CN1284286C - 火花塞用绝缘子以及使用该绝缘子的火花塞 - Google Patents

Abstract

用于火花塞的绝缘子含有作为主组分的氧化铝(Al₂O₃)。该绝缘子由含有至少一种稀土元素和0.05重量%或更低的以氧化物计的钠(Na)的氧化铝基烧结体制成。该氧化铝基烧结体的理论密度比为95%或更高。

Description

火花塞用绝缘子以及使用该绝缘子的火花塞

本发明涉及用作内燃机内部混合燃料气体点火源的火花塞，还涉及用于该火花塞中的绝缘子。

用于内燃机(例如汽车发动机)中的火花塞，一般包括火花塞绝缘子(下文简称为“绝缘子”)，一种通过烧结氧化铝基(Al₂O₃)材料制备的氧化铝基烧结体。其原因是，氧化铝具有优越的热、机械和耐电压性能。为了降低烧成温度，一般在制造绝缘子(即氧化铝基烧结体)时，使用由氧化硅(SiO₂)、氧化钙(CaO)、和氧化镁(MgO)组成的三元素烧结助剂。

在内燃机的燃烧室中由火花放电产生的热燃气(在2000至3000℃范围)的影响下，火花塞绝缘子暴露于约500-700℃的高温下。因此，对于火花塞绝缘子而言，重要的是具有从室温至高温范围内的优异的耐电压性能。近年来，随着额定功率的增加和内燃机的小型化，已经打算使燃烧室内部的入口阀或排出阀所占面积增加以及每个汽缸采用四个阀。其结果是，火花塞本身制造得更为紧凑(具有较小的直径)。最后，需要减少绝缘子的厚度。而且，需要绝缘子即使在暴露于约500-700℃的高温下时也具有优异的耐电压性能。

如果绝缘子(即氧化铝基烧结体)是通过使用上述三元素烧结助剂制备的，在烧结该三元素烧结助剂(主要由Si组成)后，在氧化铝晶粒的晶界处存在低熔点玻璃相。当如此制备的绝缘子暴露于约700℃的温度下时，该低熔点玻璃相在热的作用下软化。因此，耐电压性能下降。减少低熔点玻璃相的可行办法是，当制备绝缘子时减少用于烧结的烧结助剂的量。然而，此种办法将不能使绝缘子具有紧密晶粒，或者即使在该步骤中出现绝缘子的紧密晶粒时，在氧化铝晶粒的边界处仍留存有许多孔。其结果将导致耐电压性能的下降。

在氧化铝晶粒的边界处存在孔隙(残余孔)或者颗粒边界是低熔点晶相(即低熔点玻璃相)的情况下，当该绝缘子暴露于约700℃的温度下并且几十千伏的高电压施加给火花塞以便引起火花放电时，电场集中在位于晶界处的残余孔隙处，或晶粒相软化这也将导致横穿绝缘子的绝缘性能的下降(即火花击穿)。

粗氧化铝是用于绝缘子的材料，也是经常使用的材料，该材料用Bayer方法制备(下文中该原料被称作“Bayer-氧化铝”)。在Bayer方法中，氧化铝从铝土矿中用湿法提取，铝土矿是主要的铝矿。在该方法中，水溶液中含有相当高浓度的烧碱(NaOH)作为提取介质。如果绝缘子主要是由Bayer-氧化铝按照前述方法制备时，在许多情况下碱金属钠(Na)(或者苏打化合物)将不可避免地以NaOH或Na₂O的形式存在于氧化铝中。

钠具有高离子导电性。如果在氧化铝中存在过量的钠，由此种氧化铝制备的绝缘子的耐电压性能下降；特别是当绝缘子暴露于500℃或者更高的温度下时的耐电压性能，或者其机械强度下降。

本发明的一个目的是提供一种绝缘子(氧化铝基烧结体)，它可以防止受绝缘子中形成的存在于晶界处的残余孔隙的影响或者受晶界处的低熔点玻璃相的影响而导致绝缘子被击穿，当绝缘子暴露于约500-700℃的温度下时具有非常优异的耐电压性能，并且具有紧凑的晶粒。本发明还提供一种使用该绝缘子的火花塞。

根据本发明的第一方面，提供了一种火花塞，包括作为主组分的氧化铝(Al₂O₃)，其中该绝缘子由氧化铝基烧结体制备，该氧化铝基烧结体含有至少一种以氧化物存在的稀土元素和以氧化物计的0.05％(重量)或更少的钠，并具有高于95％的理论密度比。

根据本发明，只要至少一种稀土元素包含在由氧化铝基烧结体制备的绝缘子内，该绝缘子就具有在约700℃的高温下优异的耐电压性能。稀土元素包括镧系，范围为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)和镥(Lu)，所有这些属于周期表中的IIIA族。只要任何一种稀土元素包含在绝缘子(即氧化铝基烧结体)中，则该绝缘子的耐电压性能就可以得到提高。其原因是，含有稀土元素的晶界相在氧化铝晶粒的晶界处产生，从而使晶界相的熔点得以提高。

在本发明中，由氧化铝基烧结体组成的绝缘子中存在稀土元素以及以氧化物计的钠的含量设定在0.05％(重量)或更少是重要的。当绝缘子(即氧化铝基烧结体)中的钠含量超过0.05％(重量)时，产生由钠离子带来的离子导电性。绝缘子的耐电压性能，特别是在500℃或更高的高温下的耐电压性能在离子导电性的影响下恶化。因此，含有稀土元素的绝缘子填塞物耐电压性能的改进可通过将钠含量限制在0.05％(重量)而得以保持。理论上，希望钠含量在0％(重量)。然而，如上所述，氧化铝通常根据Bayer方法制备，因此不可避免地在氧化铝中含有痕量的钠(以纳克计)。

另外，在本发明中，绝缘子(即该氧化铝基烧结体)的理论密度比设定为95％或更高。其结果是，残余孔数减少，在这些孔处产生于氧化铝晶界处的电场将发生集中；特别是，绝缘子可制成密实晶粒的。此处“理论密度”表示根据混合规则，由组成烧结体的以氧化物计的各种元素的量计算的密度。而且，“理论密度比”表示用阿基米德(Archimedes)方法测得的烧结体密度与理论密度之比。

更具体地说，在本发明中，在组成火花塞绝缘子的氧化铝基烧结体中含有至少一种稀土元素，而且不可避免地存在于氧化铝中的钠含量被控制在0.05％(重量)或更少。另外，烧结体的理论密度比设定为95％或更高。本发明的火花塞在约500-700℃高温下耐电压性能方面优越于常规的火花塞。因此，当将该火花塞提供给具有薄绝缘子的紧凑的火花塞或者提供给用于高电压内燃机(其中燃烧室处于高温下)的火花塞时，可以有效地避免绝缘破坏(或者火花塞击穿)的问题。

根据本发明的第二方面，第一方面的该火花塞绝缘子含有以氧化物计数量为0.01-18％(重量)的稀土元素。从更有效地提高约700℃高温下的耐电压性能方面考虑，希望含有稀土元素。

进而，根据本发明的第三方面，在第一方面的火花塞中，该稀土元素包括一种或两种选自镧(La)、镨(Pr)和钕(Nd)的成分，并且具有至少一种稀土元素-β-氧化铝(化学式为：稀土元素Al₁₁O₁₈)结构的晶相。

稀土元素限定为La、Pr和Nd的原因在于其它稀土元素的三价离子具有较小的离子半径，因而无法在绝缘子(氧化铝烧结体)内部形成具有稀土元素-β-氧化铝结构(下文中简称为“稀土元素-β-氧化铝晶相”)的晶相。该稀土元素-β-氧化铝晶相是熔点接近于2000℃的高熔点晶相。改进晶相的结果是，可以提高绝缘子在约700℃高温下的耐电压性能。对在绝缘子中产生该稀土元素-β-氧化铝晶相的位置没有限制。优选的，该稀土元素-β-氧化铝晶相延伸至该绝缘子的内部(即该氧化铝基烧结体)。更优选的，稀土元素-β-氧化铝晶相存在于两个和/或三个晶粒的晶界处。

用La的JCPDS卡片进行对比，Pr或Nd的JCPDS卡片中没有关于稀土元素-β-氧化铝的记载。因此，由Pr或Nd形成的稀土元素-β-氧化铝无法直接证明。然而，“Pr”和“Nd”的离子半径基本上与La³⁺相同。因此，Pr和Nd的X射线衍射谱与JCPDS卡片(No.33-699)中关于稀土元素-β-氧化铝的描述相似。为了引入稀土元素-β-氧化铝晶相，可向原料中加入稀土元素-β-氧化铝以便作为预先备好的原料粉末。然而，在此种情况下，在烧成中晶粒表现出显著的各向异性，并因而阻碍密实晶粒烧结体的形成。为避免上述问题发生，优选在烧成中形成晶相。

优选的，根据本发明的第四方面，第一至第三方面的火花塞绝缘子至少包括硅(Si)、钙(Ca)或镁(Mg)。在此种情况下，只要计为S的以氧化物计的硅含量(单位：重量％)，计为C的以氧化物计的钙含量(单位：重量％)，以及计为M的以氧化物计的镁含量(单位：重量％)优选的满足表达式S/(S+C+M）≥0.7即可。

当三种元素均包含在绝缘子中时，在烧成中将该元素熔融为液相。以此方式，该三种元素作为烧结助剂以促进绝缘子(即氧化铝基烧结体)密实晶粒的形成；而且该三种元素对于使绝缘子晶粒密实化是有效的。此处，Si作为烧结助剂促进绝缘子密实晶粒的形成，并作为低熔点玻璃相存在于氧化铝晶相的晶界处。在本发明中，即使当三种元素分别存在于绝缘子中时，绝缘子在约700℃高温下的耐电压性能也可通过控制Si的含量而改进。其原因可能是在绝缘子(即氧化铝基烧结体)中的氧化铝晶粒的晶界处组成的一种低熔点玻璃相的Si与对本发明所必不可少的该稀土元素一起产生高熔点相，如含有稀土元素-Si的玻璃相，从而提高了晶界相的熔点。

优选的，根据本发明的第五方面，在第四方面的火花塞中，只要计为S的以氧化物计的硅含量(单位：重量％)，计为C的以氧化物计的钙含量(单位：重量％)，以及计为M的以氧化物计的镁含量(单位：重量％)使该绝缘子满足表达式0.95≥S/(S+C+M)≥0.75即可，因此用于火花塞的该绝缘子至少具有莫来石(Al₆Si₂O₁₃)晶相。在本发明中，当该三种元素包含在该绝缘子中时，控制硅的含量使其落入表达式的范围内。结果是，Si与稀土元素一起产生高熔点晶相，从而可生成具有1900℃左右的高熔点的莫来石晶相。可以改进绝缘子在约700℃高温下的耐电压性能。当硅的比例少于0.75或超过0.95时，未发现产生莫来石晶相。具体地说，控制硅的比例以便落在表达式0.92≥S/(S+C+M)≥0.78的范围内，可更有效地在绝缘子(即氧化铝基烧结体)中生成莫来石晶相。此处，对于莫来石晶相在绝缘子中的位置没有特别限制。优选的，莫来石晶相存在于两个和/或者三个晶粒的晶界处。

另外，根据本发明的第六方面，提供一种火花塞，包括：轴向形中心电极；以径向方向围绕该中心电极设置的主金属壳体；其中一端固定在主金属壳体上并面对中心电极的接地电极；以及如第一至第五方面中的任何一种所限定的火花塞绝缘子，将其设置在该中心电极和该主金属壳体之间并覆盖该中心电极的径向区域。

其结果是，可以提供一种在约700℃的高温下具有优异的耐电压性能并可防止绝缘损害(火花击穿)的火花塞。

根据本发明的第七方面，提供了一种火花塞绝缘子，其含有作为主组分的氧化铝(Al₂O₃)，其中该绝缘子是由氧化铝基烧结体制备的，该氧化铝基烧结体含有硅(Si)和至少一种稀土元素并具有大于95％的理论密度比。

根据本发明的第七方面，Si和至少一种稀土元素包含在由氧化铝基烧结体制成的绝缘子中，该绝缘子在约700℃的高温下具有优异的耐电压性能。可能的原因是，在绝缘子中含有硅和稀土元素，这些元素作为烧结助剂在烧成中熔融并且形成液相，从而促进绝缘子的晶粒密实化。更具体地说，在绝缘子中含有硅的结果是，可以生产具有更少量残余孔的密实晶粒绝缘子，在该残余孔处产生于氧化铝晶界处的电场易发生集中。

本发明的绝缘子通过在绝缘子中混合Si和稀土元素可以制成晶粒更密实的绝缘子。在此情况下，重要的是将成品绝缘子的理论密度比设定在95％或更高。如果绝缘子的理论密度比小于95％，那么该绝缘子在约700℃温度下的耐电压性能受损。

此处，Si用作烧结助剂以促进绝缘子的晶粒密实并作为低熔点玻璃相存在于氧化铝晶相的晶界处。在第一方面中，重要的是在绝缘子中含有一种或更多种稀土元素。如果该稀土元素与硅一起存在于绝缘子中，则稀土元素和硅一起产生高熔点相，如在烧成中形成的晶界相内部形成含有稀土元素-硅的玻璃相，从而改进晶界相的熔点。产生高熔点相的结果是，可以防止或减少可能发生在约700℃高温下的晶界相的软化，从而改进绝缘子的耐电压性能。本发明使用的稀土元素包括镧系，其范围是钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)和镥(Lu)，所有这些均属于周期表的IIIA族。在绝缘子(即氧化铝基烧结体)中含有上述稀土元素中的任何一种。因此，晶界相的熔点得以提高，这使得绝缘子的耐电压性能得以提高。

更具体地说，在组成火花塞绝缘子的氧化铝基烧结体中至少含有硅和一种或多种稀土元素，并且烧结体的理论密度比设定为95％或更高。本发明的火花塞与常规火花塞相比，在约700℃的高温下具有优异的耐电压性能。因此，当将该火花塞用于具有薄绝缘子的紧凑火花塞中或者用于其燃烧室处于高温的高功率内燃机的火花塞中时，可以有效地避免绝缘损害(或火花击穿)问题。

根据本发明的第八方面，第七方面的绝缘子含有0.01-18％(重量)的以氧化物计的稀土元素。从更有效的改进在约700℃高温下的耐电压性能方面考虑，希望含有稀土元素。

优选的，根据本发明的第九方面，本发明第七至八方面的火花塞绝缘子还含有钙(Ca)或镁(Mg)。在该情况下，只要计为S的以氧化物计的硅含量(单位：重量％)，计为C的以氧化物计的钙含量(单位：重量％)，以及计为M的以氧化物计的镁含量(单位：重量％)满足表述式S/(S+C+M)≥0.7即可。

在该情况下，Si、Ca和Mg熔融并在烧成过程中引入液相且作为烧结助剂以促进绝缘子(即氧化铝基烧结体)的晶粒密实化，从而改善绝缘子的晶粒密实化程度(改善绝缘子的理论密度)。当三种元素即Si、Ca和Mg均存在于绝缘子中时，控制硅的比例使之落入表达式所限定的范围内，在烧成过程中Si与稀土元素一起有效地在晶界相内部生成高熔点相，从而改进该绝缘子的耐电压性能。

优选的，根据本发明的第十方面，本发明第八方面的火花塞绝缘子包括至少一种通过满足表达式0.95≥S/(S+C+M)≥0.75而形成的莫来石(Al₆Si₂O₁₃)晶相。当上述三种元素存在于该绝缘子中时，如果硅含量的比例控制在落入表达式的范围内时，Si和稀土元素一起可有效地在晶界相内部生成高熔点相，并进而形成熔点在1900℃左右的莫来石晶相。绝缘子在约700℃高温下的耐电压性能可得到改进。

当表达式中Si的比例小于0.75或超过0.95时，几乎无法发现莫来石晶相。具体地说，将硅的比例控制在落入表达式0.92≥S/(S+C+M)≥0.78所限定的范围内，可更为有效地在绝缘子(即氧化铝基烧结体)内形成莫来石晶相。此处，对莫来石晶相在绝缘子中形成的位置并无特别限制。优选的，该莫来石晶相存在于绝缘子(即氧化铝基烧结体)内部。更优选的，莫来石晶相存在于两个和/或三个晶粒的晶界处。

优选的，根据本发明第十一方面，在第七至第十方面的火花塞中，绝缘子中的稀土元素至少包括钕(Nd)。绝缘子中含有钕的结果是，与含有其它稀土元素的绝缘子相比，许多绝缘子在约700℃高温下的耐电压性能值的变化较小。其结果是，在大规模生产中，可以可靠地生产出在约700℃的高温下具有优异耐电压性能的绝缘子。

另外，根据本发明的第十二方面，该第十一方面中的绝缘子至少包括作为稀土元素的钕(Nd)，以便在绝缘子内部形成稀土元素-β-氧化铝(化学式为：稀土元素-Al₁₁O₁₈)结构的晶相(下文中简称为“稀土元素-β-氧化铝晶相”)，该晶相为熔点接近于2000℃的高熔点晶相。

其原因是，Nd三价离子的离子半径小于其它稀土元素的离子半径。因此，认为Nd与Si结合生成高熔点晶相并与Al结合形成稀土元素-β-氧化铝晶相(即稀土元素-Al₁₁O₁₈晶相)。产生稀土元素-β-氧化铝晶相的结果是，绝缘子的耐电压性能得以提高。对在绝缘子中产生该稀土元素-β-氧化铝晶相的位置没有特别限制。优选的，该稀土元素-β-氧化铝晶相延伸至绝缘子(即氧化铝基烧结体)内部。更优选的，稀土元素-β-氧化铝晶相存在于两个和/或三个晶粒的晶界处。

而且，即使当用La和Pr代替Nd加入到绝缘子中时，也可产生该稀土元素-β-氧化铝晶相。然而，考虑到各绝缘子耐电压值的变化，希望形成至少含有Nd的晶相。另外，为了引入稀土元素-β-氧化铝晶相，稀土元素-β-氧化铝可作为原材料粉末预先加入。然而，在此情况中，在烧成过程中晶粒表现出显著的各向异性，并因而阻碍烧结体的晶粒密实化。为防止该问题，希望在烧成过程中产生晶相。

根据本发明第十三方面，提供了一种制备火花塞绝缘子的方法，其包括下述步骤：通过向作为绝缘子主组分的氧化铝粉末中至少混入硅化合物粉末和一种或多种类型的稀土元素粉末而制备原材料粉末；由该原材料粉末形成具有预定绝缘子形状的成型；以及将该成型体在1450至1650℃的温度下于气氛中烧结1-8小时。控制该无机基粉末的平均颗粒尺寸并且将成型体在前述烧成条件下烧结，从而在烧结过程中使粉末晶粒之间的反应(接触)得以改进。因此，可以在成品绝缘子内有效地生成高熔点晶相。通过改进粉末晶粒之间的反应，可以使绝缘子的烧成收缩得以改进，并且可有效制备理论密度比为95％或更高的晶粒密实的绝缘子。

另外，根据本发明的第十四方面，提供了一种火花塞，其包括：延伸以形成轴的中心电极；径向围绕该中心电极的主金属壳体；一端固定于主金属壳体上并面向该中心电极设置的接地电极；以及如上述在第七至第十二方面中定义的任何一种火花塞绝缘子，该绝缘子位于该中心电极和该主金属壳体之间并覆盖该中心电极的径向区域。其结果是，可提供一种火花塞，在约700℃的高温下具有优异的耐电压性能并且能够防止绝缘损害(火花击穿)。

附图说明：在附图中：

图1为显示根据本发明一个实施方案的火花塞前视图和截面图；

图2A和2B为表明本发明实施方案的火花塞绝缘子纵向截面图；

图3为含有Nd-β-氧化铝晶相(Al₁₁NdO₁₈)的第10号样品的X射线衍射图；

图4是含有莫来石晶相(Si₂Al₆O₁₃)的第8号样品的X射线衍射图；

图5是在700℃温度下测试每个试片耐电压性能的设备的示意图；以及

图6是表示根据本发明第二个实施方案的第25和27号样品试片的耐电压值的变化的曲线图。

下面将详细描述本发明。

首先，本发明优选的实施方案将参照附图进行详细说明。

在如图1所示的本发明的一个实施方案中，火花塞100包括延伸以形成轴的中心电极3；沿径向覆盖中心电极3外围的绝缘子2；以及容纳绝缘子2的主金属壳体4。该主金属壳体4例如由碳钢(JIS-G3507)制备。接地电极5的一端5a焊接在主金属壳体4引出端4a的外端。接地电极5的另一端延伸并基本上弯折为L形朝向中心电极3的尖端3a，从而在中心电极3(即尖端3a)和接地电极5之间限定出预定的火花隙“g”。

在本发明主要部件绝缘子2中沿绝缘子2的中心轴方向0形成通孔6。端电极7固定地插入通孔6一个轴端，而中心电极3固定地插入通孔6的另一个轴端。而且，电阻器8通过通孔6设置在端电极7和中心电极3之间。电阻器8的一端与端电极7电连接，其间插入导电玻璃层9。电阻器8的另一端与中心电极3实现电连接，其间插入导电玻璃层10。组成电阻器8的电阻器组分是通过将玻璃粉末和导电材料粉末(除玻璃粉末外，所需要的还有陶瓷粉末)相混合的，并通过热片压(hot plate press)的方式烧结所得到的混合物而制成。可替代的是，电阻器8可省略，并且中心电极3和端电极7可整体连接在一起，其中夹有单层导电玻璃密封层。

在绝缘子2中沿绝缘子2中心轴方向O形成通孔6。将中心电极3插入其中的该通孔6。整个绝缘子2由本发明的绝缘材料制成。更具体地说，该绝缘材料由主组分氧化铝(Al₂O₃)制成；换句话说，该绝缘材料由氧化铝基烧结体制成，其含有0.01至18％(重量)的一种或多种氧化物形式的稀土元素，以及含有0.05％(重量)或更少的以氧化物计的钠(Na)。可选择的是，该绝缘材料由主组分氧化铝(Al₂O₃)制成，也就是氧化铝基烧结体至少含有硅(Si)和一种或多种类型的稀土元素。具体地说，该氧化铝基烧结体含有0.01至18％(重量)的以氧化物计的稀土元素。

更具体地说，如图1所示，制成的绝缘子2沿轴向在绝缘子2的中间位置形成突起部分2e例如凸缘，以便向外径向凸出。如果以朝向中心电极3的尖端3a的方向作为“前”，绝缘子2向后部延伸越过突起部分2e的部分作为主体2b，该主体2b与突起部分2e相比较细。突起部分2e的前侧紧随第一轴部件2g，该轴部件比突起部分2e细，随后是比第一轴部件2g细的第二轴部件2i。主体2b的外圆周表面涂覆有釉2d，并且在主体2b后端附近的外圆周表面上形成波纹状物2c。第一轴部件2g的外圆周表面基本上制成圆筒状，并且第二轴部件2i的外圆周表面基本上形成圆锥形以便在向尖端3a靠近时逐渐变细。

在绝缘子2中形成的通孔6被分为向其中插入中心电极3的基本上为圆筒状的第一部分6a，和位于第一部分6a(即位于图1中上方)后部的第二部分6b，该后部基本上为圆筒形以便比第一部分6a的直径在。如图1所示，端电极7和电阻器8安装在第二部分6b中，而中心电极3插入第一部分6a中。用于固定电极3的突起部分3b形成于中心电极3后部附近的外圆周表面处，以便向外凸出。通孔6的第一部分6a和第二部分6b在第一轴部件2g中相互连接在一起。用于容纳中心电极3的突起部分3b的突起-容纳表面6c在第一部分6a与第二部分6b交汇处形成圆锥形或弯曲表面。

位于第一轴部件2g和第二轴部件2i之间的连接部件2h的外圆周表面形成阶梯形。在主金属壳体4c上形成的用作啮合部件的突起部分4c与该连接部件2h啮合，其间插入环形垫片11，以便防止绝缘子2沿轴向发生移动。用于与凸缘状突起部分2e的后边缘啮合的环状密封线12插入主金属壳体4后部开口的内表面和绝缘子2的外表面之间。在环状密封线12后部设置环状密封线14，其间填充滑石粉13。将绝缘子2从前方用力插入主金属壳体4中，并且当绝缘子2插入主金属壳体4中时，主金属壳体4开口的边缘沿密封线14向内堵住弯曲表面，从而形成一填充部件4b。该绝缘子2借助于该填充部件4b固定在主金属壳体4中。

图2A和2B分别显示不同实施例中的绝缘子2。绝缘子2各部分的尺寸典型地限定如下：

·总长度L1：30至75mm

·第一轴部件2g的长度L2：0至30mm(不包括延伸在第一轴部件2g和突起部分2e之间的连接部件2f的那部分长度，但是包括延伸在第一轴部件2g和第二轴部件2i之间的连接部件2h的那部分长度)

·第二轴部件2i的长度L3：2至27mm

·主体2b的外径D1：9至13mm

·突起2e部分的外径D2：11至16mm

·第一轴部件2g的外径D3：5至11mm

·第二轴部件2i的外径D4：3至8mm

·第二轴部件2i尖端的外径D5(当尖端表面的外周边是弯曲的或者倾斜的时，直径D5代表包括中心轴O在内的尖端横截面以内的位于弯曲或斜切部分底部的尖端部分外径)：2.5至7mm

·通孔6的第二部分6b的内径D6：2至5mm

·通孔6的第一部分6a的内径D7：1至3.5mm

·第一轴部件2g的厚度t1：0.5至4.5mm

·第二轴部件2i底部的厚度t2(与中心轴O成直角方向)：0.3至3.5mm

·第二轴部件2i的尖端部分厚度t3(对应于与中心轴O成直角的方向。当尖端表面的外周边为弯曲的或者倾斜的时，厚度t3代表在包括中心轴O的尖端横截面部分内在弯曲或倾斜部分底部的尖端厚度)：0.2至3mm

·第二轴部件2i的平均厚度tA{(t1+t2)/2}：0.25至3.27mm

图2A中所示的绝缘子2的各部分具有如下尺寸：L1＝约60mm；L2＝约10mm；L3＝约14mm；D1＝约11mm；D2＝约13mm；D3＝约7.3mm；D4＝5.3mm；D5＝约4.3mm；D6＝3.9mm；D7＝2.6mm；t1＝1.7mm；t2＝1.3mm；t3＝0.9mm；和tA＝1.5mm。

如图2B所示的绝缘子第一轴部件2g和第二轴部件2i与图2A中所示的绝缘子2的这些部件相比较长。更具体地说，图2B中所示绝缘子2的各部件具有如下尺寸：L1＝约60mm；L2＝约10mm；L3＝约14mm；D1＝约11mm；D2＝约13mm；D3＝约9.2mm；D4＝6.9mm；D5＝约5.1mm；D6＝3.9mm；D7＝2.7mm；t1＝3.3mm；t2＝2.1mm；t3＝1.2mm；和tA＝2.7mm。

绝缘子2按照下述例举的方法制造。将根据Bayer方法生产的Bayer-氧化铝粉末(在100重量％的Bayer-氧化铝粉末中以氧化物计的钠含量假定为0.07重量％或更低，而且氧化铝粉末的平均颗粒尺寸为2.0μm或更低)；无机基粉末(包括硅(Si)，钙(Ca)和镁(Mg))；以及稀土元素基粉末混合并配料。另外，向该混合物中掺入亲水粘合剂例如，聚乙烯醇和水溶剂从而制备用于模铸的基本浆料。

使用含有0.07重量％或更低的以氧化物计的钠的氧化铝粉末作为原料氧化铝(Bayer-氧化铝)粉末对于制备绝缘子2是重要的。其结果是，所得到的绝缘子2含有0.05重量％或更低的钠(在烧结过程中往往会失去部分钠)。为了获得含有0.07重量％或更低以氧化物计的钠的氧化铝粉末，钠含量可通过对用Bayer法制成的Bayer-氧化铝粉末进行预定的钠清除处理直至获得预定的钠含量来控制。

可替代的是，绝缘子2也可用下述例举的方法制备。将氧化铝(Al₂O₃)粉末与由硅(Si)，钙(Ca)和镁(Mg)组成的无机基粉末混合。并且向所得到的混合物中加入稀土元素。加入亲水粘合剂(例如：聚乙烯醇)并与该混合物和水溶剂混合，从而制备用于模铸的基本浆料。

平均颗粒尺寸为2μm或更低的氧化铝粉末优选用作原料粉末的主组分。如果平均颗粒尺寸超过2μm，难以获得晶粒足够密实的烧结体，从而导致绝缘子耐电压性能的下降。为了得到优异的耐电压性能，如果需要的话，优选制备组成原料粉末的氧化铝粉末以便在烧结后，在100重量％的氧化铝基烧结体中含有75.0至99.7重量％的以氧化物计的铝。

对于用作稀土元素基粉末的物质类型并无特别限制，只要该物质可以通过烧结转化为稀土元素的氧化物即可。例如，稀土元素的氧化物或复合氧化物可作为稀土元素基粉末的例子被提及。必须控制加入的稀土元素基粉末并且按需加入，以便烧结后，100重量％的氧化铝基烧结体含有0.01至18重量％的以氧化物计的稀土元素。“稀土元素”包括范围为钪(Sc)、钇(Y)、镧(La)和镥(Lu)的镧系，所有这些属于周期表中的IIIA族。

硅可以以SiO₂粉末的形式加入到氧化铝粉末中；钙可以以CaCO₃粉末的形式加入到其中；而镁可以以MgO的形式加入到其中。考虑到Si、Ca和Mg各自除了以上述氧化物的形式使用外，还可以其它形式使用，例如氢氧化物、碳酸盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐和磷酸盐(或者以其复合氧化物形式加入)。然而在此情况下，必须使用能够通过在大气气氛中热烧结而被氧化并转化为氧化物的无机基粉末作为上述无机基粉末。

必须控制加入到氧化铝中的无机基粉末并且按需加入，以使以氧化物计的硅与无机化合物总量的比例，即以氧化物计的Si含量(S以重量％计)与以氧化物计的Ca含量(C以重量％计)，和以氧化物计的Mg含量(M以重量％计)满足下述表达式：S/(S+C+M)≥0.7。更具体地说，必须控制该粉末以满足表达式0.95≥(S+C+M)≥0.75。另外，每种无机基粉末的平均颗粒尺寸优选假定为1μm或更少。使每种无机基粉末的平均颗粒尺寸落入上述范围，从而使得在烧结过程中，平均颗粒尺寸如上所述的氧化铝粉末与稀土元素基粉末之间的反应(接触)得以改进，而且，可以改进绝缘子的烧成收缩，并且所得到的绝缘子晶粒密实。

对制备准备成型的基本浆料用的水溶剂没有特别限制。可以使用用于制备常规绝缘子的水。另外，亲水粘合剂可用作粘合剂，其例子包括聚乙烯醇(PVA)、水溶性丙烯酸树脂和糊精。其中PVA是最优选的。对于制备基本浆料的方法没有特别限制，以便使该方法能够用原料粉末、粘合剂和水的混合物制备模铸用基本浆料。只要100重量份该原料粉末，混有0.1至5重量份的粘合剂以及40至120重量份的水即可；优选使用0.5至3重量份的粘合剂和50至100重量份的水。

用喷雾-干燥法喷射并干燥该基本浆料，从而将其制成球形的小颗粒。该球形颗粒的平均颗粒尺寸假定为30至200μm；更优选的，为50至150μm。如此制得的小颗粒经橡胶压模，制备出作为绝缘子前体的压模体。所得到的压模体的外部用热固性粘合剂粘合或用磨石进行机械加工。由此，压模体被制成图2A或2B所示的外观。如此制成物在温度为1450至1650℃的温度下在空气中烧成1至8小时。而后，此烧结体用釉涂覆并再次经最终烧成，从而制得绝缘子2。

如果烧成温度低于1450℃，在某些情况下无法制备出具有足够密实晶粒的绝缘子。相反地，如果烧成温度高于1650℃，氧化铝晶粒在烧成过程中不规则生长，结果导致绝缘子的机械强度下降且在晶界处粗孔增加，这将损害绝缘子的耐电压性能。

考虑到烧成温度的需要，对成型体的烧成优选进行1至8小时。如果烧成时间少于1小时，绝缘子(即氧化铝基烧结体)晶粒不能充分密实。相反地，如果烧成时间超过8小时，氧化铝晶粒在烧成过程中异向生长。当在过高的烧成温度下(1650℃或更高)时，绝缘子的耐电压性能变坏。当绝缘子在给定的时间内保持在烧成温度范围内时，使在温度范围内的适宜温度值恒定，或者在给定的温度范围内，可以根据预定的烧成曲线改变烧成温度。

下面将详细描述火花塞100的工作情况。火花塞100通过在主金属壳体4上形成的具有螺纹的部分4d旋入发动机机体中，并且形成用于点燃被引入燃烧室中的燃料气体混合物的源头。用于火花塞100的绝缘子2由本发明的绝缘子制备。由此，在700℃左右的高温下绝缘子的耐电压性能得以提高。即使当火花塞100用于其燃烧室暴露于高温下的高功率发动机中时，火花塞100具有耐绝缘损害(火花击穿)性并且可以确保其高可靠性。

如图2A和2B所示，当啮合突起部分2e的前端紧靠沿半径方向比该突起部分2e较薄的轴部件(在此情况下，该轴部件对应于第一轴部件2g和第二轴部件2i的结合处)时，该轴部件例如第二轴部件2i将导致绝缘损害(火花击穿)。因此，本发明的绝缘子特别适合用作绝缘子2。例如，在如图2A所示的绝缘子情况下，第二轴部件2i的平均厚度tA为1.5mm。即使围绕中心电极3形成较薄部分，而如绝缘损害(火花击穿)的问题也可通过采用本发明的该绝缘子而得以有效防止或根除。

采用本发明绝缘子的火花塞并不限于如图1所示的火花塞类型。例如，本发明的绝缘子可用于这种火花塞，其中许多接地电极的尖端排列成面对中心电极的侧表面，从而在该尖端和侧表面之间限定出火花隙。在该情况下，火花塞可装配成半-表面-隙火花塞，其中该绝缘子的尖端插入到中心电极的侧表面和接地电极尖端表面之间。在此种类型的火花塞中，火花放电将横穿绝缘子尖端的表面。与气体放电型火花塞相比，该半-表面-隙火花塞在耐烟雾结垢方面得以改进。

实施例部分

实施例1

进行以下测试以用于证实本发明效果。

在表1所示的氧化铝(Al₂O₃)粉末(所有的纯度均高于99.8％)中，从平均颗粒尺寸为0.1至2.2μm的第1号至第6号氧化铝粉末中选取一种类型的氧化铝粉末。向如此选取的氧化铝粉末中加入平均颗粒尺寸为0.6μm的SiO₂粉末(纯度高于99.9％)，平均颗粒尺寸为0.8μm的CaCO₃粉末(纯度高于99.9％)，以及平均颗粒尺寸为0.3μm的MgO粉末(纯度高于99.9％)。对表2中所提供的平均颗粒尺寸为1.0至19.0μm的稀土元素氧化物(稀土元素基粉末)进行称重，以便假定出表3中给出的比例。而该混合物在进一步掺入如此称重的稀土元素基氧化物，从而制备原料粉末。该稀土元素基氧化物根据将要掺入的氧化铝、SiO₂、CaCO₃和MgO粉末的总重量进行配料，并加入到该混合物中。

只要按照原料粉末的总重量取100重量份，作为亲水粘合剂的PVA取2重量份，和作为溶剂的水取70重量份进行配料即可。在氧化铝钵中通过湿混使PVA和水与原料粉末混合，从而制备用于模铸的原料浆料。将如此制备的原料浆料通过喷雾-干燥法进行喷雾和干燥，从而制备球形小颗粒。对该小颗粒过筛后取平均颗粒尺寸为10至355μm的颗粒。将如此过筛后的小颗粒注入到橡胶压模中，并将用于形成通孔6的橡胶压栓插入到该压模中。在此情况下，小颗粒在约100MPa的压力下进行橡胶压模。压模体的外侧用热固性粘合剂粘合经研磨和机械加工形成具有预定绝缘子形状的模铸体中。而后，该模铸体在表3(需保持的最高烧成温度)提供的烧成温度下在空气中保持并烧成2小时。将如此烧成的模铸体用釉涂覆并经最终烧成，从而制成如图2A所示的绝缘子2。

如此烧制的绝缘子根据以下方法进行随后的测试和分析：

理论密度比；以氧化物计的包含在绝缘子中的稀土元素含量；以氧化物计的包含在绝缘子中的钠含量；从前述表达式S/(S+C+M)得出的值；在绝缘子中存在/缺乏稀土元素-β-氧化铝结构晶相和莫来石晶相；在700℃温度下绝缘子的耐电压值；以及将绝缘子制成火花塞时对耐电压值进行的测试。测试结果示于表4中。

(1)理论密度比：每个绝缘子的密度(相对密度)用Archimedes方法测量，测量结果以与根据混合规则得到的理论密度的比表示。

(2)绝缘子中以氧化物计的稀土元素的含量和钠的含量，通过荧光X射线光谱对绝缘子分析从而对稀土元素进行探测，其对应于转化为氧化物的稀土元素数量。在表4中提供的稀土元素中，La转化为La₂O₃，Nd转化为Nd₂O₃；Dy(镝)转化为Dy₂O₃；Er(铒)转化为Er₂O₃；Sc转化为Sc₂O₃；Y转化为Y₂O₃；而Pr转化为Pr₆O₁₁。在绝缘子中以氧化物计的钠含量以按氧化物计的绝缘子的化学分析值表示。此处，表4中提供的钠含量是以Na₂O计的含量。

(3)从S/(S+C+M)中得到的值：Si、Ca和Mg的量以氧化物计的绝缘子的化学分析决定。在如此转化的值基础上，该值由表达式得出。

(4)存在或缺乏稀土元素-β-氧化铝晶相和莫来石晶相：沿与每个绝缘子的轴成正交的方向取每个绝缘子的横截面。通过X射线衍射决定沿横截面的绝缘子结构，并判定有无相应于JCPDS卡片第33-699或第15-776所限定的光谱存在。图3所示为样品10的X射线衍射图，其中存在Nd-β-氧化铝晶相(Al₁₁NdO₁₈)。图4所示为样品8的X射线衍射图，其中存在莫来石晶相(Si₂Al₆O₁₃)。即使绝缘子中存在晶相，痕量的晶相不能清晰地从X射线衍射光谱中看出。在此情况下，认为样品绝缘子中不存在晶相。

(5)在700℃温度下绝缘子的耐电压值：该测试采用用与上述相同的小颗粒制备的测试片。更具体地说，用于模铸的小颗粒由金属压模(采用100MPa的压力)模铸并且在与烧成的绝缘子相同的条件下烧成，其中制备环状测试片20，每个经测量为0.65mm＝Φ25mm×t(厚度)。如图5所示，每个片20夹在电极21a和21b之间，并且用氧化铝绝缘管22a和22b以及密封玻璃23固定。加热箱25的内部用电加热器24加热至700℃，并为了向测试片20提供约几十千伏的高电压，使用高压发生器(CDI电源)26向测试片20施以约几十千伏的高压。此时，测量测试片20的耐电压值。

(6)当将绝缘子组装到火花塞中时进行耐电压测试：如图1所示的火花塞通过使用各个绝缘子制备。本实施方案每个火花塞的主金属壳体的螺钉部分的直径设定为12mm。该火花塞与四阀发动机(具有2000cc的排气量)相连。当在最高速度下放电和发动机速度为6000r.p.m.时电压控制在35至38kV，绝缘子尖端(位于图1中的较低区域)的温度设定为约700℃，并且发动机连续运转。在经过50小时后，评估绝缘子中是否有问题。未发现问题的绝缘子以环(○)标记，而在不到50小时就发生绝缘损害(火花击穿)的绝缘子标记为叉(×)。

                          表1

氧化铝粉末号	氧化铝粉末的平均颗粒尺寸(μm)	Na2O含量(重量％)
			①	0.6	0.04
②	1.7	0.31
			③	2.2	0.02
④	0.3	0.01
			⑤	0.1	0.001
⑥	1.5	0.06

             表2

稀土氧化物	平均颗粒尺寸(μm)
		La2O3	1.0
Pr6O11	1.0
		Nd2O3①	1.0
Dy2O3	1.5
		Er2O3	2.0
Sc2O3	1.5
		Y2O3	3.5
Nd2O3②	9.3
		Nd2O3③	19.0

                                         表3

样品号	氧化铝粉末号	配料组分(重量份)					烧成温度
								Al2O3	MgO	CaCO3	SiO2	稀土氧化物(重量份)	(℃)
		1	①	100	0	0	0							La2O3(4.00)	1550
2	①							100	0	0	0	Nd2O3①(7.00)	1550
		3	⑥	100	0	0	0							Y2O3(0.20)	1500
4	①							92	0	3.572	6.00	Pr6O11(0.02)	1500
		5	①	95	0.25	1.339	4.00							Nd2O3①(0.02)	1575
6	①							95	0.25	0.893	4.25	Dy2O3(0.20)	1550
		7	①	98	0	0.893	1.50							Er2O3(0.20)	1600
8	①							95	0.50	0.446	4.25	Sc2O3(0.20)	1550
		9	①	95	0.25	1.339	4.00							Nd2O3①(18.00)	1500
10	①							95	0.50	0.893	4.00	Nd2O3(5.00)	1450
		11	①	95	0	2.232	3.75							Dy2O3(10.00)	1475
12	①							95	0.50	0.893	4.00	La2O3(1.00)Nd2O3①(1.00)	1500
		13	④	95	0.25	0.893	4.25							Nd2O3①(3.50)	1500
14	⑤							95	0.50	0.893	4.00	Dy2O3(4.00)	1450
		15	①	95	0.75	0.446	4.00							Nd2O3②(5.00)	1575
16	①							95	0.25	0.893	4.25	Nd2O3③(7.00)	1575
		17	①	95	0.50	0.893	4.00							Dy2O3(23.00)	1525
*18	①							95	3.50	0.893	1.00	0	1550
		*19	②	95	1.00	0.893	3.50							La2O3(1.00)	1575
*20	②							95	0.25	1.339	4.00	Nd2O3①(5.00)	1525
		*21	③	100	0	0	0							Y2O3(2.00)	1500

注释：标有“* ”的样品号代表比较例。

                                       表4

样品号	理论密度比(％)	S/(S+C+M)	分析(重量值％)		晶相		耐电压值(kV/mm)	当位于中时的火花塞耐电压值
										稀土氧化物	Na2O	稀土元素-β-氧化铝	莫来石		35kV	38kV
			1	96.1	0	La2O3(3.83)	0.02	○	×								63	○	○
2	96.3	0								Nd2O3①(6.53)	0.02	○	×	66	○	○
			3	96.4	0	Y2O3(0.18)	0.05	×	×								62	○	○
4	95.8	0.73								Pr6O11(0.02)	0.03	×	×	70	○	○
			5	95.9	0.78	Nd2O3①(0.02)	0.03	×	○								69	○	○
6	95.8	0.85								Dy2O3(0.19)	0.03	×	○	72	○	○
			7	95.4	0.76	Er2O3(0.20)	0.02	×	○								70	○	○
8	95.6	0.86								Sc2O3(0.20)	0.03	×	○	71	○	○
			9	95.8	0.79	Nd2O3①(15.24)	0.02	○	×								75	○	○
10	96.2	0.80								Nd2O3①(4.74)	0.01	○	×	78	○	○
			11	95.6	0.74	Dy2O3(9.08)	0.03	×	×								72	○	○
12	96.4	0.81								La2O3(0.98)Nd2O3①(0.97)	0.02	×	×	75	○	○
			13	98.0	0.83	Nd2O3①(3.36)	0.002	○	×								80	○	○
14	98.5	0.80								Dy2O3(3.84)	0.0007	×	×	82	○	○
			15	95.4	0.80	Nd2O3②(4.74)	0.02	○	×								80	○	○
16	95.7	0.80								Nd2O3③(6.53)	0.02	○	×	78	○	○
			17	97.7	0.80	Dy2O3(18.70)	0.02	×	×								61	○	○
*18	96.2	0.21								0	0.02	×	×	47	○	×
			*19	96.1	0.70	La2O3(0.98)	0.25	×	×								36	○	×
*20	96.0	0.79								Nd2O3①(4.74)	0.27	○	×	41	×	×
			*21	93.0	0	Y2O3(1.95)	0.02	×	×								32	×	×

注释：标有“*”的样品号代表比较例。

从表4的测试结果可见，样品4-17的绝缘子含有0.05重量％的以氧化物计的钠(即绝缘子中Na₂O的含量为0.05重量％)，根据表述式S/(S+C+M)得到的值为0.7或更高，并含有稀土元素。另外，这些样品中每个样品的理论密度比为95％或更高。这些样品在700℃温度下显示出60kV/mm或更高的优异的耐电压值。样品1-3根据表达式S/(S+C+M)得到的值为0，在绝缘子中含有0.05重量％以氧化物计的钠，含有稀土元素，并具有95％或更高的理论密度比。即使是这些样品在700℃温度下也具有60kV/mm或更高的优异的耐电压值。

样品9、10、12、13、14、15和16的绝缘子中含有0.02重量％以氧化物计的钠和1.95至15.24重量％以氧化物计的稀土元素，满足表达式S/(S+C+M)≥0.7，并具有95.4％或更高的理论密度比。这些样品还显示出非常良好的耐电压值；也就是，样品9具有75kV/mm的耐电压值；样品10具有78kV/mm的耐电压值；样品12具有75kV/mm的耐电压值；样品13具有80kV/mm的耐电压值；样品14具有82kV/mm的耐电压值；样品15具有80kV/mm的耐电压值；而样品16具有78kV/mm的耐电压值。

在绝缘子中不含任何稀土元素的样品18在700℃温度下显示出47kV/mm的不良耐电压值。在绝缘子中含有0.25重量％或更高以氧化物计的钠的样品19和20分别显示出36kV/mm和41kV/mm的不良耐电压值。而且，样品21的理论密度比为93.0％，其以氧化物计的稀土元素含量落入预定范围内而且其以氧化物计的Na含量设定为小于预定量。样品21在700℃温度下显示出最差的耐电压值，其为32kV。因此，可以理解如果理论密度比低于95.0％时，绝缘子的耐电压值不能得到改进。

实施例2

在表5提供的氧化铝(Al₂O₃)粉末(所有纯度均高于99.8％)中，从平均颗粒尺寸为0.1至2.2μm的7-11号氧化铝粉末中选择一种类型的氧化铝粉末。向如此选择的氧化铝粉末中掺入平均颗粒尺寸为0.6μm的SiO₂粉末(纯度高于99.9％)，平均颗粒尺寸为0.8μm的CaCO₃粉末(纯度高于99.9％)，以及平均颗粒尺寸为0.3μm的MgO粉末(纯度高于99.9％)。对表2(见实施例1)给出的平均颗粒尺寸为1.0至19.0μm的稀土元素氧化物(稀土元素基粉末)进行称重，以便假定出表6给出的比例。该混合物进一步掺入如此称重的稀土元素基氧化物，从而制备原料粉末。该稀土元素基氧化物参照掺入的氧化铝、SiO₂、CaCO₃和MgO的总重量晶相配料，并加入到该混合物中。

只要按照原料粉末总量取100重量份，作为亲水粘合剂的PVA取2重量份，以及作为溶剂的水取70重量份晶相配料即可。PVA和水通过湿法在氧化铝钵中与原料粉末混合，从而制备用于模铸的原料浆料。如此制备的原料浆料通过喷雾-干燥法喷雾并干燥，从而制备球形小颗粒。该球形小颗粒经过筛得到颗粒尺寸为10至355μm的颗粒。将如此过筛的小颗粒注入橡胶压模中，并将用于产生通孔6的橡胶压栓插入压模中。在此处，小颗粒在约100MPa的压力下进行橡胶压模。该压模体的外侧通过使用热固性粘合剂粘合经研磨和机械加工形成预定绝缘子形状的模铸体。而后，在表6所示的烧成温度下在空气中保持和烧成(需保持的最高烧成温度)模铸体。如此烧成的模铸体用釉涂覆并经最终烧成，从而制成如图2A所示的绝缘子2。

对如此烧成过的绝缘子进行以下测试和分析(1)理论密度比；(2)在绝缘子中以氧化物计的稀土元素含量；(3)由上述表达式S/(S+C+M得到的值；(4)在绝缘子中存在/缺乏具有稀土元素-β-氧化铝结构的晶相和莫来石晶相；(5)在700℃温度下绝缘子的耐电压测试；以及(6)用实施例1中描述的相同方法将绝缘子安装在火花塞中时进行的耐电压测试。测试结果见表7。

                表5

氧化铝粉末号	氧化铝粉末的平均颗粒尺寸(μm)
		⑦	0.6
⑧	1.7
		⑨	2.2
⑩	0.3
		11	0.1

                                            表6

样品号	氧化铝粉末号	配料组分(重量份)					烧成温度×保持时间(℃×h)
								Al2O3	MgO	CaCO3	SiO2	稀土氧化物(重量份)
		22	②	95	0	0							5.05	Nd2O3(5.00)	1550×5
23	②						95	0.50	0.446	4.25	Y2O3(0.50)	1575×1
		24	①	92	0	3.572							6.00	Pr6O11(0.20)	1500×5
25	①						95	0.25	1.339	4.00	Nd2O3①(0.02)	1575×2
		26	①	95	0.25	0.893							4.25	Dy2O3(0.02)	1550×4
27	①						95	0.25	1.339	4.00	La2O3(0.20)	1575×2
		28	①	98	0	0.893							1.50	Er2O3(0.20)	1600×4
29	①						95	0.50	0.446	4.25	Sc2O3(0.20)	1550×2
		30	①	95	0.25	1.339							4.00	Nd2O3①(18.00)	1500×2
31	①						95	0.50	0.893	4.00	Nd2O3①(5.00)	1450×2
		32	①	95	0	2.232							3.75	Dy2O3(10.00)	1475×4
33	①						95	0.50	0.893	4.00	La2O3(1.00)Nd2O3①(1.00)	1500×2
		34	④	95	0.25	0.893							4.25	Nd2O3①(3.50)	1500×2
35	⑤						95	0.50	0.893	4.00	Dy2O3(4.00)	1450×8
		36	①	95	0.75	0.446							4.00	Nd2O3②(5.00)	1575×2
37	①						95	0.25	0.893	4.25	Nd2O3③(7.00)	1575×2
		38	①	95	0.50	0.893							4.00	Dy2O3(23.00)	1525×2
*39	①						95	3.50	0.893	1.00	0	1550×2
		*40	②	95	0	2.232							3.75	Dy2O3(5.00)	1400×0.5
*41	②						100	0	0	0	Y2O3①(2.00)	1500×5

注释：标有“*”的样品号代表比较例。

                                              表7

样品号	理论密度比(％)	S/(S+C+M)	分析值(重量％)	晶相		耐电压值(kV/mm)	当设置塞中时压值在火花的耐电
									稀土氧化物	稀土元素-β-氧化铝	莫来石		35kV	38kV
			22	96.1	1	Nd2O3(4.74)	○	×							64	○	○
23	95.8	0.85							Y2O3(0.49)	×	○	63	○	○
			24	95.8	0.73	Pr6Q11(0.02)	×	×							70	○	○
25	95.9	0.78							Nd2O3①(0.02)	×	○	69	○	○
			26	95.8	0.85	Dy2O3(0.02)	×	○							72	○	○
27	95.5	0.78							La2O3(0.02)	×	○	67	○	○
			28	95.4	0.76	Er2O3(0.19)	×	○							70	○	○
29	95.6	0.86							Sc2O3(O.20)	×	○	71	○	○
			30	95.8	O.79	Nd2O3①(15.24)	○	×							75	○	○
31	96.2	0.80							Nd2O3①(4.74)	○	×	78	○	○
			32	95.6	0.74	Dy2O3(9.08)	×	×							72	○	○
33	96.4	0.81							La2O3(0.98)Nd2O3①(0.97)	×	×	75	○	○
			34	98.0	0.83	Nd2O3①(3.36)	○	×							80	○	○
35	98.5	0.80							Dy2O3(3.84)	×	×	82	○	○
			36	95.4	0.80	Nd2O3②(4.74)	○	×							80	○	○
37	95.7	0.80							Nd2O3③(6.53)	○	×	78	○	○
			38	97.7	O.80	Dy2O3(18.70)	×	×							61	○	○
*39	96.2	0.21							0	×	×	47	○	×
			*40	94.3	0.75	Dy2O3(4.98)	×	×							43	○	×
*41	93.0	0							Y2O3(1.95)	×	×	32	×	×

注释：标有“*”的样品号代表比较例。

从表7的测试结果可见，样品22至38的绝缘子表明根据表达式S/(S+C+M)算出值为0.7或更高，其含有稀土元素，并且具有95％或更高的理论密度。这些样品在700℃温度下显示出具有60kVmm或更高的耐电压值。而且，人们可以预料，当绝缘子与发动机相连进行测试时在35kV和37kV的两种放电条件下均显示出优异的结果。在这些测试结果中，含有0.01至18重量％稀土元素的样品在700℃温度下表现出优异的耐电压性能。

在绝缘子中不含任何稀土元素的样品39在700℃温度下显示出47kVmm的不良耐电压值。含有含量落入预定范围内的以氧化物计的稀土元素，但是理论密度比为95.0％或更低的样品40和41在700℃温度下分别表现出43kV/mm和32kV/mm的不良耐电压值。因此，可以理解当理论密度比低于95.0％时绝缘子的耐电压值不能得到提高。

实施例3

对于在实施例2中使用的样品25和27，用与实施例2所采用的相同方法制备十个测试片用于进行耐电压测试。在700℃温度下用与实施例2相同的方法对每个如此制备的测试片进行测量。涉及样品25和27的测试结果绘于图6中。

从图6的测试结果中可见，含有钕的样品25的十个测试片在700℃温度下的平均耐电压值和含有镧的样品27的十个测试片在700℃温度下的平均耐电压值显示出高于60kV/mm的优异值。含钕样品的平均耐电压值与含镧样品的平均耐电压值相比变化较小。而且，含钕样品的所有十个测试片均表现出60kV/mm的耐电压值。从该实施例中可见：含钕样品的最高和最低耐电压值高于含镧的样品。因此，可以说，即使本发明的含钕样品大规模生产，仍能可靠地生产出在700℃高温下具有优异耐电压性能的绝缘子。

Claims (16)

1、一种火花塞用绝缘子，包括氧化铝(Al₂O₃)基烧结体，其含有至少一种稀土元素和0.05重量％或更低的以氧化物计的钠(Na)；

其中该氧化铝基烧结体的理论密度比为95.0％或更高，

其中该稀土元素为至少一种选自镨(Pr)和钕(Nd)的元素，并且绝缘子具有至少一种稀土元素-β-氧化铝结构的晶相，该稀土元素-β-氧化铝的组成化学式为稀土元素Al₁₁O₁₈。

2、根据权利要求1的火花塞用绝缘子，其中该氧化铝基烧结体含有0.01至18重量％以氧化物计的稀土元素。

3、根据权利要求1的火花塞用绝缘子，其中该氧化铝基烧结体还含有硅(Si)和至少钙(Ca)和镁(Mg)中的一种元素；

其中只要以氧化物计的硅含量计为S，以氧化物计的钙含量计为C和以氧化物计的镁含量计为M满足表达式S/(S+C+M)≥0.7即可，上述S、C和M的单位为重量％。

4、根据权利要求3的火花塞用绝缘子，其中满足表达式0.95≥S/(S+C+M)≥0.75。

5、根据权利要求3的火花塞用绝缘子，其中至少含有一种莫来石(Al₆Si₂O₁₃)晶相。

6、根据权利要求4的火花塞用绝缘子，其中满足表达式0.92≥S/(S+C+M)≥0.78。

7、一种火花塞包括：

轴向形中心电极；

沿径向围绕该中心电极的主金属壳体；

接地电极，其一端固定在主金属壳体上并布置成面对该中心电极；以及

权利要求1-6任意一项中的绝缘子。

8、一种火花塞用绝缘子，包括氧化铝基烧结体，其含有硅(Si)和选自镨(Pr)和钕(Nd)的至少一种稀土元素；其中该氧化铝基烧结体的理论密度比为95％或更高。

9、根据权利要求8的火花塞用绝缘子，其中该氧化铝基烧结体含有0.01至18重量％以氧化物计的稀土元素。

10、根据权利要求8的火花塞用绝缘子，其中该氧化铝基烧结体还包括钙(Ca)和镁(Mg)中的至少一种元素；以及

其中只要以氧化物计的硅含量计为S，以氧化物计的钙含量计为C，和以氧化物计的镁含量计为M满足表达式S/(S+C+M)≥0.7即可，上述S、C和M的单位为重量％。

11、根据权利要求10的火花塞用绝缘子，其中满足表达式0.95≥S/(S+C+M)≥0.75。

12、根据权利要求10的火花塞用绝缘子，其中至少含有一种莫来石(Al₆Si₂O₁₃)晶相。

13、根据权利要求11的火花塞用绝缘子，其中满足表达式0.92≥S/(S+C+M)≥0.78。

14、根据权利要求8的火花塞用绝缘子，其中该氧化铝基烧结体至少含有钕(Nd)作为稀土元素。

15、根据权利要求14的火花塞用绝缘子，其中该氧化铝基烧结体具有稀土元素-β-氧化铝结构的晶相，该稀土元素-β-氧化铝的组成化学式为稀土元素Al₁₁O₁₈。

16、一种火花塞，包括：

延伸形成轴的中心电极；

沿径向围绕该中心电极的主金属壳体；

接地电极，其一端固定在主金属壳体上并布置成面对该中心电极；以及

权利要求8-15任意一项中的绝缘子。

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