlN、20％MoSi2和60％SiC的导电区充分接触的实验中，仍有相当数量含5％氧化铝的插件发生开裂，而基本上所有含10％氧化铝的插件没有发生开裂。因此，在有些实施方式中，插件较好含有5-15％氧化铝，更好含有8-15％体积的氧化铝。氧化铝有益于插件组合物的发现是令人惊奇的，因为Maeda指出的是在插件中加入几个百分数以上的氧化铝会产生不合需要的玻璃相。
在插件中SiC量较低(如少于25％体积SiC)的一些实施方式中发现，在插件中再加入少量二硅化钼有助于增加抗氧化性。因此，在一些实施方式中，支承区还可含有1-4％体积的MoSi2，特别是在SiC含量较低的情况下。由于MoSi2对支承区抗氧化性的这种有利影响，可以假定在一些含有1-4％体积MoSi2的实施方式中，只需10％这样少的SiC就可产生所需的抗氧化性。因此，在一些优选的实施方式中，插件含有10-25％体积SiC(更好10-20％体积SiC)和1-4％体积MoSi2。加入MoSi2还发现会改变插件的颜色。因此，如果需要一种有特色的颜色，以不使用MoSi2为好。
另外，还发现使用二硅化钼会产生不同类型的氧化物层。具体地说，在含有MoSi2的支承区中产生的氧化物也含有富铝红柱石，但比由AlN-SiC-Al2O3支承区产生的氧化物层更薄，附着性更高。而且，通过加入MoSi2产生的层似乎在本质上更接近于由常规Washburn加热区产生的层。
还可以认为，二硅化钨可以起到与MoSi2相同的作用。因此，在一些实施方式中，支承区还含有：
(c)1-4％体积的金属导体，它选自二硅化钼、二硅化钨及其混合物。
还可以认为，本发明的某些支承区可以使用新的组合物。为此，本发明还提供一种致密的多晶陶瓷。它包括(较好由下列组分组成)：
a)50-80％体积氮化铝，
b)10-40％体积SiC，
c)8-15％体积氧化铝。
本发明还提供一种致密的多晶陶瓷。它包含(较好由下列组分组成)：
a)50-80％体积氮化铝，
b)10-25％体积SiC，
c)8-15％体积氧化铝
d)1-4％体积二硅化钼。
较好的是，导电陶瓷区和加热区构成了具有一对支脚的发夹，上述的支承区位于两个支脚之间，界定着一段接触长度，支承区基本上沿支脚接触着导电区，而基本上在顶部接触着加热区。这是Willkens 5,786,565基本上所述的设计(该专利的说明书全部参考结合于本发明中)，一般称为MIM设计。这种MIM设计中支承区和冷区之间的接触一般至少占接触长度的80％。
还可以认为，使用发夹形MIM点火器设计也有助于减轻氧化/短路的问题。在常规的发夹-插件系统中，加热区横跨于发夹的两条支脚区域的很大一部分，且与加热区之间的插件相比具有较高的电阻率。由于这些区域的相对电阻率不是很高(约为10倍)，一部分电流可能通过绝缘体从一个加热区流到另一个加热区。而在MIM设计中，导电区基本上横跨于两个整条支脚之间。由于这些区域的相对电阻率一般高得多(约为1000倍)，流过绝缘体的电流就少得多。
另外，由于MIM设计的加热区基本上仅位于发夹的顶部，所以只有插件的较小部分接触到高温，从而减少了被氧化的可能。
虽然不想受理论的束缚，但可以在操作电压低于Willkens’361所用的24伏的系统中使用本发明的插件组合物，有利于基本上避免通过AlN基插件的短路现象。
由于绝缘体和加热区都有一定电阻，只要点火器元件的使用电压低，可以防止经过绝缘体的短路现象。
是加热区提供加热作用来对煤气点火的。在一些优选的实施方式中，采用美国专利5,045,237中所述的氮化铝、二硅化钼和碳化硅这些组分的含量，这些美国专利说明书的全部内容参考结合于本发明中。如Washburn专利所述，AlN-SiC-MoSi2体系是一种适应性很大的体系，能制成电阻率为0.001-100欧姆-厘米的点火器。这些加热区在1000-1500℃温度范围内的电阻率一般为0.04-100欧姆-厘米，较好为0.2-100欧姆-厘米。
这种加热区一般含有：
(a)约50-75％体积的氮化铝，
(b)约13-45％体积的半导体材料，选自碳化硅、碳化硼以及它们的混合物，
(c)约8.5-14％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨、碳化钨、氮化钛以及它们的混合物。
在使用Willkens’565所述MIM点火器的用途中，加热区较好含有约50-75％体积氮化铝、8.5-14％体积MoSi2和13-45％体积SiC，横截面为0.0015-0.0090英寸2，电路长度不超过0.5厘米。加热区更好含有约60-70％体积氮化铝、10-12％体积MoSi2和20-25％体积SiC，横截面为0.0030-0.0057英寸2，电路长度为0.050-0.200厘米。加热区最好含有约64％体积氮化铝、11％体积MoSi2和25％体积SiC，横截面为0.0045-0.0051英寸2，电路长度为0.075-0.125厘米。
致密化加热区时所用的原料粉末和晶粒的粒度较好类似于Washburn专利中所述的粒度。在某些实施方式中，致密体中加热区组分的平均晶粒大小(d50)如下：a)电绝缘材料(即AlN)：约为2-10微米；b)半导体材料(即SiC)：约为1-10微米；c)金属导体(即MoSi2)：约为1-10微米。
导电端9和13提供了与引线电连接的装置。它们较好也含有AlN、SiC和MoSi2，但导电材料和半导体材料(即SiC和MoSi2)所占的百分数明显高于优选的加热区组合物。因此，它们的电阻率一般比加热区小得多，且不会加热到加热区的温度。导电陶瓷区较好含有：
(a)约15-60％体积的氮化铝，
(b)约20-65％体积的半导体材料，选自碳化硅、碳化硼以及它们的混合物，
(c)约15-50％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨、碳化钨、氮化钛以及它们的混合物。
这种导电陶瓷区更好含有约20％体积氮化铝、约60％体积碳化硅和约20％体积二硅化钼。在一些优选的实施方式中，导电端9和13的尺寸为0.05厘米(宽度)×4.2厘米(深度)×0.1厘米(厚度)。在另一些实施方式中，导电金属可以放在发热材料和加热区上，形成导电支脚。
在一些实施方式中，导电陶瓷区和加热区构成了具有一对支脚的发夹，支承区位于两个支脚之间，界定着一段接触长度。支承区基本上沿支脚接触(i)导电区，而基本上在顶部接触(ii)加热区。支承区和冷区之间的接触至少占接触长度的80％。
图1中EPL所示的加热区，其电路长度小于0.5厘米。插件材料19制成插件，与加热区接触并基本上充满导电支脚之间加热区11以下的其余空间。当一对引线50和51连接到导电端9和13上后，施加电压，电流就由第一引线50流到第一导电支脚9，流过加热区11(使加热区的温度升高)，然后流过第二导电支脚13，经第二引线51流出。
在优选的实施方式中，插件的尺寸为4.0厘米(深度)×0.25厘米(宽度)×0.1厘米(厚度)。
陶瓷元件的加工(即生坯加工和烧结条件)以及由致密陶瓷制造点火器可以按任何常规方法进行。一般来说，这些方法基本上按Washburn专利进行。在优选的一些实施方式中，按美国专利5,191,508(″Axelson专利″)所述的方法通过在玻璃介质中热静等压制将层压件生坯致密化。这种致密化处理产生加热区密度至少达到95％(较好至少99％)理论密度的的陶瓷体。
本发明的点火器可用于许多用途，包括气相燃料点火用途，如火炉和烹饪器具、基板加热器、锅炉和火炉顶。一般来说，本发明提供一种使用陶瓷加热表面点火器的方法，它包括如下步骤：
a)提供本发明的点火器，
b)在上述点火器的导电陶瓷端之间施加电压，使加热区进行电阻加热，此时在支承区表面上形成富铝红柱石保护层。
实施例I
本实施例检查各种用作支承区插件的组合物的适用性。
以适当的比例混合好选用的粉末，然后将所得的混合物压实成试样生坯，制成表I所示的陶瓷组合物。然后通过玻璃封装的热等静压制和喷砂清除，将这些试样生坯致密化至理论密度的至少约99％。
有四个标准可用判断适用性。第一个标准是25℃测量的电阻率。为了确保流过发夹形点火器的电流不会偏离需要通过导电区和电阻区的途径，需要采用高电阻率的插件。如果这种材料在25℃时的电阻率至少为2兆欧姆，则判定为“优秀”。如果这种材料在25℃时的电阻率不超过0.5兆欧姆，则判定为“不合格”，因为使用这种不合格材料会提高短路的可能性。
第二个标准是抗氧化性。它是在1425℃进行18小时静态氧化试验测得。氧化膜厚度不超过30微米的插件判定为“优秀”，而氧化膜厚度达到80微米以上的插件判定为不合格。
第三个标准是热膨胀系数。每种材料的热膨胀系数用混合计算规则进行估算。热膨胀系数为5.3-5.5×10-6/℃的材料判定“良好”，因为当与常规“Washburn″导电区(其热膨胀系数约为5.4×10-6/℃)匹配时，这种材料在致密化后冷却时不会开裂。
第四个标准是颜色匹配。它是与常规Washburn电阻区对比目测来进行评价。在有些用途中，需要使插件的颜色与电阻区的颜色匹配，而在另一些用途中，需要提供有明显反差的颜色。
对下表的分析表明许多优选的范围。
首先，下表清楚地表明，为了提供与Washburn型导电区正确的热膨胀系数匹配，需要加入显著量的氧化铝。试比较例1-5和6-10。可见支承区较好含有2-20％体积氧化铝，更好含有8-15％体积氧化铝。
                                                   表I
    AlN     Al2O3   SiC     MoSi2     电阻率 氧化    CTE(理论)     色匹配
    85     5   15     0     优秀 不合格    良好     否
    75     5   20     0     优秀 不合格    良好     否
    70     5   25     0     优秀 合格    良好     否
    75     10   15     0     优秀 不合格    良好     否
    70     10   20     0     优秀 良好    良好     否
    80     0   20     0     优秀 不合格    不合格     否
    70     0   30     0     良好 良好    不合格     否
    60     0   40     0     不合格 优秀    不合格     否
    78     0   20     2     良好 优秀    不合格     是
    76     0   20     4     不合格 优秀    不合格     是
其次，上表表明加入二硅化钼不仅有益于颜色，而且有利于获得最佳的抗氧化性。比较例9-10和1-8。也很清楚，当加入4％体积以上时会不适当地增大插件的电绝缘性。因此，在一些实施方式中，插件较好含有1-4％体积二硅化钼。
关于SiC，上表表明电阻率和抗氧化性之间存在一种折衷情况。当加入至少20-30％体积SiC时，插件的抗氧化性一般良好(显示SiC形成富铝红柱石的能力)，但使用少于40％体积SiC时电阻率一般较好。因此，在大多数实施方式中，SiC的含量宜为20-35％体积，较好为25-35％体积，特别是在插件基本上由上述三种组分构成时。
上表也表明，加入少量二硅化钼对插件的抗氧化性产生明显有益的效果，所以可以降低SiC的用量，并为插件提供合适的区别性颜色。因此，在SiC含量不超过25％体积(较好为10-25％体积)的含AlN-SiC-MoSi2体系中，MoSi2的含量较好为1-3％体积。
实施例II
本实施例表明本发明点火器优异的抗氧化性。
基本上按Willkens’565的图5中所示的设计制备层压件生坯。将含70.8％AlN、20％体积SiC和9.2％体积MoSi2的加热区粉末混合物放在含60％体积AlN、30％体积SiC和10％Al2O3的电绝缘散热粉末混合物的近旁。将含有上述两种混合物的复合粉末热压形成坯段，然后切成图5所示的坯板24。上述热压的坯段的加热区部分的密度约为理论密度的65％，而AlN部分的密度约为理论密度的65％。热压含20％体积AlN、60％体积SiC和20％体积MoSi2的粉末混合物，形成密度约为65％理论密度的坯段，然后由该坯段切成图5所示的板坯21和32，这就制成作为导电端的板坯。按图5所示的方式，层压上述板坯，然后在1800℃左右玻璃封装热等静压制1小时进行致密化，形成具有原位形成的第二电阻部分的陶瓷块。然后将此陶瓷块横切，制成许多尺寸为1.5″×0.150″×0.030″(3.81厘米×0.381厘米×0.076厘米)的热表面元件。所得加热区包括深度约0.125cm的第一电阻部分和深度约0.05厘米的原位形成的第二电阻部分。加热区(EPL)的长度和厚度分别约为0.25厘米和0.076厘米。
将合适的引线连接到热表面元件的导电部分，施加30伏左右。加热区在两秒不到的时间内达到1300℃左右的温度。
为了试验新支承区的抗氧化性，对点火器施加18伏20000周期的能量，每个周期由30秒钟“接通”期和30秒钟“断开”期构成。试验后，测量氧化物层厚度来分析支承区表面的氧化情况。发现氧化物厚度约为50微米。这个厚度是在Willkens’565中所述支承区上测得的氧化物厚度的七分之一至十分之一。
对比例I
制备含有约9％体积氮化硅、10％体积氧化铝和81％体积氮化铝的支承区。然而，含有该区和相邻导电区的点火器板在致密化过程中裂开了。可以认为，这种板开裂的原因是支承区和相邻导电区之间热膨胀系数不匹配的缘故。由于氮化硅的热膨胀系数很低(3.4×10-6/℃)，可以断定在支承区中使用氮化硅把支承区总的热膨胀系数降低到不合需求的值。
对比例II
制备含约96％AlN和4％氧化铝的支承区。然而，发现该支承区的抗氧化性是不可接受的。

Claims (28)

1.一种陶瓷点火器，它包括：
(a)一对导电陶瓷端，
(b)位于导电陶瓷端之间的陶瓷加热区，
(c)上面放有加热区的支承区，
上述的支承区含有：
(i)50-80％体积氮化铝，
(ii)2-40％体积碳化硅。
2.如权利要求1所述的点火器，其特征在于碳化硅占所述支承区的10-40％体积。
3.如权利要求2所述的点火器，其特征在于碳化硅占所述支承区的20-40％体积。
4.如权利要求2所述的点火器，其特征在于碳化硅占所述支承区的20-35％体积。
5.如权利要求2所述的点火器，其特征在于所述的支承区还含有2-20％体积热膨胀系数至少为6×10-6/℃的热膨胀系数大的陶瓷。
6.如权利要求5所述的点火器，其特征在于所述的热膨胀系数大的陶瓷是氧化铝。
7.如权利要求6所述的点火器，其特征在于所述的氧化铝占所述支承区的5-15％体积。
8.如权利要求6所述的点火器，其特征在于所述的氧化铝占所述支承区的8-15％体积。
9.如权利要求6所述的点火器，其特征在于该对陶瓷端形成导电陶瓷区，所述导电陶瓷区和加热区构成了具有一对支脚的发夹，且所述支承区位于两个支脚之间，界定着接触长度，所述支承区基本上沿支脚接触导电区，而基本上在顶部接触加热区。
10.如权利要求9所述的点火器，其特征在于所述支承区和导电陶瓷区之间的接触至少占接触长度的80％。
11.如权利要求10所述的点火器，其特征在于所述的导电陶瓷区含有：
(a)15-60％体积的氮化铝，
(b)20-65％体积的半导体材料，选自碳化硅、碳化硼以及它们的混合物，
(c)15-50％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨、碳化钨、氮化钛以及它们的混合物。
12.如权利要求11所述的点火器，其特征在于所述的加热区含有：
(a)50-75％体积的氮化铝，
(b)13-45％体积的半导体材料，选自碳化硅、碳化硼以及它们的混合物，
(c)8.5-14％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨、碳化钨、氮化钛以及它们的混合物。
13.如权利要求6所述的点火器，其特征在于所述的支承区还含有1-4％体积二硅化钼。
14.如权利要求1所述的点火器，其特征在于所述的加热区含有：
(a)50-75％体积的氮化铝，
(b)13-45％体积的半导体材料，选自碳化硅、碳化硼以及它们的混合物，
(c)8.5-14％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨、碳化钨、氮化钛以及它们的混合物。
15.如权利要求14所述的点火器，其特征在于所述的加热区含有：
(a)50-75％体积的氮化铝，
(b)13-45％体积的碳化硅，
(c)8.5-14％体积的二硅化钼。
16.如权利要求15所述的点火器，其特征在于所述的支承区含有10-40％体积SiC。
17.如权利要求16所述的点火器，其特征在于所述的支承区还含有2-20％体积热膨胀系数至少为6×10-6/℃的热膨胀系数大的陶瓷。
18.如权利要求17所述的点火器，其特征在于所述的热膨胀系数大的陶瓷是氧化铝。
19.如权利要求18所述的点火器，其特征在于所述的氧化铝占所述支承区的5-15％体积。
20.如权利要求2所述的点火器，其特征在于所述的支承区还含有：
(c)1-4％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨以及它们的混合物。
21.如权利要求20所述的点火器，其特征在于所述支承区的金属导电体含有1-4％体积二硅化钼。
22.如权利要求21所述的点火器，其特征在于所述的含硅陶瓷含有碳化硅，此碳化硅在所述支承区中占10-25％体积。
23.如权利要求1所述的点火器，其特征在于所述的导电陶瓷区含有：
(a)15-60％体积的氮化铝，
(b)20-65％体积的半导体材料，选自碳化硅、碳化硼以及它们的混合物，
(c)15-50％体积的金属导体，选自二硅化钼、二硅化钨、碳化钨、氮化钛以及它们的混合物。
24.如权利要求23所述的点火器，其特征在于所述的导电陶瓷区含有：
(a)20％体积氮化铝，
(b)60％体积碳化硅，
(c)20％体积二硅化钼。
25.一种陶瓷热表面点火器的使用方法，其特征在于它包括如下步骤：
a)提供陶瓷点火器，它包括：
(i)一对导电陶瓷端，
(ii)位于导电陶瓷端之间的陶瓷加热区，
(iii)上面放有加热区的支承区，所述的支承区含有50-80％体积氮化铝和2-40％体积碳化硅，
b)在所述点火器的导电陶瓷端之间施加电压，使加热区进行电阻加热，此时在支承区表面上形成富铝红柱石保护层。
26.一种致密多晶陶瓷，它包含：
a)50-80％体积的氮化铝，
b)10-40％体积的SiC，和
c)8-15％体积的氧化铝。
27.如权利要求26所述的陶瓷，它基本上由下列组分组成：
a)50-80％体积的氮化铝，
b)10-40％体积的SiC，和
c)8-15％体积的氧化铝。
28.一种致密多晶陶瓷，它由下列组分组成：
a)50-80％体积的氮化铝，
b)10-35％体积的SiC，
c)8-15％体积的氧化铝，和
d)1-4％体积的二硅化钼。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6582629B1 (en) * 1999-12-20 2003-06-24 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Compositions for ceramic igniters
US6278087B1 (en) * 2000-01-25 2001-08-21 Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. Ceramic igniters and methods for using and producing same
US6474492B2 (en) 2001-02-22 2002-11-05 Saint-Gobain Ceramics And Plastics, Inc. Multiple hot zone igniters
PT1366324E (pt) * 2001-03-05 2016-01-12 Coorstek Inc Dispositivos de ignição em cerâmica
FR2835565B1 (fr) * 2002-02-05 2004-10-22 Saint Gobain Ct Recherches Procede de gestion de moyens de decolmatage d'un filtre a particules
US6759624B2 (en) 2002-05-07 2004-07-06 Ananda H. Kumar Method and apparatus for heating a semiconductor wafer plasma reactor vacuum chamber
EP1812754A4 (en) * 2004-10-28 2012-02-22 Saint Gobain Ceramics CERAMIC IGNITER
WO2008127467A2 (en) * 2006-12-15 2008-10-23 State Of Franklin Innovation, Llc Ceramic-encased hot surface igniter system for jet engines
CA2700619A1 (en) * 2007-09-23 2009-07-09 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Heating element systems
WO2009085319A1 (en) * 2007-12-29 2009-07-09 Saint-Gobain Cermics & Plastics, Inc. Coaxial ceramic igniter and methods of fabrication
CA2711131A1 (en) * 2007-12-29 2009-07-09 Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. Ceramic heating elements having open-face structure and methods of fabrication thereof
EP2331876A4 (en) * 2008-09-18 2011-12-21 Saint Gobain Ceramics AIR HEATER WITH REPLACEMENT HEATER
US20110253696A1 (en) * 2010-03-17 2011-10-20 Hanagan Michael J Ceramic Heating Device
US9951952B2 (en) 2014-10-15 2018-04-24 Specialized Component Parts Limited, Inc. Hot surface igniters and methods of making same
EP3775693A4 (en) 2018-03-27 2021-12-22 SCP Holdings, an Assumed Business Name of Nitride Igniters, LLC. HOT SURFACE IGNITION DEVICES FOR COOKING PLATES
CN110536491A (zh) * 2019-09-25 2019-12-03 重庆利迈陶瓷技术有限公司 一种两层结构的陶瓷电热体及电烙铁

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6029518A (ja) * 1983-07-27 1985-02-14 Hitachi Ltd グロ−プラグ用ヒ−タ
JPS60216484A (ja) * 1984-04-09 1985-10-29 株式会社日本自動車部品総合研究所 セラミツクヒ−タ
US5045237A (en) * 1984-11-08 1991-09-03 Norton Company Refractory electrical device
CA1240710A (en) * 1984-11-08 1988-08-16 Malcolm E. Washburn Refractory composition and products resulting therefrom
JPS62158247A (ja) 1986-01-06 1987-07-14 Mitsubishi Gas Chem Co Inc テトラシアノキノジメタンの精製方法
US4804823A (en) * 1986-07-31 1989-02-14 Kyocera Corporation Ceramic heater
JPH01313362A (ja) * 1988-06-09 1989-12-18 Ngk Spark Plug Co Ltd セラミック発熱体およびその製造方法
JPH0294282A (ja) * 1988-09-29 1990-04-05 Hitachi Ltd セラミック発熱体
JP2804393B2 (ja) * 1991-07-31 1998-09-24 京セラ株式会社 セラミックヒータ
US5191508A (en) * 1992-05-18 1993-03-02 Norton Company Ceramic igniters and process for making same
CN1125270C (zh) * 1996-01-26 2003-10-22 圣戈本陶瓷及塑料股份有限公司 陶瓷点火器及其使用方法
US5786565A (en) * 1997-01-27 1998-07-28 Saint-Gobain/Norton Industrial Ceramics Corporation Match head ceramic igniter and method of using same

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