CN1256806A - 火花塞、用于火花塞的氧化铝基绝缘体及用于该绝缘体的生产方法 - Google Patents

火花塞、用于火花塞的氧化铝基绝缘体及用于该绝缘体的生产方法 Download PDF

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Abstract

在包括氧化铝作为主要成分的绝缘体中,把绝缘体中的Na成分作为Na2O设置在0.07至0.5wt%的范围内。尽管Na成分含量高到按常规一直认为超出了常识,但就该范围的Na成分含量而论,在高温下的绝缘电阻、机械强度等没有意外下降,并且能得到性能可与由Na成分含量比上述范围低的常规低苏打氧化铝制成的绝缘体相比较的绝缘体。结果,能使用成本比常规使用的低苏打氧化铝低得多的中苏打氧化铝和正常苏打氧化铝,来代替低苏打氧化铝,从而实现火花塞100的绝缘体2、和还有火花塞100的生产成本显著降低。

Description

火花塞、用于火花塞的氧化铝基绝缘体 及用于该绝缘体的生产方法
本发明涉及一种火花塞、其中使用的氧化铝基绝缘体及一种用于该绝缘体的生产方法。
在用于诸如汽车发动机之类的内燃机的火花塞中，耐热性优良的氧化铝(Al2O3)基材料从以前就一直用作其中的绝缘体。上述作为用于绝缘体的原料的氧化铝一般由拜耳法生产(下文称作拜耳氧化铝)。
拜耳法是一种其中在湿润状态下从铝土矿提取氧化铝的过程，铝土矿是自然出现的铝矿石，其中较高浓度的苛性钠(NaOH)水溶液用作提取剂。因此，由于如此得到的拜耳氧化铝包括至相当值的Na成分(苏打成分)，所以在按来料使用之前通常已经进行了苏打去除处理。根据苏打去除的等级把氧化铝分类成按如下用相应常用名表示的类别：Na成分含量小于0.1wt％的低苏打氧化铝、Na成分含量在0.1至0.2wt％量级的中苏打氧化铝及Na成分含量大于中苏打等级，例如为0.2wt％或更大量级的正常苏打氧化铝。
由于包括在氧化铝中的Na成分表示高离子传导性本质，所以当其含量过大时产生不便：绝缘电阻，特别是在500℃或更高高温下的绝缘电阻减小，或者高温下的机械强度变坏。因此，Na成分含量尽可能小的、在火花塞中使用的氧化铝基绝缘体按常规认为是其种类中最好的，并且常识是把Na成分含量设置在小到0.05wt％或更小的值。
如上所述，使用低苏打族的氧化铝用作原料是必不可少的，以便生产Na成分含量低的氧化铝基绝缘体。低苏打族的氧化铝是昂贵的，因为成本增大与必需进行的苏打除去过程步骤相对应，并且具有一个从原料观点出发氧化铝不是必须希望的方面。然而，在最近几年，伴随着向高功率汽车发动机的发展，甚至已经要求具有更高耐电压和更高耐热性的用于火花塞的绝缘体。结果，关于绝缘体中低Na成分含量的常识已经越来越牢固，并且现在的情形是这样的，通过低苏打氧化铝的使用造成成本增大到某一程度的观念不可避免地必须接收。
本发明的一个目的在于提供一种火花塞、一种绝缘体和一种用于绝缘体的生产方法，在该火花塞中使用以超出至今建立的与Na成分有关的常识之外的低成本可得到的绝缘体，而与现有绝缘体相比没有发现其性能下降。
本发明的火花塞包括：一个金属外壳，布置在一根中心电极外面；一根接地电极，布置成相对着中心电极；接地电极的一个端部，连接到金属外壳上；及一个绝缘体，安置在中心电极与金属外壳之间，并且该绝缘体围绕着中心电极的外面，其中
绝缘体包括作为主成分的氧化铝，并且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，及
在整个火花塞保持在约500℃下的同时通过使电流经过一个端子金属件与金属外壳之间的绝缘体测到的绝缘电阻是200MΩ或更高。
为了生产在上述火花塞中使用的绝缘体，一种用于本发明火花塞的氧化铝基绝缘体的生产过程是这样的：使用的氧化铝粉末包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.65wt％范围内的Na成分，并且在粉末颗粒表面层中的Na成分作为转换成Na2O的值在0.01至0.2wt％范围内；包括这样的氧化铝粉末作为主要成分的原料粉末形成规定绝缘体形状的半成品(一种粉末压制品)；及然后烧结半成品，以得到一种包括氧化铝作为主要成分且Na成分在0.07至0.5wt％范围内的绝缘体。应该注意，术语Na成分含量在下文中是指等效于如下描述中的Na成分含量的Na2O含量，除非另有说明。
本发明人对绝缘体中的Na成分含量已经进行了认真研究，并且发现了这样的事实：通过采用一种本发明特有的生产过程，用氧化铝粉末作为原料，在认为是缺少常识的Na成分含量的高组分范围内：在具体方式的描述中，氧化铝粉末包含作为转换成Na2O的值在0.07至0.65wt％范围内的Na成分含量，并且在粉末颗粒的表面层中，Na成分含量作为转换成Na2O的值在0.01至0.2wt％的范围内，这里能得到其性能可与包含比绝缘体的上述范围低的Na组分含量的常规绝缘体相比较的绝缘体，同时想不到的是没有减小在高温下的绝缘电阻和机械强度。在关于性能的详细方式描述中，包括该绝缘体的火花塞能保证200MΩ或更高的绝缘电阻，该电阻对于上述Na成分含量按常规认为是不可能获得的，其中以这样一种方式测量绝缘电阻，使整个火花塞保持在约500℃下，并且使电流通过一个端子金属件与一个金属外壳之间的绝缘体。
图10表示测量系统的一个例子。不仅一个直流恒压电源(例如，电源电压1000V)连接到火花塞100侧的一个端子金属件13上，而且一个金属外壳1侧接地。如此装配的火花塞100安置到加热炉中以在500℃下加热火花塞100，并且使电流通过火花塞100。例如考虑一种其中使用电流测量电阻器(电阻值是Rm)来测量施加电流的值Im情形，然后通过公式(VS/Im)-Rm能得到要测量的绝缘电阻Rx，其中VS是使电流通过所施加的电压(在图中，由一个差动放大器的输出测量施加的电流值Im，该放大器放大电流测量电阻器两端之间的电压差)。
用于本发明火花塞的绝缘体的第一种构造是这样的，绝缘体包括氧化铝作为主要成分，进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，并且在20℃下具有35kV/mm或更高的绝缘耐压。当使用包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.65wt％范围内的Na成分、和在粉末颗粒的表面层中Na成分作为转换成Na2O的值在0.01至0.2wt％的范围内的氧化铝粉末时，这里能实现具有这样一种绝缘耐压的绝缘体，该耐压可与其Na成分比本发明氧化铝粉末中的上述范围低的常规绝缘体的耐压相比较。
装配在火花塞中的绝缘体的绝缘耐压能以如下方式测量：如图9(a)中所示，一个接地电极从火花塞100的金属外壳1拆除，并且在这种状态下的金属外壳1的开口侧浸入在诸如硅油之类的液态绝缘体中，并由此通过液态绝缘体介质把绝缘体2与金属外壳1彼此绝缘，用该液态绝缘体介质填充介于绝缘体2的外侧表面与金属外壳1的内侧表面之间的空隙。在这种状态下，不仅通过高压电源把交流高电压或脉冲高电压施加在金属外壳1与中心电极3之间，而且施加电压(它以适当的放大率由一个分压器降低)的电压波形由一个示波器或类似装置记录。
然后，如图9(b)中所示，不仅从电压波形读出当发生通过绝缘体2的整体介电击穿时的电压(整体介电击穿电压)VD，而且从绝缘体2在由整体介电击穿引起的穿透孔处的厚度LD和整体介电击穿电压VD得到作为绝缘耐压的VD/LD的值，其中穿透孔的位置定义为其形成在绝缘体2的外表面上的开口中心。绝缘体2在穿透孔处的厚度LD这样定义，如图9(c)中所示，考虑垂直于作为包括开口中心OG的绝缘体2的轴线的中心线O的一段，通过该段上的两点OG和O画出一条直线P，以得到与绝缘体2的内侧表面的相交点K，并且然后得到一个线段KOG，并且对其长度测量以确定厚度LD。
下面，进行火花塞和其中使用的氧化铝基绝缘体的进一步详细描述。首先，通过把绝缘体中的Na成分含量设置在上述范围内，能采用作为原料的氧化铝粉末，其Na成分含量作为转换成Na2O的值高达0.07至0.65wt％(如果含量超过0.65wt％，则由此得到的绝缘体中的Na成分含量不能抑制成等于或小于0.5wt％)。结果，能采用能以低得多的成本获得的中苏打氧化铝、正常苏打氧化铝等，而不是常规使用的低苏打氧化铝，结果不仅是用于火花塞的绝缘体的生产成本的显著下降，而且能实现使用该绝缘体的火花塞。
为了把绝缘体中的Na成分含量限制为小于0.07wt％，必须使用诸如低苏打氧化铝之类的Na成分含量低的氧化铝粉末，这使得从原料成本的观点出发，不可能保证高于常规绝缘体的优越性。另一方面，当在绝缘体中Na成分含量超过0.5wt％时，绝缘体的绝缘电阻不足，这使对用于火花塞的绝缘体所要求的耐电压性能不能满足。在绝缘体中Na成分含量更希望选择成在0.07至0.25wt％的范围内。希望使用作为原料的氧化铝粉末，其Na成分含量作为转换成Na2O的值在0.07至0.3wt％的范围内。
作为在上述绝缘体的生产中使用的氧化铝粉末，能使用由拜耳法生产的氧化铝粉末。尽管拜耳法已经众所周知，但为了更好地理解下文将概述该方法：首先，把自然出现的铝矿石-铝土矿磨碎成粉末，并且然后使粉末在苛性钠水溶液中经受压力提取。根据基于Al元素两性特征的如下化学反应式(1)，把在矿石(例如，作为氧化铝基矿石的水铝矿或薄水铝矿)中的氧化铝成分在溶液中溶解成铝酸钠，并且与诸如Fe2O3、SiO2或TiO2之类的不溶残余物(红渣)分离。
…(1)
尽管提取条件根据氧化铝基矿石的种类而不同，但典型地，例如温度在120至300℃的范围内，而苛性钠的浓度在130至380g/l的范围内。从溶液中滤出不溶残余物以分离提取物，把提取物添有晶粒氧化铝，并且把苛性钠的浓度减小到在90至160g/l范围内的浓度。就这样的浓度减小而论，使提取物在35到80℃范围内的温度下在30至60小时范围的时段内经受化学式1的逆反应，以沉淀或沉积处于固态的氢氧化铝。如此得到的氢氧化铝与溶液分离，并且如有必要则进一步洗涤，及此后煅烧洗涤的氢氧化物以生产拜耳氧化铝。
本发明人已经进一步进行了认真研究，并且发现尽管由拜耳法生产的氧化铝粉末在粉末颗粒每个内部中包含Na成分，但因为通过苛性钠溶液的处理，每个粉末颗粒的表面区域具有浓度较高的Na成分。在粉末颗粒表面区域中的这样一种Na成分引起一个问题：在粉末颗粒表面区域每个中的Na成分，在烧结中通过与烧结助剂(以后描述的添加元素成分)熔化在一起形成玻璃相。玻璃相伴随有这样一个问题，因为该相由于Na成分固溶体的形成而减小电阻率，并且这样一种固溶体用作导电通道，这导致绝缘电阻下降和绝缘耐压的减小。
本发明人就这样一种问题进一步进行了认真研究，并且作为结果，发现优先使用的铝粉末是其颗粒在其表面区域中具有作为转换成Na2O的值在0.01至0.2wt％的范围内Na成分的颗粒。如果使用在表面区域中具有大于0.2wt％Na成分的氧化铝粉末颗粒，则有这样一种可能性，由此得到的绝缘体具有都不满足相应要求的绝缘电阻和绝缘耐压。为了把粉末颗粒每个表面区域中的Na成分(下文称作表面Na量)限制为小于0.01wt％，这里考虑两种方法，但是两种的任何一种都有缺点：在一种方法中，最终不得不使用诸如低苏打氧化铝之类的Na成分含量低的氧化铝，或者在另一种方法中，使用Na成分含量高的氧化铝粉末，并因此用于粉末颗粒每一个表面区域中的Na成分除去过程是复杂的，或需要长时间段，这使在原料成本方面高于常规绝缘体的优越性失去。在这方面，在颗粒表面区域中的Na成分含量希望在0.01至0.15wt％的范围内，或者在0.01至0.1wt％的范围内更好。
在每一个粉末颗粒的表面区域中的Na成分含量(表面Na量)是指以如下方式测量的值：首先，通过ICP原子发射光谱法、化学分析等测量在作为要测量的物体的氧化铝粉末中的Na成分的wt％总含量，并且把测量结果转换成Na2O中的值，其中转换值由WNa1指示。然后，把100克氧化铝粉末在90℃温度下保持浸入在100毫升的蒸馏水中1小时而不搅拌。此后，为了恢复把氧化铝粉末与蒸馏水分离，并且再次测量wt％的Na成分含量，且把测量结果转换成Na2O的值，其中转换值由WNa2指示。然后计算wt％的WNa1-WNa2的值，并且把该值当作存在于粉末颗粒每一个表面区域中的Na成分含量。
尽管通过煅烧由提取得到的氢氧化铝来生产拜耳氧化铝粉末，但在粉末颗粒每个的表面中的Na成分含量根据生产过程显著不同。例如，当煅烧氢氧化铝时，采取各种措施，从而使从氧化铝颗粒释放出的Na成分不扩散回氧化铝颗粒侧。作为一种典型措施，这里已知这样一种过程，其中使氯气流入煅烧的气氛中，并且把释放的钠成分以氯化钠的形式固定。然而，由于在该过程中，氯化钠作为反应物保持在氧化铝颗粒的表面上，所以即使在普通等级的水洗涤过程之后，氯化钠仍以相当的含量继续保持。另一方面，在另一种措施中，在与比氢氧化铝颗粒粗的硅石颗粒的混合物中煅烧氢氧化铝颗粒，由此，使在煅烧中释放的Na成分由硅石颗粒吸收，并且最后通过筛网或其他装置分离掉硅石颗粒。众所周知，显著减小了如此处理的氧化铝颗粒表面中的Na成分剩余量。因而，在使用拜耳氧化铝粉末的情况下，必须选择氧化铝粉末，从而不仅总Na成分而且表面Na量分别包括在对本发明的生产过程定义的范围内。如果粉末颗粒的表面Na量不可避免地超过上述定义范围，则重要的是，按需要用水(或酸清理)洗涤粉末，从而把表面Na量调节到落在上述范围内，并且然后使用如此洗涤的粉末。
转换成Al2O3中的相应等效值的绝缘体的Al成分含量(下文称作WAl)最好在85至95wt％的范围内调节。如果WAl小于85wt％，则绝缘体的机械强度和耐压的高温特性有时不足。WAl希望设置为90wt％或更高。然而，如果WAl超过98wt％，则在相对基础上过分减小烧结助剂的含量，并且由此在高致密状态下难以得到烧结后的绝缘体；例如，如果试图得到在较致密状态下的绝缘体，那么不能避免烧结中的温度升高，这必然伴有构成绝缘体的氧化铝颗粒的晶粒尺寸增长得较大，结果是与期望的相反，机械强度降低。因此，WAl最好调节成含量等于或小于98wt％。
然后，本发明火花塞的绝缘体的第二种构造是这样的，绝缘体包括氧化铝作为主要成分，进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，其中包括作为转换成Al2O3的值在95至98wt％的范围内的Al成分(WAl)。通过在95至98wt％的高氧化铝组分范围内调节WAl，能得到其绝缘电阻或耐电压特性同样优良的绝缘体，尽管包括在上述组分范围内的Na成分。而且，当使用作为有在上述范围内的表面Na量的原料的氧化铝粉末时，减小在玻璃层中的Na含量，并且能实现具有较高耐压的绝缘体。
本发明绝缘体的结构有99wt％或更多氧化铝含量的氧化铝基基质(matrix)相颗粒，作为主相；和一种形成在氧化铝基基质相晶粒的晶粒边界区域中的玻璃相。在这种情况下，当如上述那样使用具有低表面Na量的氧化铝粉末时，能把绝缘体中总Na成分含量在玻璃相中存在的Na含量WGNa的百分比(转换成Na2O的值)，控制在0.4至2wt％的范围内，这是便利的，以便保证绝缘电阻和绝缘耐压，并且同时对于降低原料成本是有效的。本发明火花塞的绝缘体的第三种构造是这样的，绝缘体包括氧化铝作为主要成分，进一步包括作为Na2O在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，其中包括作为转换成Al2O3的值在85至98wt％的范围内的Al成分(WAl)，其中绝缘体的结构有99wt％或更多氧化铝含量的氧化铝基基质相颗粒作为主相；和一种形成在氧化铝基基质相颗粒的晶粒边界区域中的玻璃相，并且在玻璃相中存在的Na成分含量WGNa在0.4至2wt％的范围内。
如果WGNa超过2wt％，则绝缘电阻和绝缘耐压有时都达不到相应要求。为了把WGNa减小到小于0.4wt％，必须使用Na成分含量低的氧化铝粉末，并因此不能保持原料成本对于常规绝缘体的优越性。应该注意，在本说明书中采用以如下方式近似计算的WGNa：抛光绝缘体表面，在抛光表面上用扫描电子显微镜(SEM)观察绝缘体的结构，并且使结构的画面经受图象分析，以测量氧化铝基基质的面积比(对应于体积比)，这由γA指示。然后，按玻璃相中Na成分重量的平均浓度，通过诸如电子探针微量分析仪(EPMA)、能量分散光谱仪(EDS)或波长分散光谱仪(WDS)之类的众所周知显微结构分析方法确定，并且在转换成Na2O的值之后作为NGNa得到。这时，假定绝缘体是仅包括氧化铝基基质相和玻璃相的材料，并且进一步假定绝缘体通过烧结以几乎完整的方式紧密堆积。当基于阿基米德原理等的一种方法测量的绝缘体的表观密度由ρ0指示(以g/cm3)，并且氧化铝基晶体颗粒的密度由ρ1指示(＝3.97g/cm3)时，按如下给出绝缘体每单位体积玻璃相的重量MG：
MG＝ρ0-ρ1·γA…(1)
因此，WGNa能由如下公式计算：
WGNa＝MG·NGNa×100
＝(ρ0-ρ1·γA)·NGNa×100(wt％)…(2)
应该注意，为了类似于上述的原因，在玻璃相中的Na成分浓度的平均值NGNa最好也设置在0.4至2wt％的范围内。
然后，在其中使用拜耳氧化铝粉末生产本发明的绝缘体的情况下，在普通的拜耳氧化铝粉末中，除不可避免地包括在拜耳氧化铝粉末中的杂质外，几乎不包括有除Na成分之外的碱金属成分(下文称作无碱金属成分)。因而，当使用这样的拜耳氧化铝粉末时，由此得到的在绝缘体中的无碱金属成分的总含量等于或小于0.05wt％作为氧化物，只要没有故意添加这样的成分。因为在除Na成分之外的碱金属成分中，Li或K具有减小耐压性能的可能性，所以便利的方法是实现一种高耐压绝缘体，该绝缘体使用没有包括这样的成分的拜耳氧化铝粉末。
本发明绝缘体的第四种构造是这样的，绝缘体包含氧化铝作为主要成分，进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分、及分别作为转换成K2O和Li2O的值等于或小于总含量的0.2wt％的K和Li成分。当为了调节烧结温度的目的不可避免地添加Li、K和/或等的氧化物成分时，希望把分别作为K2O和/或Li2O结合的氧化物的总含量限制到0.2wt％或更小，以便保证绝缘体的耐压。
本发明的绝缘体能包含从一个组中选择的一种或多种添加元素组分，该组包括：Si、Ca、Mg、Ba、Zn、B和Na成分，总含量分别作为转换成SiO2、CaO、MgO、BaO、ZnO、B2O3和Na2O的值在0.1至15wt％的范围内。通过把分别作为转换成SiO2、CaO、MgO、BaO、ZnO和B2O3的值的0.1至15份总重量的包括从由Si、Ca、Mg、Ba、Zn和B组成的组中选择的一种或多种添加元素基原料，混合到85至98份重量的氧化铝粉末中，分别准备生产这样一种绝缘体的原料粉末。
作为添加元素基原料，例如使用Si、Ca、Ba和Zn的氧化物(允许络合氧化物)，并且除此之外，能列出各类的无机原料粉末，如氢氧化物、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐。无机原料的种类必须是通过煅烧能转化成氧化物的、以化学形式使用的各种。在B成分的情况下，这里能列出：三氧化二硼(B2O3)、原硼酸(H3BO3)和各类其他硼酸，及除此之外，是主要成分元素Al的硼酸盐，和Ca、Ba、Zn等的硼酸盐。
上述元素成分每一种在煅烧过程中都熔化和产生液相，并且起加速致密状态形成的烧结助剂的使用。如果作为上述氧化物的总含量(下文称作w1)小于0.1wt％，则难以得到在致密状态中的烧结体，并且高温机械强度和高温耐压性能都达不到相应要求。另一方面，如果W1超过15.0wt％，则绝缘体的高温强度变坏。因此，最好把添加元素成分的总含量W1设置在1至15wt％的范围内，或者更希望在3.0至10.0wt％的范围内。
在本发明的绝缘体中，还有与添加元素成分有关的较好实施例，以便足以保证在高温下的耐压性能或机械强度，同时把Na成分保持为较高浓度。关于这点的本发明绝缘体的第四种构造是这样的：绝缘体包括从由Si、Ca、Mg、Ba、Zn和B成分组成的组中选择的、从总重量中排除作为Al成分的Al2O3的重量之后分别作为转换成剩余重量的SiO2、CaO、MgO、BaO、ZnO和B2O3的值的60wt％总含量或更多的一种或多种添加元素。就添加的添加元素而论，能享受更大的优点，因为增加了在烧结中形成的玻璃成分的流动性，这使得能够实现具有较小诸如微孔的缺陷的绝缘体。
在绝缘体截面结构中观察到的每个具有等于或大于10μm尺寸的微孔的数量，作为截面每1mm2的平均计数希望等于或小于100。就在绝缘体中这样一种微孔数量而论，绝缘体能保证在高温下的较好耐压性能。这时，术语微孔的尺寸定义为如图8中所示；当画出两根平行线A和B以与微孔截面的外周缘线相接触、并且不穿过外周缘线时，在相对于微孔外周缘线几何改变平行线A与B的位置的同时，确定在平行线A与B之间的最大距离d。
作为一个例子，能表示这样一种组成，其中绝缘体包括从由Si、Ca和Mg成分组成的组中选择的、从总重量中排除作为Al成分的Al2O3的重量之后分别作为转换成剩余重量的SiO2、CaO和MgO的值的；60wt％总含量或更多的一种或多种。
另一方面，通过把Ba成分和B成分混合到整体中，能进一步增大绝缘体的高温强度。可以最好掺入作为BaO在0.02至0.80wt％含量范围内的BaO成分(下文称作WBaO)。如果WBaO小于0.02wt％，则BaO掺入以改进高温强度的效果不明显。另一方面，如果WBaO超过0.80wt％，则高温强度变坏。希望把WBaO调节到在范围0.15至0.50 wt％内。另一方面，最好包括作为B2O3在0.01至0.75wt％范围内的B成分(下文称作WB2O3)。如果WB2O3小于0.01wt％，则B成分掺入以改进高温强度的效果不明显。另一方面，如果WB2O3超过0.75wt％，则高温强度变坏。希望把WB2O3调节到在范围0.15至0.50wt％内。
上述Ba成分和B成分可以单独使用或组合使用，并且当两者同时使用时，总含量作为上述氧化物最好在0.2至1.2wt％的范围内。
最好保证本发明的绝缘体的弯曲强度为350MPa或更大。如果弯曲强度小于350MPa，则当使用这样一种绝缘体的火花塞在保持段处安装到汽缸上时，易于发生由于强度低引起的折断。弯曲强度希望为400MPa或更大。顺便说明，术语弯曲强度是指在室温下按照在JIS R1601(1981)(用于高性能陶瓷的弯曲强度(断裂模量)的试验方法)中描述的方法测量的三点弯曲强度(跨距长度20mm)。
为了使添加元素成分有效地起烧结助剂的作用，重要的是在设置为比Al2O3的温度低的预定烧结温度下，生产流动性良好的既不太多又不太少的玻璃相。当把几类添加成分混合使用时，通常比单独使用添加成分更有效。例如，当以上五类的第一添加元素成分都处于相应的氧化物形式时，在烧结之前在氧化铝粉末中的添加元素成分最好包括：作为转换成SiO2的值在1.5至5.00wt％范围内的Si成分、作为转换成CaO的值在1.2至4.00wt％范围内的Ca成分、作为转换成MgO的值在0.05至0.17wt％范围内的Mg成分、作为转换成BaO的值在0.15至0.50wt％范围内的Ba成分、及作为转换成B2O3的值在0.15至0.50wt％范围内的B成分。
与添加元素成分一起，从由Sc、V、Mn、Fe、Co、和Zn组成的组中选择的一种或多种元素成分能包括在绝缘体中，作为辅助添加元素成分，总含量作为相应氧化物在0.1至2.5wt％的范围内(希望在0.2至0.5wt％的范围内)。就使用的这样的辅助添加元素成分而论，特别发挥了改进高温下耐压性能特性的作用。在辅助添加元素成分中，Mn成分特别以明显的方式发挥了改进耐压性能特性的作用，并且最好用在本发明的实施中。
尽管当单独使用Mn成分(或MnO)时也能期望改进耐压特性的效果，但通过添加Cr成分(或Cr2O3)效果能更明显。在这种情况下，当作为转换成MnO的值的Mn成分含量由wt％的WMn指示，并且作为转换成Cr2O3的值的Cr成分含量由wt％的WCr指示时，最好混合Mn和Cr成分，从而WMn/WCr在范围0.1至10.0内。如果值在WMn/WCr的范围外，则上述成双添加效果未必明显。而且，当仅使用Mn和Cr成分作为辅助成分时，最好把WMn+WCr调节到在1.2至2.5wt％的范围内，或者希望在0.2至0.5wt％的范围内。
根据本发明者的研究，发现当同时添加Mn和Cr成分时，在绝缘体中形成高熔点的Mn-Al基络合氧化物相(例如Mn-Al基尖晶石相)。尽管由烧结助剂引起的玻璃相以环绕方式绕绝缘体中的氧化铝基基质相形成，但据说玻璃相在传导性上一般比基质相高，并且当出现绝缘体中的击穿时，容易用作用于电流的导电路线。然而，认为其中同时添加Mn和Cr成分的本发明的绝缘体，具有一种其中高熔点络合氧化物相分散在玻璃相中、且导电路线通过络合氧化物相断开或接地的状态，并由此增大介介电击穿耐压。
尽管认为添加元素成分和辅助添加元素成分主要以氧化物的化学形式包含，但在许多情况下，由于诸如非晶玻璃相之类的原因不能直接确定氧化物的存在形式。在这种情况下，如果添加元素成分的总含量在以氧化物表示的范围内，则认为绝缘体落在本发明的范围内。通过如下三种方法，单独或组合地，能证实Al成分和添加元素成分是否包括在绝缘体中：
(1)通过X射线衍射，证实能否得到反映特定氧化物的晶体结构的衍射图案。
(2)当通过诸如EPMA、EDS或WDS之类的众所周知的显微结构分析方法，进行材料试样截面中的组分分析时，证实是否同时检测到Al成分或添加元素成分和氧成分。如果同时检测到，则认为Al成分或添加元素成分以氧化物的形式存在。
(3)通过诸如X射线光电子光谱法(XPS)、俄歇电子能谱法(AES)之类的众所周知方法，分析Al成分或添加元素成分的原子或离子的化合价数。如果成分以氧化物的形式存在，则作为正数测量化合价数。
以这样一种方式生产本发明的火花塞的绝缘体，从而如上所述，原料粉末形成带有预定形状绝缘体的半成品，并且烧结半成品。在这种情况下，用作原料粉末主要成分的氧化铝粉末颗粒作为平均颗粒直径最好在1至5μm的范围内。如果平均尺寸超过5μm，则要求相当高的温度，以便足以推进烧结体的致密化。然而，在一些例子中，即使把烧结温度设置得相当高，也不能把烧结体的致密化推进到足够高的等级，并因此绝缘体的高温强度达不到要求等级，并且绝缘耐压不足。希望使用具有在1至3μm范围内的颗粒的氧化铝粉末。
在这种情况下，在半成品中氧化铝基基质相中的晶粒的平均尺寸最好在2至20μm的范围内(或者希望在5至10μm的范围内)。这里的术语晶粒的直径这样定义，与确定图8中所示微孔尺寸的方法相一致，并且参照图8，当画出两根平行线A和B以与在绝缘体抛光表面上观测的晶粒的外周缘线相接触、并且不穿过外周缘线时，在相对于晶粒外周缘线几何改变平行线A与B的位置的同时，确定在平行线A与B之间的最大距离d，并且术语平均粒径是指以这种方法测量的多个晶粒的粒径的平均值。
现在，在用于生产本发明氧化铝基绝缘体的原料中，使用高达0.07至0.65wt％Na含量的氧化铝粉末。本发明者已经进行了认真研究，并且发现这样的事实：使用如同这样高Na含量的氧化铝粉末的原料，导致半成品比在低Na含量的氧化铝粉末的情况下脆弱，并且例如在模压成形时，诸如裂缝和边缘毁坏之类的缺陷出现在半成品中，并且因此成形性能未必良好。
为什么在用于火花塞的绝缘体中一直不使用诸如中苏打氧化铝和正常氧化铝之类的高Na含量氧化铝粉末，自然把太担心上述得到的绝缘体的绝缘电阻和机械强度的减小作为主要原因，这迫使使用低苏打氧化铝成为常识。然而，把由于关于原料粉末的不良成形性能造成的生产率下降问题，想象成与由具有高Na成分含量的原料粉末引起的问题相类似，成为工业化的巨大障碍。
本发明者就这样一个问题进一步进行了认真研究，完成了下面将描述的一系列生产过程以便改进原料粉末的成形性能，并且由此建立了用来工业提供用于本发明火花塞的氧化铝基绝缘体的过程。下面，进行诸过程的详细描述。
上述诸过程的主要特征是，不仅把规定量的粘合剂混合在原料粉末中以制备预成形用的粉末，而且把适当酸性成分添加到预成形用粉末中，以把预成形用粉末的pH值调节成被降低，此后，pH调节之后的预成形用粉末经受成形以生产半成品，并且然后烧结半成品以得到绝缘体。
本发明者发现，从预成形用粉末中的氧化铝粉末产生的大量Na成分，以诸如Na2O3或NaOH之类的强碱Na化合物的形式存在，并由此当预成形用粉末的pH值向碱性区域侧移动时，粉末的成形性能变坏。根据上述过程，通过添加酸性成分把如此移动到碱性侧的pH降低到在适当范围内的值，这大大地改进了预成形用粉末的成形性能，并且由此明显地抑制诸如裂缝和边缘毁坏之类的缺陷免于发生，从而能大大提高生产率。
在这种情况下，最好把预成形用粉末的pH调节到6-10的范围内。如果pH值超过10或低得小于6，则在任何情况下，预成形用粉末的成形性能变坏，这导致生产率下降。更希望把pH调节到7-9的范围内。
作为酸性成分，能使用从由诸如硼酸、硅胶、碳酸和磷酸之类的无机酸；诸如柠檬酸、草酸、酒石酸和乙酸之类的有机酸；及诸如硫酸铵或硝酸铵之类的弱碱和强酸的盐组成的组中选择的一种或多种。例如，当使用硼酸(例如原硼酸)时，把酸中的B成分掺入绝缘体中，并且如上述那样也能期望改进绝缘体的高温强度的效果。
一般通过把主要由水组成的溶剂混合到原料粉末中以形成粉浆，制备用于火花塞的铝基绝缘体的预成形用粉末，在此情况下，使用亲水粘合剂。然而，由于混合有亲水粘合剂的预成形用粉末的成形性能对pH的变化特别敏感，所以产生一个问题，并且随着pH向碱侧区域增大，成形性能迅速变坏。为什么如此的原因估计是，多种亲水粘合剂主要由于极性分子之间的氢键产生结块性，并且随着pH增高，通过碱性离子的作用阻止氢键，并因此使成形性能变坏。总之，通过添加酸性成分，向下校正pH值，并且以极为有效的方式改进其中包括亲水粘合剂的预成形用粉末的成形性能，并且作为结果，能增加生产率。
与此同时，作为使用中的亲水粘合剂，这里能列出：聚乙烯醇(PVA)、糊精、聚乙烯pyloridone、淀粉、羧甲基纤维素碱性盐(例如，羧甲基纤维素钠(CMC))及水溶性丙烯酸树脂(例如，聚丙烯酸盐基树脂)。
上述过程能通过如下步骤按描述的具体方式进行：即，把规定量的水基溶剂和亲水粘合剂混合到原料粉末中(包括氧化铝粉末)，并且把助溶剂和粉末彼此混合以形成粉浆，而在另一方面，把酸性成分添加到粉浆中，以把粉浆的pH值调节到在6至10的范围内(希望在7至9的范围内)。把粉浆射流雾化和干燥以生产预成形用粉末的小粒，并且使小粒经受模压成形以得到半成品。从以高效率生产和用于火花塞的长、窄绝缘体的高成品率的观点出发，一种好的模压成形方法是冷等静压(CIP)，并且特别较好的模压成形方法是其中使用橡胶模具的橡胶模压成形方法。
在这种情况下，希望100份重量的小粒添加有0.5至2.0份重量的(希望0.7至1.3份重量的)水，从而在模压成形期间加速把小粒破碎成粉末，并且在添加水之后，使小粒经受模压成形。在这时，当没有进行通过酸性成分添加到小粒中的pH调节时，通过水的添加，包括在氧化铝粉末中的诸如Na2O3或NaOH之类的强碱Na化合物被离子化以产生碱性离子，碱性离子产生抑制亲水粘合剂作用的不利影响，结果是成形性能容易变坏。然而，借助于通过酸性成分添加的pH调节，即使把水添加到小粒中，也能没有问题地实现成形。
与此同时，本发明的火花塞能具有带有点火部分的结构，该部分提供火花放电间隙，并且由中心电极和接地电极之一牢固地保持。在这种情况下，点火部分能主要由贵金属合金制成，该合金包括从由Ir、Pt和Rh组成的组中选择的一种或多种作为一种主要成分或诸种主要成分。就这种合金而论，即使当火花塞应用在大功率内燃机中时，也能大程度地提高点火部分的耐久性。例如，在其中使用Pt基合金的情况下，最好能使用Pt-Ni合金(例如，Pt-1至30wt％Ni合金)。作为Ir作为主要成分的合金，例如能采用如下合金。
(1)使用包含3至50wt％(不包括50wt％)Rh的主要由Ir组成的合金。就使用的合金而论，有效地抑制在高温下由Ir成分的氧化/挥发引起的点火部分的损耗，这导致实现耐久性优良的火花塞。
如果在合金中的Rh含量小于3wt％，则Ir氧化/挥发的抑制效果不足，并且由此点火部分的损耗变得容易，从而降低火花塞的耐久性。另一方面，如果Rh含量等于或大于50wt％，则降低合金的熔点，并且也降低火花塞的耐久性。如从以上描述能明白的那样，最好在上述范围内调节Rh含量，并且希望含量在7至30wt％的范围内，更希望在15至25wt％的范围内，及最希望在18至22wt％的范围内。
(2)使用包含1至20wt％Pt的主要由Ir组成的合金。就使用的合金而论，有效地抑制在高温下由Ir成分的氧化/蒸发引起的点火部分的损耗，这导致实现耐久性优良的火花塞。如果在合金中的Pt含量小于1wt％，则Ir氧化/挥发的抑制效果不足，并且由此点火部分的损耗变得容易，从而降低火花塞的耐久性。另一方面，如果Pt含量等于或大于20wt％，则降低合金的熔点，并且也降低火花塞的耐久性。
(3)使用包含0.1至35wt％Rh和进一步包含0.1至17wt％Ru的主要由Ir组成的合金。就使用的合金而论，有效地抑制在高温下由Ir成分的氧化/挥发引起的点火部分的损耗，这导致实现耐久性优良的火花塞。如果在合金中的Rh含量小于0.1wt％，则Ir氧化/蒸发的抑制效果不足，并且由此点火部分的损耗变得容易，从而降低火花塞的耐久性。另一方面，如果Rh含量大于35wt％，则降低合金的熔点，并且减小对火花塞火花损耗的抵抗力，这使得不可能保证火花塞的耐久性。因此，在上述范围内调节Rh的含量。
另一方面，如果Ru含量小于0.1wt％，则元素添加以抑制Ir的氧化/蒸发损耗的效果不足。如果Ru含量超过17wt％，则点火段与期望的相反易于受火花损耗的较大影响，结果不能保证火花塞的耐久性。因此，在上述范围内调节Ru的含量。希望在0.1至13wt％的范围内，并且更希望在0.5至10wt％的范围内。
通过合金中Ru的添加改进对点火部分损耗的抵抗力的原因之一推测为，例如通过成分的添加，一个在高温下稳定和致密的氧化物层形成在合金表面上，并由此作为非常易于蒸发的单种材料的Ir氧化物固定在该氧化物层中。进一步猜想，氧化物膜起一种惰性膜的作用，并且抑制Ir成分氧化的进行。因为在不添加Rh的情况下，即使添加有Ru，合金在高温下对氧化/挥发的抵抗力也没有大的改进，所以认为氧化物膜是Ir-Ru-Rh基络合氧化物或类似氧化物，并且这样一种氧化物在密度或对合金表面的粘着力方面比Ir-Ru基氧化物高。
如果Ru的总含量过分增加，则猜想Ir氧化物的火花损耗以如下机理而不是通过蒸发进行：形成的氧化物层的密度和其对合金表面的粘着力减小，并且当总含量超过17wt％时，这样一种现象是明显的。当火花放电冲击在火花塞中重复时，想象形成的氧化物膜易于与合金表面分离，并且由此暴露新的金属表面而助长火花损耗。
通过Ru的添加，能另外达到如下重要效果：即，通过Ru的添加，即使大大地减小Rh含量，也能足以保证损耗抵抗力，并且与其中采用Ir-Rh双合金的情形相比，能以低成本建造高性能火花塞。在这种情况下，Rh含量最好在0.1至3wt％的范围内。
(4)使用包含在1至30wt％范围内的Pt、Re和Pd的至少一种及除此之外在1至30wt％范围内的Ru的主要由Ir组成的合金。当点火部分由包括Ir作为主要成分且进一步包括上述范围内的Pt、Re或Pd的合金构成时，不仅有效地抑制由于在高温下Ir成分的氧化/挥发造成的损耗，而且通过另外包括在上述范围内的Rh大大地改进其机械加工的可加工性。一个基片能是借助于对通过原料的混合/熔化得到的规定组分的合金块应用规定的机械加工形成的金属片，其中术语机械加工是指从包括轧制、锻造、通过切削成形、通过切断划分及冲切的组中选择的一种或多种。
如果Rh含量小于1wt％，则在机械加工中改进合金的可加工性的效果不能足够地达到，并且例如在机械加工期间易于发生折断、裂缝等，对于原材料导致生产中有效使用的生产率减小。当通过热冲切等生产基片时，诸如冲切边缘之类的工具损耗或损坏易于发生，由此导致生产效率的降低。另一方面，如果Rh含量大于49wt％，则降低合金的熔点，这引起火花塞的耐久性下降。因此，最好在2至20wt％的范围内调节Rh含量，并且特别在其中Pd和/或Pt的总含量等于或大于5wt％的情况下，合金变得更脆弱，并因此在这种情况下，除非添加含量等于或大于一个值的Rh，否则通过机械加工的基片生产是极其困难的。在这种情况下，在最广的意义上要求添加剂Rh是2wt％或更多，但希望5wt％或更多，而更希望10wt％或更多。应该注意，在Rh含量等于或大于3wt％的情况下，Rh起不仅影响机械加工中可加工性的改进，而且尽管是有时，影响在高温下对Ir成分氧化/挥发的抑制。
如果Pt和/或Pd的总含量小于1wt％，则抑制Ir氧化/挥发的作用变得不足，并且基片易于损耗，这引起耐久性下降。另一方面，如果含量超过30wt％，则出现问题，因为合金的熔点降低，并且火花塞的耐久性也同样降低(例如，在其中单独使用Pd的情况下)，或者抑制基片损耗的作用不能与考虑到由于昂贵Pt和/或Pd的含量增加造成的材料成本增大所期望的一样高。如能从以上描述明白的那样，最好在上述范围内调节Pt和/或Pd的总含量，并且希望在3至20wt％的范围内。
除此之外，在(1)至(3)中描述的材料的任何一种中，构成基片的材料能包含在0.1至15wt％的范围内、属于元素周期表的族3A(所谓的稀土元素)和族4A(Ti、Zr和Hf)的一种金属或多种金属的氧化物(包括双氧化物或多氧化物)。就另外的掺杂而论，进一步有效地抑制Ir氧化物通过其氧化/挥发的损耗。如果氧化物的总含量小于0.1wt％，则防止Ir氧化/蒸发的作用不能足够地得到。另一方面，如果氧化物的总含量超过15wt％，则基片的热冲击抵抗力下降，并且例如当基片通过焊接等固定到电极上时，有时出现诸如裂缝之类的麻烦。尽管最好使用Y2O3作为上述氧化物，但另外值得注意，最好能使用La2O3、ThO2、ZrO2等。
图1是剖视前视图，表示本发明火花塞的一个例子的全部；
图2是图1主要部分的部分剖视前视图；
图3是进一步放大的剖视图，表示图1点火部分的周围；
图4是纵向剖视图，表示绝缘体的例子；
图5是前视图，表示本发明火花塞的另一个例子的全部；
图6是图5和其可选择例子的平面图；
图7是前视图，表示本发明火花塞的又一个例子的全部；
图8表明在绝缘体中存在的微孔或晶粒的尺寸的定义；
图9是原理图和放大剖视图，表明用于绝缘耐压的测量方法；
图10表明用于火花塞绝缘电阻的测量方法；
图11是剖视图，表明橡胶模压方法；及
图12是立体图，表示通过橡胶模压方法得到的半成品的一个例子和在半成品中产生缺陷的途径。
下面，参照附图将进行本发明实施例的描述。
作为图1和2中所示的本发明的一个例子的火花塞100包括：一个圆柱形金属外壳1；一个绝缘体2，配合地插入在金属外壳1内，从而其前端21突出；一个中心电极3，以这样一种状态提供在绝缘体2的内部，其中在中心电极前端顶部处形成的第一点火部分31突出；及一个接地电极4，其一端焊接到金属外壳1上，并且布置成相对着中心电极的前端。一个第二点火部分32形成在接地电极4上，以便相对着第一点火部分31，并且在相对着的点火段31与32之间形成一个火花放电间隙g。
一个通孔沿绝缘体2的轴线方向形成，并且一个金属端子13插入，且从其一个端部侧固定，同时插入中心电极3，并且也同样从另一端部侧固定。一个电阻器15布置在通孔6中的金属端子13与中心电极3之间。电阻器15的两端分别经插入在其之间的导电玻璃密封层16和17，与中心电极3和金属端子13电气连接。电阻器15以这样的方式形成，从而玻璃粉末和导电材料粉末(及，在需要的情况下，是陶瓷粉末而不是玻璃粉末)彼此混合，并且通过热模压等烧结混合粉末，以形成电阻器组分块。金属端子13和中心电极3可以集成为一体，带有一层导电玻璃密封层，同时省去电阻器15。
绝缘体2在其内部带有一个通孔6，以沿其轴线贯通配合地插入中心电极3，并且整个结构构成为本发明的绝缘体。就是说，绝缘体2构成作为主要成分包括氧化铝的氧化铝基陶瓷烧结体，其中Al成分作为转换成Al2O3的值总计达在85至89wt％范围内的含量(希望在90至98wt％的范围内)，并且进一步Na成分含量总计达在0.07至0.5wt％范围内的含量(希望在0.07至0.25wt％的范围内)。
作为更具体的组成，举例列出如下成分：
作为转换成SiO2的值在1.50至5.00wt％范围内的Si成分；
作为转换成CaO的值在1.20至4.00wt％范围内的Ca成分；
作为转换成MgO的值在0.05至0.17wt％范围内的Mg成分；
作为转换成BaO的值在0.15至0.50wt％范围内的Ba成分；及
作为转换成B2O3的值在0.15至0.50wt％范围内的B成分。
如图1中所示，突出部2e形成绕绝缘体2的周缘在其长度的中点周围处向处延伸的凸台形状。绝缘体2建造有：前侧，构成从突出部2e较靠近中心电极3前端(图1)的侧面，突出部2e作为边界；和后侧，构成与前侧相反的部分。用比突出部2e小的直径形成的后侧构成一个主体段2b，而前侧以向前端的书写顺序由直径比突出部2e小的第一杆段2g、和直径比第一杆段2g小的第二杆段2i构成。一个釉面2d涂敷在主体段2b的外表面上，并且在与涂釉表面相邻的后端部中的外表面形成为波纹2c。第一杆段2g的外侧表面形成几乎是圆柱的形状，而第二杆段2i的外侧表面形成向前端变细的圆锥形状。
中心电极3的截面直径比电阻器15的小。绝缘体2的通孔6建造有：几乎为圆柱形状的第一部分6a，中心电极3通过其插入；和一个几乎为圆柱形状、直径大于第一部分的第二部分6b，布置在第一部分6a的后侧(图中的上侧)。如图1中所示，金属端子13和电阻器15装在第二部分6b中，而中心电极3穿过第一部分6a的内部插入。一个电极固定突出部3a形成在中心电极3的后端部处，同时从后端部的外侧表面向外突出。通孔6的第一部分6a和第二部分6b在第一杆段2g的内部彼此连接，并且突出部安置表面6c在两部分6a和6b的连接位置处形成锥形表面或凹入表面，以接收中心电极3的电极固定突出部3a。
在第一杆段2g与第二杆段2i之间的连接段2h的外侧表面形成阶梯表面形状，并且阶梯表面通过与一个环形阶梯段1c相啮合，起一个用来在轴线方向提取的挡块的作用，环形阶梯段1c形成在金属外壳1的内侧表面上，作为与插入在其之间的环状板衬垫63的金属外壳侧啮合段。另一方面，在金属外壳1的向后侧开口段的内侧表面与绝缘体2的外侧表面之间的空隙中，提供有：一个金属丝胀圈62，与突出部2e的后侧周缘表面相啮合；一个在向后方向上跟随金属丝胀圈62的云母等填料层61；及在向后方向上进一步跟随填料层61的金属丝胀圈60。把绝缘体2推到向前侧，并且在该状态下，金属外壳1的开口边缘向内收缩，同时金属外壳1的开口边缘相对着胀圈60，以形成收缩段1d，从而金属外壳1固定到绝缘体2上。
图4(a)和4(b)表示绝缘体2的例子。绝缘体诸部分的尺寸举例如下：
总长度L1在30至75mm的范围内；
第一杆段2g的长度L2在0至30mm的范围内(其中不包括带有啮合突出部2e的连接段2f，但包括带有第二杆段2i的连接段)；
第二杆段2i的长度L3在2至27mm的范围内；
主体段2b的外径D1在9至13mm的范围内；
啮合突出部2e的外径D2在11至16mm的范围内；
第一杆段2g的外径D3在5至11mm的范围内；
第二杆段2i的基础端部的外径D4在3至8mm的范围内；
第二杆段2i的前端部的外径D5在2.5至7mm的范围内(其中当前端表面的外周缘倒圆或倒角时，测量在包括作为轴线的中心线O的段中在倒圆部分或倒角部分的基础端部位置处的外径)；
通孔6的第二部分6b的内径D6在2至5mm的范围内；
通孔6的第一部分6a的内径D7在1至3.5mm的范围内；
第一杆段2g的厚度t1在0.5至4.5mm的范围内；
第二杆段2i的基础端部的厚度t2在0.3至3.5mm的范围内(一个在垂直于作为轴线的中心线O的方向上的值)；
第二杆段2i的前端部的厚度t3在0.2至3mm的范围内(一个在垂直于作为轴线的中心线O的方向上的值，然而，当倒圆或倒角前端表面的外周缘时，测量在包括作为轴线的中心线O的段中在倒圆部分或倒角部分的基础端部位置处的外径)；及
第二杆段2i的平均厚度tA＝t1+t2/2在0.25至3.25mm的范围内。
在图1中，向绝缘体2的金属外壳1的向后侧突出的长度LQ在23至27mm的范围内(例如，具有25mm的量级)。沿截面轮廓从与金属外壳1的后端边缘相对应的位置经波纹2c到绝缘体2的后部边缘测得的长度LP在26至32mm的范围内(例如，具有29mm的量级)。
在图4(a)中表示的绝缘体2的相应部分的尺寸例如是这样的：L1＝约60mm，L2＝约10mm，L3＝约14mm，D1＝约11mm，D2＝约13mm，D3＝约7.3mm，D4＝5.3mm，D5＝4.3mm，D6＝3.9mm，D7＝2.6mm，t1＝3.3mm，t2＝1.4mm，t3＝0.9mm及tA＝1.2mm。
在图4(b)中表示的绝缘体2具有第一杆段2g和第二杆段2i稍大于图4(a)中所示情况下的外径。相应部分的尺寸例如是这样的：L1＝约60mm，L2＝约10mm，L3＝约14mm，D1＝约11mm，D2＝约13mm，D3＝约9.2mm，D4＝6.9mm，D5＝5.1mm，D6＝3.9mm，D7＝2.7mm，t1＝3.3mm，t2＝2.1mm，t3＝1.2mm及tA＝1.7mm。
在图1中，金属外壳1用诸如低碳钢等之类的金属以圆柱形式制成，并且不仅构成火花塞100的壳体，而且提供有用来把火花塞100安装到未表示的发动机上的螺纹部分7。标号1e指示诸如扳手或扳子之类的工具与其啮合的工具啮合部分，并且该部分在垂直于轴线的平面内具有一个六方段。
中心电极3和接地电极4(图3)的主体段3a和4a由Ni合金等制成。一个由Cu、Cu合金等制造以便加速热量消散的心部3b嵌在中心电极3的内部。另一方面，第一点火部分31和相对着第一部分的第二点火部分32主要由贵金属合金制成，贵金属合金由从包括Ir、Pt和Rh的组中选择的一种或多种组成。如图3中所示，不仅中心电极3的主体段3a向前端侧变细，而且前端表面形成平的。由构成点火部分的合金组分制造的盘状基片以叠加方式安置在平的前端表面上，并且一个焊接部分W通过激光焊接、电子束焊接、电阻焊接等形成，以固定和形成第一点火部分31。第二点火部分32同样以这样一种方式形成，从而基片安置在接地电极4上在第一点火部分31的相应位置处，并且然后一个焊接部分沿接合表面的外边缘形成以固定基片。基片能由通过混合组分在上述范围内的合金成分、且其后熔化混合物得到的合金制造，或由通过模压成形和烧结通过混合和熔化得到的合金粉末、或以规定组分由各类单一金属成分粉末组成的粉末混合物而得到的烧结体制造。应该进一步注意，可以省去第一和第二点火部分的至少一个。
例如在下面所示的过程中生产绝缘体2：首先，作为原料粉末，具有Na成分含量在0.07至0.3wt％范围内(或希望在0.07至0.3wt％范围内)和平均颗粒尺寸在1至5μm范围内的拜耳氧化铝粉末和包括Si成分、Ca成分、Mg成分、Ba成分和B成分的添加元素的原材料以规定比率相混合，以便在烧结之后满足相应氧化物转换值的上述组分。原料粉末添加有亲水粘合剂(例如PVA)和水，以形成模压成形预成形用粉末的粉浆。添加元素的原材料能具有相应的如下形式，如Si成分的SiO2粉末；Ca成分的CaCO3粉末；Mg成分的MgO粉末；Ba成分BaCO3的粉末和B成分的H3BO3粉末(或用作其水溶液)。在这种情况下，使用的氧化铝粉末包含作为Na2O在其颗粒的表面区域中存在的、在0.01至0.2wt％范围内(或希望在0.01至0.1wt％范围内)的Na成分含量。
然后借助于喷射法等喷射雾化和干燥粉浆，以形成预成形用粉末。如此形成的小粒经受橡胶模压成形，由此获得是烧结体原形的半成品。图11表示橡胶模压成形的过程步骤的梗概。这里，采用一个带有其内部沿其轴线方向连通的空腔301的橡胶模具300，并且上冲头304配合地插入在空腔301的上开口中。一个限定绝缘体2的通孔6(图1)的形状的模压销303不仅沿空腔301其中的轴线方向延伸，而且模压销303的下端整体连接到下冲头302的冲头表面上。
在这种状态把规定量的预成形用粉末的小粒PG装在空腔中，并且空腔301的上开口插入有上冲头304以紧密地密封。在密闭状态下，一个液压压力施加到橡胶模具300的外侧表面上，并且在空腔301中的小粒PG用橡胶模具300压缩在一起。结果，得到一个在图12中所示的通过模压的半成品305。小粒PG以100份重量的小粒PG对0.7至13份重量的水的比率添加有水，从而加速把小粒PG粉碎成粉末颗粒，并且此后进行模压。
半成品305通过在其处侧表面上的磨削等机械加工成对应于图1的绝缘体2的形状，并且然后在1400到1600℃的温度下经受烧结。烧结体此后涂敷有釉面，并且进一步接收用于最后烘烤的热处理以完成整个过程。
在该过程中，当制备预成形用粉末粉浆时，粉浆的pH显著升高，因为附着到拜耳氧化铝粉末上(主要在颗粒表面上)的诸如Na2O或NaOH之类的强碱化合物溶解成溶剂。如果在高pH状态下通过使用这样的粉浆制备的小粒PG经受橡胶模压成形，而不对粉浆进行其他处理，则小粒PG的模压成形性能变坏，并且易于产生诸如在开口边缘内侧处的裂缝C和倒塌Y。即使在模压成形后没有缺陷产生，在用于外形尺寸最后调整的磨削等中也有诸如裂纹之类麻烦的危险，因为半成品305本身的强度降低。
因此，当制备时把适当量的适当酸性成分，例如柠檬酸、硼酸等，混合到粉浆中，并由此把粉浆的pH调节到6至10的范围内(或希望在7至9的范围内)。用pH调节后的预成形用粉末粉浆生产的小粒PG具有非常良好的成形性能，并且半成品305具有改进的生产率，因为上述缺陷难以出现。
下面，将对火花塞的特征进行描述。火花塞100在其螺纹部分7处安装到发动机块上，并且用作用于供给到燃烧室中的空气燃料混合物的点火源。
绝缘体2用Na成分含量作为Na2O在高达0.07至0.65wt％范围内的拜耳氧化铝粉末生产。因此，用该氧化铝粉末生产的绝缘体也具有与按常规一直认为超出常识：在0.07至0.5wt％的范围内(部分Na成分有可能在烧结中丢失)的那样高的Na成分含量。然而，只要绝缘体2的Na成分含量在上述范围内，则在高温下的绝缘电阻、机械强度等意外地没有降低，并因此，能得到可足以与比该范围低的Na成分含量的常规绝缘体相比较的性能。
作为上述操作和作用的结果，尽管按常规一直使用高价昂贵的低苏打氧化铝，以便把Na成分含量保持在低等级，但在本发明的情况下，成本低得多的中苏打和正常氧化铝能用作原料，这引起绝缘体生产成本的急剧降低，并由此也降低火花塞100的成本。
应该注意，本发明的绝缘体可应用的火花塞不限于图1中所示的类型，而是也可以适用于其他类型，例如图5中所示的类型，在该例子中，接地电极4的顶部以两种或多种方式形成：其未端以相对于中心电极3的侧表面的方式布置，以形成火花放电间隙g。在这种情况下，接地电极4能以各种方式布置：如图6(a)中所示，接地电极4顶部的两个末端以彼此相对的方式靠近中心电极3的侧面布置；和如图6(b)中所示，其三个或多个末端绕中心电极3布置，以便直向中心电极3。
在这种情况下，如图7中所示，火花塞100可以以这样一种方式建造成半表面放电型火花塞，从而绝缘体2的前端前进到中心电极3的侧表面与接地电极4的顶部的每一个末端之间。在这种结构中，因为火花放电以沿绝缘体2的表面行进的方式产生，所以与地区放电类型相比改进了防污特性。
(例子)
为了证实本发明的效果，进行了如下试验。
例1
为了制备诸种类的原料粉末，把不同Na成分含量的各类拜耳氧化铝粉末(3.0μm的平均粒径)以规定比率与各种化合物相混合，其中各种化合物每一种的纯度和颗粒直径如下：SiO2(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、CaCO3(纯度99.9％，平均颗粒直径2.0μm)、MgO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)、BaCO3(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、H3BO3(纯度99.0％，平均颗粒直径1.5μm)及ZnO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)。在湿润条件下，一百份wt(重量)如此制备的粉末进一步混合有3份重量的PVA作为亲水粘合剂、和103份重量的水，以生产预成形用粉末的粉浆。通过添加适当量的柠檬酸把粉浆的pH值调节到8。通过上述方法测量Na成分总含量和在颗粒表面区域中的Na成分含量，并且使用激光衍射颗粒尺寸分析仪测量氧化铝粉末的平均颗粒直径。
然后，通过喷射干燥方法干燥分别有不同组分的粉浆，并由此制备预成形用粉末的小粒，其中通过筛选把小粒控制到其在50至100μm范围内的颗粒尺寸。借助于使用图11描述的橡胶模压法使小粒经受50MPa压力下的成形，以得到图12中所示的半成品305。使半成品305经受在其外表面上的磨削加工，以把半成品定形为规定尺寸的半成品2，半成品2接着在规定条件下烧结，以得到由其形状与图1中的相类似的氧化铝基绝缘体制成的烧结半成品2。烧结条件以这样一种方式确定，烧结时段固定为2小时，但用来烧结的温度以20℃的温度差分段变化，对相应条件下得到的那些绝缘体测量其表观密度，并且采纳其中获得最大密度的烧结条件。
根据图4(a)表示的绝缘体2的尺寸如下：L1＝约60mm，L2＝约8mm，L3＝约14mm，D1＝约10mm，D2＝约13mm，D3＝约7mm，D4＝5.5mm，D5＝4.5mm，D6＝4mm，D7＝2.6mm，t1＝1.5mm，t2＝1.45mm，t3＝1.25mm及tA＝1.48mm。根据图1将表示其他尺寸：向绝缘体2的金属外壳1的向后侧突出的部分2k的长度LQ是25mm。沿截面轮廓从与金属外壳1的后端边缘相对应的位置经波纹2c至绝缘体2的后端边缘测量的长度LP是29mm。
使用如此制备的绝缘体2生产图1中所示的各类火花塞，其中螺纹部分的外径是12mm，并且采用一种其中不使用电阻器15而把金属端子13与中心电极3经导电玻璃层直接连接的结构。火花塞接收如下试验：
(1)在20℃下的绝缘耐压：根据使用图10描述的方法测量该电压，其中直流脉冲电源(峰值电压35V和脉冲宽度2ms)用作高压电源，
(2)在500℃下的绝缘电阻测量：根据使用图10描述的方法在施加电压1000V下进行测量，
(3)在实际车辆中的耐压试验：把上述火花塞安装到一台4缸汽油发动机(活塞排量2000cc)上，在发动机转速为6000rpm下在油门全打开状态下，发动机连续地运行，同时把放电电压控制在38至43kV的范围内，并且通过在50小时过去之后检查是否出现火花穿透来进行估计。
除此之外，按如下使用相同的小粒制备强度试件：通过压模法(压力50MPa)把小粒模压成形为半成品，并且在与上述绝缘体的情况相同的条件下烧结。得到的烧结体以适当模式经受磨削，以制备3mm×3mm×25mm的棱形试件。根据在JIS R1601(用于高性能陶瓷的弯曲强度(断裂模量)的试验方法)中描述的方法，在室温下使用试件来测量三点弯曲强度。
把试验之后的试件表面抛光，并且用扫描电子显微镜(放大率150×)观察抛光表面。借助于图象分析，计数在抛光表面上显示的、大于或等于10μm的微孔数量。通过把计数的微孔总数除mm2的视场面积得到意味是每1mm2计数的微孔数量的微孔表面密度。通过ICP方法分析Al、Na、Si、Ca、Mg、Ba、Zn和B的元素成分含量，并且把结果转换成相应规定氧化物形式的含量(为wt％)。由上述方法(其中EPMA用作显微结构分析方法)计算在玻璃相中Na成分的含量。所有结果表示在表1和2中。
由表中所示的结果发现，其Na成分含量在0.07至0.5wt％范围内的绝缘体，在实际车辆中能够得到可与其Na成分含量等于或小于0.05wt％的常规绝缘体相比的绝缘耐压、强度和耐压，并且除此之外，在该例子中，火花塞在500℃下的绝缘电阻值也呈现出高达200MΩ或更大。
(例2)
为了制备诸种类的原料粉末，把不同Na成分含量的各类拜耳氧化铝粉末(3.0μm的平均粒径)以规定比率与各种化合物相混合，其中各种化合物每一种的纯度和颗粒直径如下：SiO2(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、CaCO3(纯度99.9％，平均颗粒直径2.0μm)、MgO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)。在湿润条件下，一百份重量如此制备的粉末进一步混合有3份重量的PVA作为亲水粘合剂、和103份重量的水，以生产粉浆。通过添加适当量的柠檬酸把粉浆的pH值调节到8，在清洗之后根据上述方法测量Na成分总含量和在颗粒表面区域中的Na成分含量，并且使用激光衍射颗粒尺寸分析仪测量氧化铝粉末的平均颗粒直径。
使用该粉浆，并且进行与例1中相同的试验，结果表示在表3和4中。
由表中所示的结果发现，通过使用其颗粒具有等于或小于0.2wt％Na成分含量表面区域的氧化铝粉末，在实际条件下绝缘体能够具有在绝缘耐压、500℃下的绝缘电阻和耐压方面更优良的结果。
(例3)
在25℃下把100克不同Na成分含量的各类拜耳氧化铝粉末(3.0μm的平均粒径)的每一种与100克蒸馏水相混合，并且把混合物搅拌10分钟，然后接着用水冲洗、去水和干燥。为了制备诸种类的原料粉末，把已经清洗的拜耳氧化铝粉末以规定比率与各种化合物相混合，其中各种化合物每一种的纯度和颗粒直径如下：SiO2(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、CaCO3(纯度99.9％，平均颗粒直径2.0μm)、MgO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)、BaCO3(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)及H3BO3(纯度99.0％，平均颗粒直径1.5μm)。在湿润条件下，一百份重量如此制备的粉末进一步混合有3份重量的PVA作为亲水粘合剂、和103份重量的水，以生产粉浆。通过添加适当量的柠檬酸把粉浆的pH值调节到8，在清洗之后根据上述方法测量Na成分总含量和在颗粒表面区域中的Na成分含量，并且使用激光衍射颗粒尺寸分析仪测量氧化铝粉末的平均颗粒直径。
使用该粉浆，并且进行与例1中相同的试验，结果表示在表5和6中。
由表中所示的结果发现，当使用其颗粒具有小于0.2wt％Na成分含量表面区域的氧化铝粉末时，即使其Na成分含量稍大于0.5wt％的烧结体，也能够在实际车辆中具有在绝缘耐压、强度、500℃下的绝缘电阻和耐压方面仍相当优良的结果。
(例4)
为了制备诸种类的原料粉末，把几乎相同Na成分含量、但有彼此不同的颗粒直径的各类拜耳氧化铝粉末以规定比率与各种化合物相混合，其中各种化合物每一种的纯度和颗粒直径如下：SiO2(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、CaCO3(纯度99.9％，平均颗粒直径2.0μm)、MgO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)、BaCO3(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μ.m)及H3BO3(纯度99.0％，平均颗粒直径1.5μm)。在湿润条件下，一百份重量如此制备的粉末进一步混合有3份重量的PVA作为亲水粘合剂、和103份重量的水。通过添加适当量的柠檬酸把粉浆的pH值调节到8，在清洗之后根据上述方法测量Na成分总含量和在颗粒表面区域中的Na成分含量，并且使用激光衍射颗粒尺寸分析仪测量氧化铝粉末的平均颗粒直径。
使用该粉浆，并且进行与例1中相同的试验，结果表示在表7和8中。
由表中所示的结果发现，随着氧化铝粉末的平均颗粒直径增大，最佳烧结温度升高。
(例5)
为了制备诸种类的原料粉末，把不同Na成分含量的各类拜耳氧化铝粉末(3.0μm的平均粒径)以规定比率与各种化合物相混合，其中各种化合物每一种的纯度和颗粒直径如下：SiO2(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、CaCO3(纯度99.9％，平均颗粒直径2.0μm)、MgO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)。在湿润条件下，一百份重量如此制备的粉末进一步混合有3份重量的PVA作为亲水粘合剂、和103份重量的水。通过添加适当量的柠檬酸把粉浆的pH值调节到8，根据上述方法测量Na成分总含量和在颗粒表面区域中的Na成分含量，并且使用激光衍射颗粒尺寸分析仪测量氧化铝粉末的平均颗粒直径。
使用该粉浆，并且进行与例1中相同的试验，结果表示在表9和10中。
由表中所示的结果发现，当在绝缘体中的Al2O3成分在85至98wt％范围内时，绝缘体能够具有在绝缘耐压和强度任一方面都优良的结果。
(例6)
为了制备诸种类的原料粉末，把不同Na成分含量的各类拜耳氧化铝粉末(3.0μm的平均粒径)以表11和12中所示的规定比率(其中以氧化物表示含量)与各种化合物相混合，其中各种化合物每一种的纯度和颗粒直径如下：SiO2(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、CaCO3(纯度99.9％，平均颗粒直径2.0μm)、MgO(纯度99.5％，平均颗粒直径2.0μm)、BaCO3(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)、及ZnO(纯度99.5％，平均颗粒直径1.5μm)。在湿润条件下，一百份重量如此制备的粉末进一步混合有3份重量的PVA作为亲水粘合剂、和103份重量的水，以生产预成形用粉末的粉浆。
通过添加柠檬酸或H3BO3作为酸性成分把粉浆的pH值调节到8。表11和12表示相对于相应原料粉末总量(每种原料粉末总量的重量，不包括酸性成分)的wt％相应酸性成分的添加量。
通过喷射干燥方法干燥粉浆，以生产每个具有球形形状的小粒。通过筛选把小粒尺寸控制到颗粒直径在50至100μm的范围内。借助于使用图11描述的橡胶模压法使筛选的小粒在50MPa压力下模压成形，以制备具有图12中所示形状的半成品305。图12中所示的尺寸如下：l1＝85mm，Δ1＝19mm，Δ2＝9mm，Δ3＝18mm，δ1＝4.8mm及δ2＝3.1mm。把得到的半成品浸入到缺陷检查液体(煤油中红色颜料的悬浮液)中，并且从液体中取出。在这个时候，如果有诸如在半成品305表面上的裂纹或在其开口边缘内周缘部分处的倒塌之类的缺陷，则检查液体渗入基体中，并因此不产生外观的着色。因此，缺陷出现的程度能通过观察表面上的着色用肉眼来识别。根据缺陷出现的程度把估计表示为三种形式：○用作在绝对没有识别到缺陷的情况下的估计结果；Δ用作在识别到缺陷、但出现得非常轻微的情况下的估计结果；及×用作在缺陷产生得非常多的情况下估计结果。
使用金属模具模压成形(在50MPa的压力下)使用相同的小粒，生产用于在12mm×8mm×80mm板中的强度试验的半成品，并且在室温下测量每个试块的三点弯曲强度(一跨长度是50mm)，结果表示在表11和12中。
由表发现，当使用柠檬酸和H3BO3的任何一种时，如果把预成形用粉末粉浆的pH值也调节到6至10的范围内，特别是在7至9的范围内，则缺陷几乎不产生，并且也改进了弯曲强度。
根据本发明，如上所述，使用的氧化铝粉末是包含认为是超出常识的高Na成分含量范围的氧化铝粉末：在描述的具体方式中，作为Na2O在0.07至0.65wt％的范围内，并且使用的氧化铝粉末进一步具有在0.01至0.2wt％范围内、存在于氧化铝粉末颗粒的表面区域中的Na成分。就这样的氧化铝粉末的使用而论，由氧化铝粉末制成的绝缘体在高温下的绝缘电阻、机械强度等没有降低到期望的程度，并且这里能得到一种本发明的绝缘体，它表现出的性能可与比本发明绝缘体的Na成分含量低的常规绝缘体相比较。除此之外，使用本发明绝缘体的火花塞能保证绝缘电阻等于或高于200MΩ，这在该Na成分含量范围内按常规一直认为是不可能的，其中在把整个火花塞加热到500℃的恒定温度下、且在该温度下使电流通过在端子金属件与金属外壳之间的火花塞的条件下，测量绝缘电阻。除此之外，因为能使用成本比常规低苏打氧化铝低得多的中苏打和正常苏打氧化铝，而不是常规低苏打氧化铝，所以能实现绝缘体成本的大大减小，并由此也降低使用该绝缘体的火花塞的成本。
表1
试件号 在烧结块中的Na2O(wt％)                使用的氧化铝粉末                                组分(wt％) 在玻璃相中的Na(wt％) 烧结条件℃×(h)
总Na2O(wt％) 表面Na2O(wt％)     平均颗粒直径.(μm) Al2O3 SiO2 CaO MgO            其他
① ②
    A-1*     0.03*     0.04     0.01     3.0     94.0     2.68     1.79     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     0.33 1550×2
    A-2*     0.05*     0.07     0.02     3.0     94.0     2.67     1.78     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     0.67 1550×2
    A-3     0.07     0.10     0.03     3.0     94.0     2.66     1.77     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     0.67 1550×2
    A-4     0.12     0.17     0.05     3.0     94.0     2.64     1.74     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     1.00 1550×2
    A-5     0.25     0.35     0.14     3.0     94.0     2.57     1.68     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     1.83 1550×2
    A-6     0.41     0.63     0.19     3.0     94.0     2.49     1.6     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     2.83 1550×2
    A-7*     0.53*     0.78     0.23     3.0     94.0     2.43     1.54     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     3.67 1550×2
    A-8*     0.7*     1.02     0.36     3.0     94.0     2.35     1.45     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     4.52 1550×2
    A-9*     0.94*     1.44     0.43     3.0     94.0     2.23     1.33     0.5  BaO     0.7  B2O3 0.3     4.82 1550×2
    E-1     0.31     0.45     0.16     3.0     94     2.54     1.65     0.5  BaO     1.0     -     1.81 1550×2
    E-2     0.33     0.45     0.16     3.0     94     2.53     1.64     0.5  BaO     0.5  ZnO     0.5     1.60 1550×2
    E-3     0.30     0.45     0.16     3.0     94     2.55     1.65     0.5  B2O3 0.2  ZnO     0.8     2.00 1550×2
    E-4     0.25     0.35     0.12     3.5     93     3.45     2.2     0.5  B2O3 0.6     -     1.48 1560×2
    E-5     0.25     0.35     0.12     3.5     93     3.45     2.2     0.5  B2O3 0.3  BaO     0.3     1.98 1560×2
*表示表中的试件、值和/或类似参数在本发明的范围之外。
表2
   试件号  微孔表面密度(计数/mm2)   20℃的耐压(kV/mm)   500℃的绝缘电阻(MΩ)     强度(MPa) 在实际车辆中的耐压试验结果
    A-1*     24     43     5000     450     ○
    A-2*     36     41     4500     460     ○
    A-3     15     45     3500     480     ○
    A-4     53     40     3000     400     ○
    A-5     52     41     1000     410     ○
    A-6     41     42     500     430     ○
    A-7*     36     34     150*     450     ×
    A-8*     15     32     100*     440     ×
    A-9*     18     31     70*     460     ×
    E-1     49     43     1500     410     ○
    E-2     37     42     1800     420     ○
    E-3     28     46     1000     450     ○
    E-4     22     48     1600     430     ○
    E-5     36     47     1800     400     ○
*表示表中的试件、值和/或类似参数在本发明的范围之外。
表3
试件号   在烧结块中的Na2O(wt％)              使用的氧化铝粉末                             组分(wt％) 在玻璃相中的Na(wt％) 烧结条件℃×(h)
总Na2O(wt％)     表面Na2O(wt％)   平均颗粒直径(μm)     Al2O3    SiO2     CaO     MgO     其他
① ②
   B-1     0.01     0.02     0.007     3.0     94.0     3.19     2.0     0.8     -    -     0.10 1550×2
   B-2     0.02     0.03     0.01     3.0     94.0     3.19     1.99     0.8     -     -     0.16 1550×2
   B-3     0.05     0.07     0.02     3.0     94.0     3.17     1.98     0.8     -     -     0.51 1550×2
   B-4     0.07     0.10     0.03     3.0     94.0     3.16     1.97     0.8     -     -     0.63 1550×2
   B-5     0.10     0.14     0.05     3.0     94.0     3.15     1.95     0.8     -     -     0.83 1550×2
   B-6     0.19     0.27     0.08     3.0     94.0     3.1     1.91     0.8     -     -     1.71 1550×2
   B-7     0.20     0.28     0.11     3.0     94.0     3.1     1.9     0.8     -     -     1.68 1550×2
   B-8     0.26     0.38     0.15     3.0     94.0     3.07     1.87     0.8     -     -     1.73 1550×2
   B-9     0.32     0.45     0.16     3.0     94.0     3.04     1.84     0.8     -     -     1.86 1550×2
   B-10     0.35     0.50     0.18     3.0     94.0     3.02     1.83     0.8     -     -     1.98 1550×2
   B-11     0.38     0.58     0.20     3.0     94.0     3.01     1.81     0.8     -     -     2.53 1550×2
   B.12*     0.54*     0.77     0.27     3.0     94.0     2.93     1.73     0.8     -     -     5.44 1550×2
   B-13*     0.59*     0.98     0.30     3.0     94.0     2.9     1.71     0.8     -     -     6.23 1550×2
*表示表中的试件、值和/或类似参数在本发明的范围之外。
表4
   试件号   微孔表面密度(计数/mm2)    20℃的耐压(kV/mm  )   500℃的绝缘电阻(MΩ)    强度(MPa)   在实际车辆中的耐压试验结果
    B-1     26     46     5500     470     ○
    B-2     32     43     5000     460     ○
    B-3     28     43     4000     470     ○
    B-4     25     42     3000     450     ○
    B-5     18     41     3000     430     ○
    B-6     14     42     2500     420     ○
    B-7     23     43     2000     440     ○
    B-8     16     43     1800     450     ○
    B-9     21     41     850     430     ○
    B-10     34     41     700     430     ○
    B-11     37     39     500     370     ○
    B-12*     26     33     120*     420     ×
    B-13*     24     34     100*     410     ×
*表示表中的试件、值和/或类似参数在本发明的范围之外。
表5
试件号 在烧结块中的Na2O(wt％)            使用的氧化铝粉末                                     组分(wt％) 在玻璃相中的Na(wt％) 烧结条件℃×(h)
总Na2O(wt％)   表面Na2O(wt％)   平均颗粒直径(μm) Al2O3 SiO2 CaO MgO             其他
    ①     ②
    B-14     0.1     0.14     0.02     3.0     94.0     2.65     1.75     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.03 1550×2
    B-15     0.2     0.28     0.05     3.0     94.0     2.6     1.7     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.61 1550×2
    B-16     0.38     0.59     0.06     3.0     94.0     2.51     1.61     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.23 1550×2
    B-17     0.53     0.75     0.10     3.0     94.0     2.43     1.54     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.77 1550×2
    B-18     0.56     0.80     0.13     3.0     94.0     2.42     1.52     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.92 1550×2
表6
    试件号 微孔表面密度(计数/mm2) 20℃的耐压(kV/mm)   500℃的绝缘电阻(MΩ)     强度(MPa) 在实际车辆中的耐压试验结果
    B-14     18     48     3800     440     ○
    B-15     17     49     3000     420     ○
    B-16     22     45     3200     430     ○
    B-17     27     42     2000     410     ○
    B-18     18     44     1800     400     ○
表7
  试件号 在烧结块中的Na2O(wt％)            使用的氧化铝粉末                                   组分(wt％) 在玻璃相中的Na(wt％) 烧结条件℃×(h)
总Na2O(wt％)   表面Na2O(wt％)   平均颗粒直径(μm) Al2O3 SiO2 CaO MgO     其他
    ①     ②
    C-1     0.14     0.20     0.08     0.5     94.0     2.63     1.73     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.88 1540×2
    C-2     0.14     0.20     0.08     0.7     94.0     2.63     1.73     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.73 1540×2
    C-3     0.14     0.20     0.08     1.0     94.0     2.63     1.73     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.61 1540×2
    C-4     0.14     0.20     0.08     1.8     94.0     2.63     1.73     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     1.57 1540×2
    C-5     0.13     0.20     0.07     2.5     94.0     2.63     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.61 1560×2
    C-6     0.13     0.20     0.07     3.0     94.0     2.63     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.65 1560×2
    C-7     0.13     0.20     0.07     4.0     94.0     2.63     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.73 1560×2
    C-8     0.13     0.20     0.07     4.6     94.0     2.63     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.70 1560×2
    C-9     0.12     0.20     0.06     5.0     94.0     2.64     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.96 1580×2
    C-10     0.12     0.20     0.06     5.8     94.0     2.64     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.81 1600×2
    C-11     0.12     0.20     0.06     8.0     94.0     2.64     1.74     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.72 1600×2
    C-12     0.1     0.20     0.06     10.2     94.0     2.65     1.75     0.5  BaO  0.7  B2O3 0.3     0.67 1620×2
表8
  试件号  微孔表面密度(计数/mm2) 20℃的耐压(kV/mm)   500℃的绝缘电阻(MΩ)     强度(MPa) 在实际车辆中的耐压试验结果
    C-1     15     46     2800     460     ○
    C-2     12     48     2900     480     ○
    C-3     21     51     3500     460     ○
    C-4     18     47     3600     470     ○
    C-5     19     47     3500     470     ○
    C-6     23     46     3800     460     ○
    C-7     32     43     3800     420     ○
    C-8     45     44     3500     400     ○
    C-9     39     43     3600     400     ○
    C-10     51     42     3200     360     ○
    C-11     68     38     3000     320     ○
    C-12     92     36     3000     300     ○
表9
  试件号 在烧结块中的Na2O(wt％)             使用的氧化铝粉末                               组分(wt％)   在玻璃相中的Na(wt％) 烧结条件℃×(h)
   总Na2O(wt％)   表面Na2O(wt％)   平均颗粒直径(μm) Al2O3 SiO2 CaO MgO     其他
   ①    ②
    D-1     0.10     0.20     0.06     3.0     80.0     10.6     6.7     2.6   -     -     0.41 1550×2
    D-2     0.10     0.20     0.06     3.0     85.0     7.9     5.0     2.0   -     -     0.53 1550×2
    D-3     0.13     0.20     0.06     3.0     92.0     3.13     2.64     2.1   -     -     0.96 1550×2
    D-4     0.13     0.20     0.06     3.0     95.0     2.13     1.64     0.6   -     -     1.55 1560×2
    D-5     0.14     0.20     0.06     3.0     97.0     1.53     0.93     0.4   -     -     1.82 1560×2
    D-6     0.14     0.20     0.06     3.0     98.0     0.93     0.63     0.3   -     -     1.96 1580×2
    D-7     0.15     0.20     0.06     3.0     99.0     0.52     0.23     0.1   -     -     3.21 1600×2
表10
  试件号 微孔表面密度(计数/mm2) 20℃的耐压(kV/mm)   500℃的绝缘电阻(MΩ)     强度(MPa) 在实际车辆中的耐压试验结果
    D-1     98     37     2000     350     ○
    D-2     90     41     2200     410     ○
    D-3     36     47     3200     450     ○
    D-4     22     50     3500     470     ○
    D-5     53     44     3800     470     ○
    D-6     67     40     2500     460     ○
    D-7     88     35     1800     380     ○
表11
试件号   在Al2O3中的Na2O(％) Al2O3含量(％)   SiO2含量(％)   CaO含量(％)   MgO含量(％)        其他含量 柠檬酸含量(ext.％) pH(-) 橡胶模压性能 半成品的弯曲强度(MPa)
    BaO(％)     ZnO(％)
    1     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     0.0     10.5     ×     2.2
    2     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     0.5     9.3     △     3.3
    3     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     1.0     8.8     ○     5.2
    4     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     1.5     8.1     ○     5.5
    5     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     2.0     7.2     ○     5.3
    6     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     2.5     6.5     △     3.5
    7     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     3.0     5.9     ×     2.9
    8     0.3     94     2.7     1.8     0.5     0.5     0.5     3.5     5.2     ×     2.6
表12
试件号   在Al2O3中的Na2O(％)   Al2O3含量(％)    SiO2含量(％)    CaO含量(％)     MgO含量(％)         其他含量 柠檬酸含量(ext.％)   pH(-)   橡胶模压性能 半成品的弯曲强度(MPa)
BaO(％) ZnO(％)
    1     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     0.0     10.7     ×     2.0
    2     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     1.0     10.1     ×     3.1
    3     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     2.0     9.4     △     5.2
    4     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     3.0     8.9     ○     5.6
    5     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     4.0     8.2     ○     5.3
    6     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     5.0     7.6     ○     5.4
    7     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     6.0     7.1     ○     5.2
    8     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     7.0     6.5     △     3.4
    9     0.3     93     3.2     2.3     0.5     0.5     0.5     8.0     5.8     ×     2.8

Claims (29)

1.一种火花塞，包括：
一个金属外壳，布置在一根中心电极外面；
一根接地电极，布置成相对着中心电极，接地电极的一端连接到金属外壳上；及
一个绝缘体，安置在中心电极与金属外壳之间，并且围绕着中心电极的外侧，其中
绝缘体包括氧化铝作为主要成分，并且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，及
通过使电流通过一个金属端子与金属外壳之间的绝缘体、同时把整个火花塞保持在约500℃下测量的绝缘电阻是200MΩ或更高。
2.根据权利要求1所述的火花塞，其中绝缘体包括作为转换成Al2O3的值在95至98wt％范围内的Al成分。
3.根据权利要求1或2所述的火花塞，其中绝缘体包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分、和作为转换成Al2O3的值在85至98wt％范围内的Al成分，及其中
绝缘体的结构用如下成分建造：在氧化铝含量中的99wt％或更多的氧化铝基基质相晶粒作为主要相；和一种玻璃相，形成在氧化铝基基质相颗粒的晶粒边界区域中，并且在玻璃相中存在的Na成分含量WGNa在0.4至2wt％的范围内。
4.根据权利要求1至3任一项所述的火花塞，其中
绝缘体包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，并且进一步包括分别作为转换成K2O和Li2O的值总量等于或小于0.2wt％的K成分和Li成分。
5.根据权利要求4所述的火花塞，其中
绝缘体包括作为相应氧化物除Na成分之外总含量等于或小于0.05wt％的碱性金属成分。
6.根据权利要求1至5任一项所述的火花塞，其中绝缘体包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，并且进一步包括从由Si、Ca、Mg、Ba、Zn和B成分组成的组中选择的一种或多种，其总含量在从总重量中排除作为转换成Al2O3的值的Al成分的重量之后，分别作为转换成剩余重量的SiO2、CaO、MgO、BaO、ZnO和B2O3的值为60wt％或更高。
7.根据权利要求6所述的火花塞，其中绝缘体包括从由Si、Ca和Mg成分组成的组中选择的一种或多种，在从总重量中排除作为转换成Al2O3的值的Al成分的重量之后，分别作为转换成剩余重量的SiO2、CaO和MgO的值为60wt％或更高的总含量。
8.根据权利要求6或7所述的火花塞，其中绝缘体包括作为氧化物总含量0.2至1.2wt％范围内的Ba和B成分的至少一种。
9.根据权利要求1至8任一项所述的火花塞，其中在绝缘体的截面结构中观察的每个具有等于或大于10μm尺寸的微孔数量，作为截面每1mm2的平均计数等于或小于100。
10.根据权利要求1至9任一项所述的火花塞，其中作为绝缘体的原料，使用作为转换成Na2O的值其Na成分含量高达0.07至0.65wt％、和在其颗粒的表面区域中作为转换成Na2O的值Na成分在0.01至0.2wt％范围内的氧化铝粉末。
11.根据权利要求1至10任一项所述的火花塞，其中绝缘体在20C下具有35kV/mm或更高的绝缘耐压。
12.一种用于火花塞的氧化铝基绝缘体，该绝缘体包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，并且在20℃下具有35kV/mm或更高的绝缘耐压。
13.一种用于火花塞的氧化铝基绝缘体，该绝缘体包括作为主要成分的氧化铝，并且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，其中包括的Al成分作为转换成Al2O3的值在95至98wt％的范围内。
14.一种用于火花塞的氧化铝基绝缘体，该绝缘体包括作为主要成分的氧化铝，并且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，其中包括的Al成分作为转换成Al2O3的值在85至98wt％的范围内，其中绝缘体的结构用如下成分建造：在氧化铝含量中的99wt％或更多的氧化铝基基质相晶粒，作为主要相；和一种玻璃相，形成在氧化铝基基质相晶粒的晶粒边界区域中，并且在该相中存在的Na成分含量WGNa在0.4至2wt％的范围内。
15.一种用于火花塞的氧化铝基绝缘体，该绝缘体包括作为主要成分的氧化铝，并且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，及又包括分别作为转换成K2O和Li2O的值总含量等于或小于0.2wt％的K成分和Li成分。
16.一种用于火花塞的氧化铝基绝缘体，该绝缘体包括作为主要成分的氧化铝，并且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分，及又包括从由Si、Ca、Mg、Ba、Zn和B成分组成的组中选择的一种或多种，其总含量在从总重量中排除作为转换成Al2O3的值的Al成分的重量之后，分别作为转换成剩余重量的SiO2、CaO、MgO、BaO、ZnO和B2O3的值为60wt％或更高。
17.根据权利要求12至16任一项所述的绝缘体，在其截面结构中观察到的每个具有等于或大于10μm尺寸的微孔数量，作为截面每1mm2的平均计数等于或小于100。
18.根据权利要求12至17任一项所述的绝缘体，作为其原料，使用包括作为转换成Na2O的值其Na成分含量高达0.07至0.65wt％、和在其颗粒的表面区域中作为转换成Na2O的值Na成分在0.01至0.2wt％范围内的氧化铝粉末。
19.一种用于火花塞的氧化铝基绝缘体的生产方法，其中使用包括作为转换成Na2O的值其Na成分含量高达0.07至0.65wt％、和在其颗粒的表面区域中作为转换成Na2O的值其Na成分在0.01至0.2wt％范围内的氧化铝粉末，包括氧化铝粉末作为主要成分的原料粉末形成规定绝缘体形状作为半成品，并且烧结半成品，由此得到一种包括氧化铝作为主要成分、且进一步包括作为转换成Na2O的值在0.07至0.5wt％范围内的Na成分的绝缘体。
20.根据权利要求19所述的用于绝缘体的生产方法，其中氧化铝粉末是由拜耳法生产的粉末。
21.根据权利要求19或20所述的用于绝缘体的生产方法，其中通过把包括从由Si、Ca、Mg、Ba、Zn和B成分组成的组中选择的一种或多种，分别作为转换成SiO2、CaO、MgO、BaO、ZnO和B2O3的值总含量在0.1至15份重量范围内的添加元素基原料，混合到85至98份重量的氧化铝粉末中来制备要使用的原料粉末。
22.根据权利要求19至21任一项所述的用于绝缘体的生产方法，其中氧化铝粉末颗粒作为平均颗粒尺寸在1至5μm的范围内。
23.根据权利要求19至22任一项所述的用于绝缘体的生产方法，其中使用中的氧化铝粉末包括除不可避免包括的Na成分之外作为氧化物总含量等于或小于0.05wt％的碱性金属成分。
24.根据权利要求19至23任一项所述的用于绝缘体的生产方法，其中不仅把规定量的粘合剂混合在原料粉末中以制备预成形用粉末，而且把适当酸性成分添加到预成形用粉末中，以把预成形用粉末的pH值调节成被降低，此后，使pH调节后的预成形用粉末经受模压成形以生产半成品，并且然后烧结半成品以得到绝缘体。
25.根据权利要求24所述的用于绝缘体的生产方法，其中把预成形用粉末的pH值调节到在6至10的范围内。
26.根据权利要求24或25所述的用于绝缘体的生产方法，其中把亲水粘合剂用作粘合剂。
27.根据权利要求26所述的用于绝缘体的生产方法，包括步骤：
把规定量的水基溶剂和亲水粘合剂添加到原料粉末中；
把溶剂和粉末彼此相混合以形成粉浆；
把酸性成分添加到粉浆中，以把粉浆的pH值调节成在6至10的范围内；
喷射雾化和干燥粉浆，以生产预成形用粉末的小粒；及
模压成形小粒以得到半成品。
28.根据权利要求27所述的用于绝缘体的生产方法，其中100份重量的模压成形小粒添加有0.5至2.0份重量的水，并且在添加水之后，使模压成形小粒经受模压成形。
29.根据权利要求24至28任一项所述的用于绝缘体的生产方法，其中该酸性成分或各酸性成分，是从由诸如硼酸、硅胶、碳酸和磷酸之类的无机酸；诸如柠檬酸、草酸、酒石酸和乙酸之类的有机酸；及诸如硫酸铵和硝酸铵之类的弱碱和强酸的盐组成的组中选择的一种或多种。
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