DE102008043225A1 - Sparking plug electrode material for use in sparking plug electrode, comprises silver and ceramic secondary phase, where ceramic secondary phase is oxide ceramic - Google Patents

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Abstract

A sparking plug electrode material comprises silver and ceramic secondary phase. The ceramic secondary phase is oxide ceramic. An independent claim is included for a method for manufacturing sparking plug electrode material, which involves; (A) making a wire of silver and other metal; (B) oxidizing the silver or other metal wire; and (C) measuring oxidized silver or metal wire.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Zündkerzenelektrodenmaterial auf Basis von Silber und eine Zündkerzenelektrode bzw. Zündkerze, enthaltend ein solches Elektrodenmaterial, sowie ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterials.The The invention relates to a spark plug electrode material Base of silver and a spark plug electrode or spark plug, containing such an electrode material, and a method for Production of the spark plug electrode material according to the invention.

Aufgrund der steten Weiterentwicklung von Kraftfahrzeugmotoren und deren Komponenten zur Steigerung der Leistungsfähigkeit und Motorkraft, werden auch an die Materialien der Motorbauteile immer höhere Anforderungen gestellt. insbesondere die Bauteile, die eine tragende Rolle bei der Zündung des Brennstoffgemisches spielen, die Zündkerzen, und insbesondere die Zündkerzenelektroden, sind hohen Belastungen und damit einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Die Zündkerze unterliegt einer Dauerbelastung durch extrem hohe Temperaturen. Die Lebensdauer einer Zündkerze wird heutzutage überwiegend durch den Verschleiß ihrer Elektroden bedingt. Der Verschleiß äußert sich in einem Materialabtrag an der Zündkerzenelektrode, und zwar insbesondere in dem Bereich, in dem das Zündfunkenplasma erzeugt wird. Darüber hinaus unterliegt die Zündkerzenelektrode korrosiven Angriffen durch die Motoratmosphäre und durch Additive, die dem Kraftstoff beigemengt sind. Hohe Standzeiten der Zündkerzen können daher nur durch Verwendung eines erosions- und korrosionsbeständigen Elektrodenmaterials erreicht werden, weshalb die Materialien zur Herstellung von Zündkerzenelektroden für Brennkraftmaschinen einer permanenten Weiterentwicklung unterliegen.by virtue of the constant development of motor vehicle engines and their Components to increase performance and engine power, be also to the materials of the engine components ever higher Requirements made. in particular the components that carry a load Play a role in the ignition of the fuel mixture, the spark plugs, and in particular the spark plug electrodes, are exposed to high loads and thus to high wear. The spark plug is subject to a continuous load by extreme high temperatures. The life of a spark plug is nowadays mostly due to the wear of their Conditioned electrodes. The wear manifests in a material removal at the spark plug electrode, in particular in the area where the spark plasma is produced. In addition, the spark plug electrode is subject corrosive attacks by the engine atmosphere and by Additives that are added to the fuel. Long service life of Spark plugs can therefore only be used by using an erosion and corrosion-resistant electrode material why are the materials used to make spark plug electrodes for internal combustion engines of a permanent further development subject.

Als Basismaterial für Zündkerzenelektroden kommen grundsätzlich zwei Typen von Basismaterialien in Betracht. Hierunter befinden sich zum einen Werkstoffe aus reinen Edelmetallen, wie zum Beispiel Platin oder Legierungen auf Edelmetallbasis, wie zum Beispiel Platinlegierungen mit Iridium. Diese weisen hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit gegen funkenerosive Angriffe eine gesteigerte Beständigkeit auf und zeichnen sich damit durch sehr hohe Lebenszeiten der Elektrodenmaterialien und folglich hohe Laufzeiten der Elektroden von etwa 100.000 km, aus, jedoch stellen Zündkerzenelektrodenmaterialien aus Platin, im Hinblick auf die enormen Kosten, aus betriebswirtschaftlichen Gründen kein geeignetes Basismaterial für „normale” Motoren dar und werden daher fast ausschließlich in Hochleistungsmotoren z. B. von Rennwagen eingesetzt. Zum anderen werden als Basismaterial Nickellegierungen verwendet, da Nickel eine hohe Schmelztemperatur aufweist, die für die Temperaturbeständigkeit der Legierung unabdingbar ist und Nickel ferner zu relativ niedrigen Preisen zu erhalten ist. Zündkerzenelektrodenmaterialien auf Nickelbasis zählen zu den gebräuchlichsten Elektrodenmaterialien. Die Laufleistung einfacher Nickellegierungen ist allerdings aufgrund der Korrosionsanfälligkeit häufig auf nur etwa 60.000 km begrenzt.When Base material for spark plug electrodes come basically two types of base materials into consideration. These include, on the one hand, materials made of pure precious metals, such as platinum or alloys based on precious metals, such as for example platinum alloys with iridium. These have regard to the wear resistance against spark erosive Attacks are an increased resistance and draw This is due to the very high lifetimes of the electrode materials and consequently high lead times of the electrodes of about 100,000 km, however, spark plug electrode materials exhibit Platinum, in terms of huge costs, from business Reason no suitable base material for "normal" engines are therefore almost exclusively in high-performance engines z. B. used by racing cars. For another, as a base material Nickel alloys used because nickel has a high melting temperature which is responsible for the temperature resistance The alloy is essential and nickel is also relatively low Prices are to be obtained. Spark plug electrode materials Nickel-based are among the most common Electrode materials. The mileage of simple nickel alloys However, it is often due to the susceptibility to corrosion limited to only about 60,000 km.

Die Widerstandsfähigkeit in Bezug auf Schmelzverluste und Korrosionsanfälligkeit von Nickellegierungen kann durch Beimengungen von Silber verbessert werden. DE 4 203 250 A1 beschreibt Silber-Nickel-Verbundwerkstoffe für elektrische Kontakte und insbesondere für Zündkerzenelektroden. Legierungen aus Silber und Nickel werden primär pulvermetallurgisch über Strangpressen hergestellt und können unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen. Aufgrund der hohen Randlöslichkeiten beider Metalle bleibt auch bei Wärmebehandlung eine Zweiphasigkeit, von einer Silbermatrix einerseits und darin eingelagerten und orientierten Nickelfasern andererseits, erhalten. Die Silbermatrix bedingt dabei eine hohe Wärmeleitfähigkeit und damit verbunden vermutlich auch eine relativ hohe Erosionsbeständigkeit. Um einem oxidativen Verschleiß der Silber/Nickel-Elektrodenmaterialien entgegenzuwirken, ist es erforderlich sauerstoffundurchlässige Silberlegierungen verwendet. Hierzu werden dem Silber Elemente wie Silizium oder Zinn zugesetzt. Durch diese Beimengungen soll ein Oxidieren der Nickelkomponente zu Nickeloxid verhindert werden, denn mit dieser Oxidation geht eine Volumenvergrößerung von etwa 70 Vol.-% einher, was sekundär zum Aufbrechen der Elektrode und damit zu deren Unbrauchbarkeit führt. Versuche, der inneren Oxidation von Nickel in einer Ag/Ni-Elektrode entgegenzuwirken laufen daher in die Richtung die Konzentrationen von Nickel allgemein zu reduzieren. Jedoch gehen damit auch die guten Eigenschaften des Nickels, also die durch Nickel vermittelte gute Temperaturbeständigkeit und Erosionsbeständigkeit verloren.The resistance to melt loss and corrosion susceptibility of nickel alloys can be improved by adding silver. DE 4 203 250 A1 describes silver-nickel composites for electrical contacts and in particular for spark plug electrodes. Alloys of silver and nickel are produced primarily by powder metallurgy via extrusion and can have different compositions. Due to the high edge solubility of both metals, a biphasic state of a silver matrix, on the one hand, and nickel fibers embedded therein and oriented, on the other hand, is retained even during heat treatment. The silver matrix requires a high thermal conductivity and associated therewith probably a relatively high erosion resistance. In order to counteract oxidative wear of the silver / nickel electrode materials, it is necessary to use oxygen impermeable silver alloys. For this purpose, elements such as silicon or tin are added to the silver. By these admixtures, an oxidation of the nickel component to nickel oxide is to be prevented, because this oxidation is accompanied by an increase in volume of about 70 vol .-%, which leads secondarily to rupture of the electrode and thus to their uselessness. Attempts to counteract the internal oxidation of nickel in an Ag / Ni electrode therefore go in the direction of generally reducing the concentrations of nickel. However, the good properties of the nickel, that is to say the nickel-mediated good temperature resistance and erosion resistance, are also lost.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Zündkerzenelektrodenmaterial bereitzustellen, das sich durch eine gute Korrosions- und Erosionsbeständigkeit und eine hohe innere Stabilität auszeichnet und dabei kostengünstig und einfach herzustellen ist. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zündkerzenelektrodenmaterials bereitzustellen und ferner auch eine Zündkerze, die das erfindungsgemäß Elektrodenmaterial enthält.task The present invention is now a spark plug electrode material which is characterized by good corrosion and erosion resistance and a high internal stability is characterized and cost-effective and easy to make. Another task is to provide a method for Production of such a spark plug electrode material and also a spark plug incorporating the According to the invention contains electrode material.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Zündkerzenelektrodenmaterial nach Anspruch 1, das Silber und eine keramische Zweitphase enthält, wobei die keramische Zweitphase eine Oxidkeramik ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Zündkerze, enthaltend ein solches Zündkerzenelektrodenmaterial.The Task is solved by a spark plug electrode material according to claim 1, containing silver and a ceramic secondary phase, wherein the ceramic second phase is an oxide ceramic, as well as a A process for its preparation and a spark plug, containing such a spark plug electrode material.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial mit den Merkmalen des Hauptanspruches zeichnet sich durch eine exzellente Erosions- und Korrosionsbeständigkeit auch bei hohen Temperaturen aus, verglichen mit bekannten Elektrodenmaterialien basierend auf einfachen Nickellegierungen. Im Gegensatz zu im Stand der Technik bekannten Ag-Legierungen handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterial um einen Metall-Keramik-Verbundwerkstoff, das heißt um einen Verbundwerkstoff aus einer metallischen Matrix mit oxidkeramischen Zweitphasenpartikeln. Dieser einzigartige Verbund weist eine hervorragende Stabilität und Beständigkeit gegenüber funkenerosivem Verschleiß und gegenüber Korrosion auf.The Spark plug electrode material according to the invention with the features of the main claim is characterized by an excellent Erosion and corrosion resistance even at high temperatures compared with known electrode materials based on simple nickel alloys. Unlike in the prior art known Ag alloys are in the inventive Spark plug electrode material around a metal-ceramic composite material, that is, a composite of a metallic one Matrix with oxide-ceramic second-phase particles. This unique Composite has excellent stability and durability towards spark erosion and opposite Corrosion on.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials und der daraus hergestellten Zündkerzenelektrode.The Subclaims show preferred developments and improvements the electrode material according to the invention and the spark plug electrode made therefrom.

Unter einem Zündkerzenelektrodenmaterial wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Rohmaterial verstanden, aus dem durch sich anschließende weitere Schritte, wie nämlich durch Formgebung oder auf Maß bringen, die Zündkerzenelektrode in ihrer finalen Form gebildet wird. Mit anderen Worten wird unter dem erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterial ein solches Material verstanden, das die erfindungswesentlichen Komponenten Silber und keramische Zweitphase enthält, jedoch noch nicht in der finalen, funktionsfähigen Form einer Zündkerzenelektrode ausgebildet ist.Under A spark plug electrode material is used according to the Present invention understood a raw material from which subsequent steps, such as by shaping or customizing the spark plug electrode is formed in its final form. In other words, is under the spark plug electrode material according to the invention understood such a material that the essential to the invention Components containing silver and ceramic second phase, however not yet in the final, functional form of a Spark plug electrode is formed.

Als oxidkeramisches Material ist prinzipiell jede Oxidkeramik geeignet, wie beispielsweise NiO, SnO2, MgO, Al2O3, CaO, ZrO2 und andere bzw. auch beliebige Kombinationen der jeweiligen Oxidkeramiken, die die Fähigkeit besitzt, sich homogen und dauerhaft in der vom Silber aufgespannten Matrix zu verteilen und mit dem Silber einen stabilen Verbund zu bilden. Durch das in dem erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial gleichmäßig verteile Silber wird eine homogene Wärmeverteilung erzielt, während die in dem Silber verteilte oxidkeramische Phase für zusätzliche Stabilität gegenüber Korrosion und Erosion sorgt.As oxide ceramic material is in principle any oxide ceramic suitable, such as NiO, SnO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CaO, ZrO 2 and other or any combination of the respective oxide ceramics, which has the ability to be homogeneous and durable in the of Distribute silver spanned matrix and form a stable bond with the silver. The uniform distribution of silver in the electrode material according to the invention achieves a homogeneous heat distribution, while the oxide-ceramic phase distributed in the silver provides additional stability against corrosion and erosion.

Das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial enthält als essentielle Bestandteile mindestens das Element Silber und eine Oxidkeramik. Diese erfindungswesentliche Kombination an chemischen Elementen bzw. Verbindungen ist auf verschiedene Art und Weise erhältlich. Zum einen ist das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial dadurch erhältlich, dass zunächst Silber mit einem weiteren Metall vermischt wird. Zum Beispiel kann dies dadurch geschehen, dass aus Silber und dem weiteren Metall nach gängigen Verfahren ein Draht hergestellt wird. Im Anschluss daran wird das dem Silber beigemengte Metall oxidiert. Hierdurch entsteht ein Verbundmaterial, das eine Silbermatrix enthält, in die eine keramische Zweitphase, die Oxidkeramik, homogen eingebettet ist. Dieses so gebildete erfindungsgemäße Material kann dann einem Formgebungsprozess unterzogen werden, wodurch es final auf Maß und damit in die gewünschte Form gebracht werden kann. Zum anderen ist das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial aber auch dadurch erhältlich, dass Silber mit einem Metalloxid zu einem homogenen Gemisch vermengt wird, aus dem im Anschluss ein Draht geformt wird, der neben anderen potentiellen Komponenten das Gemisch von Metalloxid und Silber in Form eines Verbundwerkstoffes enthält. Auch hierdurch ist das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial entstanden, das Silber und eine keramische Zweitphase enthält, wobei Silber eine Matrix aufspannt, in die das Metalloxid eingebettet ist. Dieses so erhältliche Material kann dann wiederum, wie bereits ausgeführt, einem Formgebungsprozess unterworfen werden.The Spark plug electrode material according to the invention contains as essential components at least the element Silver and an oxide ceramic. This invention essential combination on chemical elements or compounds is in different ways and available. For one thing is the invention Spark plug electrode material available thereby, that first silver mixed with another metal becomes. For example, this can be done by making silver and the other metal according to common methods a wire will be produced. After that, this is added to the silver Metal oxidizes. This creates a composite material that has a Contains silver matrix into which a ceramic second phase, the oxide ceramic, is homogeneously embedded. This invention thus formed Material can then be subjected to a shaping process, which makes it finally made to measure and thus in the desired shape can be. On the other hand, the inventive However, spark plug electrode material also available thereby that silver mixes with a metal oxide to form a homogeneous mixture from which is subsequently formed a wire, which is next to others potential components the mixture of metal oxide and silver in Contains form of a composite material. This is also true the spark plug electrode material according to the invention originated, which contains silver and a ceramic second phase, where silver spans a matrix into which the metal oxide is embedded is. This material can then turn, as already stated, subjected to a shaping process become.

Durch die einzigartige Kombination einer Silberphase mit einer oxidkeramischen Phase wird eine mit dem Lauf der Zeit eintretende Oxidation des Elektrodenmaterials durch Einwirkung von Luft und chemischen Additiven aus dem Motorraum und Brennstoff auf das Material vermieden, die zwangsweise zum Aufbrechen des Elektrodenmaterials führt. Das erfindungsgemäße Elektrodenmaterial zeigt somit keinerlei Neigung zum Aufbrechen und Abblättern aufgrund von Volumenvergrößerung bei Umwandlung zum Metalloxid. Das erfindungsgemäße Material ist selbst bei hohen Temperaturen resistent gegenüber korrosiven und erosiven Angriffen.By the unique combination of a silver phase with an oxide ceramic Phase becomes an oxidation with the passage of time Electrode material by the action of air and chemical additives from the engine compartment and fuel on the material avoided, the forcibly leads to the breaking up of the electrode material. The electrode material according to the invention shows thus no tendency to break up and peeling due of volume increase upon conversion to metal oxide. The material according to the invention is itself at high Temperatures resistant to corrosive and erosive Attacks.

Durch die Einbringung eines weiteren Metalls zu Silber in Form einer Oxidkeramik, ist es auch möglich, höhere Konzentrationen an einem weiteren Metall in das Basismaterial einzubringen und damit die physikalischen Eigenschaften des Zündkerzenmaterials gezielt zu beeinflussen. Durch die Erhöhung des oxidkeramischen Anteils können auch Kosten für das Edelmetall Silber eingespart werden, ohne die Funktionseigenschaften der Zündkerzenelektrode negativ zu beeinflussen, so dass das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial auch im wirtschaftlichen Sinne gegenüber herkömmlichen silberhaltigen Elektrodenmaterialien zu bevorzugen ist.By the introduction of another metal to silver in the form of an oxide ceramic, It is also possible to use higher concentrations to introduce another metal in the base material and thus the physical properties of the spark plug material targeted to influence. By increasing the oxide ceramic Share can also cost the precious metal Silver are saved without the functional properties of the spark plug electrode to influence negatively, so that the inventive Spark plug electrode material also in the economic sense compared to conventional silver-containing electrode materials is to be preferred.

Es wurde gefunden, dass gerade durch Erhöhung des Anteils an Oxidkeramik die Erosionsbeständigkeit des Elektrodenmaterials weiter erhöht wird, so dass eine Zündkerzenelektrode, die das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial enthält, nahezu so hohe Standzeiten aufweist, wie sie bislang nur für Elektrodenmaterialien aus Edelmetall- und Edelmetalllegierungen erzielt wurden. Durch die benannten Vorteile des erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterials werden besonders hohe Standzeiten erzielt, was zu extrem großen Wechselintervallen der Zündkerzen und damit zu einer gesteigerten Akzeptanz durch den Markt führt.It has been found that the erosion resistance of the electrode material is further increased by increasing the proportion of oxide ceramics so that a spark plug electrode containing the spark plug electrode material according to the invention has nearly as long a life as previously available only for noble metal electrode materials. and noble metal alloys were achieved. By the stated advantages of the spark plug electrode material according to the invention particularly long service life can be achieved, resulting in extremely large change intervals of the spark plugs and thus to increased acceptance by the market.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das oxidkeramische Material, das die keramische Zweitphase in dem erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterial bildet, NiO, SnO2, MgO, Al2O3, CaO oder ZrO2 oder eine beliebigen Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Oxidkeramiken und besonders bevorzugt SnO2 oder NiO. Im Gegensatz zu im Stand der Technik bekannten AgNi-Legierungen handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Material um einen Metall-Keramik-Verbundwerkstoff, der eine Silbermatrix mit Einlagerungen von NiO, SnO2, MgO, Al2O3, CaO oder ZrO2 oder mit Einlagerungen einer beliebigen Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Oxidkeramiken enthält. Die genannten Oxide, und insbesondere SnO2 und NiO, zeichnen sich dadurch aus, dass sie einen besonders guten Verbund mit dem Basismaterial Silber eingehen. NiO, SnO2, MgO, Al2O3, CaO bzw. ZrO2 oder deren Kombinationen lagern sich hervorragend in die von Silber aufgespannte Matrix ein, sind dort gleichmäßig verteilt und führen damit zu einer homogenen Steigerung der Erosions- und Korrosionsbeständigkeit durch das gesamte Elektrodenmaterial hindurch. So kommen die positiven Eigenschaften beider Materialien bestens zu Geltung. Ein Abblättern oder Aufplatzen des Elektrodenmaterials wird unterbunden, so dass die Stabilität des Elektrodenmaterials optimiert ist. Ganz besonders stabil gegenüber einem Abblättern oder Aufplatzen des Elektrodenmaterials sind solche Materialien, die neben dem Silber NiO oder SnO2 enthalten.According to a preferred embodiment, the oxide ceramic material forming the ceramic secondary phase in the spark plug electrode material of the present invention is NiO, SnO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CaO or ZrO 2 or any combination of two or more of the aforementioned oxide ceramics and more preferably SnO 2 or NiO. In contrast to AgNi alloys known in the prior art, the material according to the invention is a metal-ceramic composite material containing a silver matrix with inclusions of NiO, SnO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CaO or ZrO 2 or Includes deposits of any combination of two or more of the aforementioned oxide ceramics. The oxides mentioned, and in particular SnO 2 and NiO, are distinguished by the fact that they form a particularly good bond with the base material silver. NiO, SnO 2 , MgO, Al 2 O 3 , CaO or ZrO 2 or combinations thereof are perfectly integrated into the matrix spanned by silver, are uniformly distributed there and thus lead to a homogeneous increase in erosion and corrosion resistance throughout the entire Through electrode material. This is how the positive properties of both materials really stand out. Flaking or bursting of the electrode material is prevented, so that the stability of the electrode material is optimized. Especially stable to peeling or bursting of the electrode material are those materials that contain in addition to the silver NiO or SnO 2 .

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform zeichnet sich das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial dadurch aus, dass der Anteil an Oxidkeramik im Elektrodenmaterial in einem Bereich von 5 bis 50 Vol.-% liegt. Liegt der Anteil an Oxidkeramik unter 5 Vol.-%, so ist die Konzentration der Oxidkeramik in dem Werkstoff so gering, dass die positiven Eigenschaften, wie die Steigerung der Erosions- und Korrosionsbeständigkeit, nicht zum Tragen kommen. Ferner sind, je niedriger der Anteil an Oxidkeramik in dem Material ist, die Kosten des Materials umso höher, so dass schon aus Gründen der Wirtschaftlichkeit ein Anteil an Oxidkeramik von mindestens 5 Vol.-% verwirklicht werden sollte. Bis zu einem Volumenanteil von etwa 50 Vol.-% an Oxidkeramik im Elektrodenmaterial liegt ein ausgewogenes Verhältnis an Silberbasismaterial zu Oxidkeramik vor, so dass einerseits der Verschleiß des Materials aufgrund von Funkenerosion sowie Korrosion durch Brennstoffadditive oder die Motoratmosphäre reduziert sind, und andererseits die Stabilität des Materials gewährleistet bleibt. Bei einem Anteil von mehr als 50 Vol.-% Oxidkeramik sinkt hingegen die Stabilität des Materials wieder. Ohne an die Theorie gebunden zu sein wird vermutet, dass bei Anteilen der Oxidkeramik von mehr als 50 Vol.-%, die Temperaturleitfähigkeit des Materials aufgrund des geringeren Silbergehalts deutlich reduziert ist, so dass lokal Überhitzungen auftreten, die das Material irreversibel schädigen und sogar zum Abblättern bzw. Abschmelzen des Elektrodenmaterials und damit zum Materialabtrag führen.In Another preferred embodiment is characterized the spark plug electrode material according to the invention characterized in that the proportion of oxide ceramic in the electrode material in a range of 5 to 50% by volume. Is the proportion of oxide ceramic below 5% by volume, the concentration of the oxide ceramics in the Material so low that the positive properties, such as the increase erosion and corrosion resistance, not applicable come. Furthermore, the lower the proportion of oxide ceramics in the Material is, the cost of the material all the higher, so that for reasons of economy, a share Oxide ceramic of at least 5 vol .-% should be realized. Up to a volume fraction of about 50% by volume of oxide ceramics in Electrode material is a balanced ratio Silver base material to oxide ceramics in front, so that on the one hand the wear of the Materials due to spark erosion and corrosion by fuel additives or the engine atmosphere are reduced, and on the other hand the stability of the material remains ensured. On the other hand, with a proportion of more than 50% by volume of oxide ceramics the stability of the material again. Without the theory it is believed that bound in proportions of oxide ceramics of more than 50 vol .-%, the thermal conductivity of the Material significantly reduced due to the lower silver content is, so that locally overheating occur, which is the material irreversibly damage and even peeling or melting of the electrode material and thus for material removal to lead.

Bevorzugt ist deshalb ein Anteil an Oxidkeramik, der in einem Bereich von 10 bis 40 Vol.-% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 30 Vol.-% liegt. In diesem Intervall kommen die positiven stabilisierenden Eigenschaften beider Komponenten besonders gut zum Tragen.Prefers is therefore a proportion of oxide ceramics that is in the range of 10 to 40% by volume, and more preferably in a range of 15 to 30% by volume. In this interval, the positive stabilizing come Properties of both components particularly well to bear.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das erfindungsgemäße Zündkerzenelektrodenmaterial im Wesentlichen aus Silber und Zinnoxid bzw. Silber und Nickeloxid. Dies bedeutet, dass außer Silber und einem der Oxide, bis auf technisch bedingte Verunreinigungen, keine weiteren Additive zugefügt sind. Die oxidkeramische Verbindung von Silber mit Zinnoxid bzw. Nickeloxid weist so gute Eigenschaften auf, dass auf weitere Additive verzichtet werden kann. Dabei spannt das Silber, wie bereits ausgeführt, eine stabile, wärmeleitende Matrix auf, in der das NiO oder SnO2 homogen verteilt vorliegt, so dass über das gesamte Material hinweg eine gute Beständigkeit gegenüber Korrosion und Erosion gegeben ist bei gleichzeitig homogener Temperaturverteilung. Die Beschränkung auf lediglich zwei Komponenten, also Silber und eines der Oxide, vereinfacht ferner auch die Herstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterials, da die aufwendigen Legierungsschritte zumindest teilweise vermieden werden können, was wiederum zu einer Kostenersparnis führt.In a further preferred embodiment, the spark plug electrode material according to the invention consists essentially of silver and tin oxide or silver and nickel oxide. This means that except silver and one of the oxides, except for technical impurities, no further additives are added. The oxide-ceramic compound of silver with tin oxide or nickel oxide has such good properties that it is possible to dispense with further additives. As already stated, the silver tensions a stable, heat-conducting matrix in which the NiO or SnO 2 is homogeneously distributed, so that over the entire material a good resistance to corrosion and erosion is given, while at the same time homogeneous temperature distribution. The restriction to only two components, ie silver and one of the oxides, further simplifies the production of the spark plug electrode material according to the invention, since the expensive alloying steps can be at least partially avoided, which in turn leads to a cost savings.

Die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterialien eignen sich zur Herstellung von Zündkerzenelektroden. Dabei bieten sich mehrere Optionen der Bildung einer solchen Zündkerzenelektrode. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das komplette Elektrodenmaterial aus dem erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterial gebildet. Folglich sind die gesamte Mittelelektrode und/oder die Masseelektrode massiv und damit vollständig aus dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterial gebildet. Dies hat den Vorteil, dass mehrere, zur gängigen Herstellung einer Zündkerzenelektrode erforderlichen Prozessschritte, wie das Einpressen eines Kupferkerns, Versilbern, Bilden einer Kupferronde und Schweißen der Elektrodenspitze, entfallen. Dadurch ergibt sich eine enormer Zeit- und Kostenersparnis. Ferner weist eine Zündkerzenelektrode aus Vollmaterial noch den Vorteil auf, dass somit potentielle Inkompatibilitäten mit Trägermaterialien vermieden werden, die gerade bei hohen Temperaturen zu irreversiblen Schäden und damit Ausfällen der Zündkerze führen können.The spark plug electrode materials according to the invention described above are suitable for the production of spark plug electrodes. There are several options for the formation of such a spark plug electrode. According to a preferred embodiment, the complete electrode material is formed from the spark plug electrode material according to the invention. Consequently, the entire center electrode and / or the ground electrode are solid and thus formed entirely of the above-described spark plug electrode material according to the invention. This has the advantage that several process steps required for the customary production of a spark plug electrode, such as the pressing in of a copper core, silvering, forming a copper blank and welding the electrode tip ze, omitted. This results in a huge time and cost savings. Furthermore, a spark plug electrode made of solid material still has the advantage that thus potential incompatibilities with carrier materials are avoided, which can lead to irreversible damage and thus failure of the spark plug, especially at high temperatures.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Zündkerzenelektrode bereitgestellt, die als Hauptbestandteile einen Elektrodenkern, eine Elektrodenspitze und einen Elektrodenmantel enthält, wobei der Elektrodenmantel und die Elektrodenspitze aus dem vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Elektrodenmaterial gebildet ist. Durch diese Ausbildung der erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrode können Materialkosten eingespart werden, da hier, wie herkömmlich, ein Kupferkern als Basismaterial, also Elektrodenkern, verwendet wird und nur dessen Überzug, der Elektrodenmantel, und die Elektrodenspitze aus dem erfindungsgemäßen Silber-Oxidkeramik-Material besteht. Dennoch wird durch diesen Aufbau entlang der gesamten Oberfläche, die den korrosiven und erodierenden Bedingungen ausgesetzt ist, eine ausreichend gute Stabilität erzielt, so dass das Material selbst bei hohen Temperaturen nahezu keinem Korrosions- und Erosionsverschleiß unterliegt.According to one Another preferred embodiment is a spark plug electrode provided as main components an electrode core, contains an electrode tip and an electrode jacket, wherein the electrode sheath and the electrode tip from the above described electrode material according to the invention is formed. Due to this design of the spark plug electrode according to the invention Material costs can be saved because here, as is conventional, a copper core is used as base material, ie electrode core and only its coating, the electrode sheath, and the electrode tip of the invention Silver Oxide Ceramics Material Consists. Nevertheless, this structure is due along the entire surface, which is the most corrosive and is exposed to eroding conditions, a sufficiently good stability achieved, so that the material almost at high temperatures is not subject to corrosion and erosion wear.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird eine Zündkerzenelektrode bereitgestellt, deren Elektrodenspitze aus dem erfindungsgemäßen Material, wie oben beschrieben, gebildet ist. Gerade an der Elektrodenspitze ist der Verschleiß durch Funkenerosion besonders hoch. Ferner befindet sich hier auch der Bereich besonders hoher Temperaturen. Die Belastung des Materials in diesem Bereich ist damit sehr hoch. Deshalb bietet eine Zündkerze, deren Elektrodenspitze aus dem erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterial gebildet ist, gegenüber den handelsüblichen auf Nickel basierenden Zündkerzenelektrodenmaterialien bereits die oben beschriebenen Vorteile der gesteigerten Erosions- und Korrosionsbeständigkeit. Ferner wird durch den spezifischen erfindungsgemäßen Aufbau, wie bereits beschrieben, dem Abblättern und Aufbrechen der Elektrodenspitzen vorgebeugt.Corresponding a further advantageous embodiment of the invention a spark plug electrode is provided whose electrode tip from the material according to the invention, as described above, is formed. Especially at the electrode tip of the wear is through Spark erosion particularly high. Furthermore, here is also the Area of particularly high temperatures. The burden of the material in this area is very high. That's why a spark plug, the electrode tip of the invention Spark plug electrode material is formed opposite the commercial nickel based spark plug electrode materials already described the advantages of the increased erosion and corrosion resistance. Further, by the specific construction according to the invention, as already described, the peeling and rupture of the electrode tips prevented.

Die Erfindung betrifft ferner eine Zündkerze, die eine Zündkerzenelektrode umfasst, die ein Zündkerzenelektrodenmaterial der vorstehend beschriebenen Art enthält. Die somit hergestellten Zündkerzen zeichnen sich, bedingt durch die erhöhte Erosions- und Korrosionsbeständigkeit des erfindungsgemäßen Elektrodenmaterials, durch eine hohe Standzeit aus, wie sie bislang nur durch Edelmetall-basierte Zündkerzen erreichbar ist. Gleichzeitig liegen aber die Kosten für die erfindungsgemäße Zündkerzenelektrode um ein Vielfaches niedriger als die Kosten für von den Standzeiten her vergleichbare Edelmetall-basierte Zündkerzenelektroden.The The invention further relates to a spark plug comprising a spark plug electrode comprising a spark plug electrode material of the above contains described type. The spark plugs thus produced characterized by the increased erosion and Corrosion resistance of the invention Electrode material, characterized by a long service life, as they have so far only achievable by precious metal based spark plugs. At the same time, however, the costs for the inventive Spark plug electrode many times lower than the Cost of comparable lifetime-comparable precious metal-based Spark plug electrodes.

Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterials bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst:

  • – Herstellen eines Drahtes aus Silber und mindestens einem weiteren Metall
  • – Oxidieren des Silber/Metall-Drahtes.
  • – Auf Maß bringen des oxidierten Silber/Metall-Drahtes.
Further provided is a method for producing the spark plug electrode material according to the invention, comprising the following steps:
  • - Making a wire of silver and at least one other metal
  • - Oxidizing the silver / metal wire.
  • - Made to measure of oxidized silver / metal wire.

Gemäß gängiger Verfahren, wie sie zum Beispiel bei der Produktion von AgNi-Kontaktwerkstoffen zum Einsatz kommen, wird aus elementarem Silber und mindestens einem weiteren Metall ein Draht hergestellt. Dies kann zum Beispiel durch Strangpressen geschehen. In einem weiteren Schritt wird dann das dem Silber beigefügte Metall bzw. die Metalle kontrolliert oxidiert, zum Beispiel durch Einwirkung einer äußeren Spannung oder durch Aufbringen eines äußeren Drucks, so dass außerdem ein Aufplatzen des Materials vermieden wird. Der Schritt der Oxidation des Silber/Metall-Drahtes ist im Einzelnen nicht beschränkt und umfasst alle gängigen Oxidationsverfahren. Nach gezielter Oxidation des Silber/Metall-Drahtes wird dieser anschließend auf Maß, also in die gewünschte Form gebracht. Durch dieses Vorgehen wird einer späteren Oxidation des dem Silber beigemengten Metalls oder der Metalle vorbeugend entgegengewirkt, indem das Metall bzw. die Metalle selektiv bereits vor dem Informbringen oxidiert werden. Dadurch wird ein Abblättern und Aufbrechen des Elektrodenmaterials durch Einwirken von Sauerstoff oder anderen, im Gasraum befindlichen Additiven, auf das Elektrodenmaterial verhindert.According to common Processes such as those used in the production of AgNi contact materials for Come from elemental silver and at least one another metal made a wire. This can be done, for example Extruders happen. In a further step then the controlled metal or metals oxidized, for example by the action of an external Tension or by applying an external pressure, so that also prevents bursting of the material becomes. The step of oxidation of the silver / metal wire is in the Individual not limited and includes all common Oxidation process. After targeted oxidation of the silver / metal wire this is then on measure, ie in the desired shape brought. This procedure becomes one subsequent oxidation of the metal added to the silver or the metals preventively counteracted by the metal or the metals are selectively oxidized prior to informing. This causes peeling and rupture of the electrode material by the action of oxygen or other, located in the gas space Additives, prevented on the electrode material.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere Nickel oder Zinn als weiteres Metall, da sich sowohl Nickel als auch Zinn unter den angegebenen Verfahrensbedingungen sehr gut mit Silber verbinden lässt, so dass ein homogener Draht entsteht, in dem das Nickel bzw. das Zinn wiederum einfach selektiv oxidiert werden kann. Hierdurch entsteht ein oxidkeramischer Verbundwerkstoff, der eine Silbermatrix enthält, in die das Metalloxid, in Form eines keramischen Oxids, gleichförmig eingelagert ist.For the inventive method is particularly suitable Nickel or tin as another metal, since both nickel as Tin is also very good under the given process conditions Silver connects, so that a homogeneous wire is formed, in which the nickel or the tin in turn simply selectively oxidized can be. This results in an oxide-ceramic composite material, which contains a silver matrix into which the metal oxide, in Form of a ceramic oxide, uniformly embedded is.

Alternativ wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Zündkerzenelektrodenmaterials bereitgestellt, das die folgenden Verfahrensschritte vorsieht:

  • – Vermengen mindestens eines Metalloxids mit Silber zu einem Gemisch
  • – Formen eines Drahtes aus dem Gemisch von Metalloxid und Silber.
Alternatively, there is provided a method for producing the spark plug electrode material of the present invention which comprises the following steps:
  • - Mixing at least one metal oxide with silver to form a mixture
  • - Forming a wire from the mixture of metal oxide and silver.

Diese Verfahrensschritte sind aus pulvermetallurgischen Verfahren bekannt. Hier wird das Silber mittels geeigneter Geräte, wie zum Beispiel einem Kneter, mit mindestens einem Metalloxid bis zur Homogenität vermengt und anschließend durch Formung ein Draht gebildet. Die Formung kann zum Beispiel via Strangguß oder Strangpressen durchgeführt werden, oder aber auch mittels Sintern bei hohen Temperaturen. In jedem Fall entsteht auch hier ein oxidkeramischer Verbundwerkstoff, der eine Silbermatrix enthält, in die das bzw. die Metalloxide, in Form keramischer Oxide, gleichförmig eingelagert sind. Die Vorteile des auf diese Art und Weise gebildeten Materials sind die gleichen wie die für das erstgenannte Verfahren beschriebenen.These process steps are known from powder metallurgical processes. Here, the silver is using appropriate equipment, such as a Kneader, mixed with at least one metal oxide to homogeneity and then formed by forming a wire. The shaping can be carried out for example via continuous casting or extrusion, or else by means of sintering at high temperatures. In any case, an oxide-ceramic composite material containing a silver matrix into which the metal oxide (s) are uniformly incorporated, in the form of ceramic oxides, also arises here. The advantages of the material formed in this way are the same as those described for the former method.

Für das hier dargestellt pulvermetallurgische Verfahren eignet sich als Metalloxid insbesondere SnO2 oder NiO, da sich beide Oxide leicht mit Silber vermischen lassen ohne Agglomerate zu bilden, so dass ein homogener Werkstoff gebildet werden kann, der die vorstehend beschriebene positiven Eigenschaften aufweist.For the powder metallurgical process shown here, SnO 2 or NiO is particularly suitable as metal oxide, since both oxides can easily be mixed with silver without forming agglomerates, so that a homogeneous material having the positive properties described above can be formed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4203250 A1 [0004] - DE 4203250 A1 [0004]

Claims (12)

Zündkerzenelektrodenmaterial enthaltend Silber und eine keramische Zweitphase, wobei die keramische Zweitphase eine Oxidkeramik ist.Including spark plug electrode material Silver and a ceramic second phase, wherein the ceramic second phase an oxide ceramic is. Zündkerzenelektrodenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidkeramik aus SnO2 oder NiO oder MgO oder Al2O3 oder CaO oder ZrO2 oder eine beliebigen Kombination zweier oder mehrerer der vorgenannten Oxidkeramiken ist.The spark plug electrode material according to claim 1, characterized in that the oxide ceramic is SnO 2 or NiO or MgO or Al 2 O 3 or CaO or ZrO 2 or any combination of two or more of the aforementioned oxide ceramics. Zündkerzenelektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Oxidkeramik im Elektrodenmaterial in einem Bereich von 5 bis 50 Vol.-%, bevorzugt 10 bis 40 Vol.-% und besonders bevorzugt 15 bis 30 Vol.-% liegt.Spark plug electrode material according to any one of Claims 1 or 2, characterized in that the proportion of oxide ceramics in the electrode material in a range of 5 to 50% by volume, preferably 10 to 40% by volume, and more preferably 15% to 30% by volume. Zündkerzenelektrodenmaterial im Wesentlichen bestehend aus Silber und NiO oder Silber und SnO2.Spark plug electrode material consisting essentially of silver and NiO or silver and SnO 2 . Zündkerzenelektrode bestehend aus einem Zündkerzenelektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4.Spark plug electrode consisting of a spark plug electrode material according to one of claims 1 to 4. Zündkerzenelektrode umfassend einen Elektrodenkern, eine Elektrodenspitze und einen Elektrodenmantel, wobei der Elektrodenmantel und die Elektrodenspitze aus einem Elektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet ist.Spark plug electrode comprising an electrode core, an electrode tip and an electrode sheath, wherein the electrode sheath and the electrode tip of an electrode material after one of claims 1 to 4 is formed. Zündkerzenelektrode, umfassend einen Elektrodenkern, einen Elektrodenmantel und eine Elektrodenspitze, wobei die Elektrodenspitze aus einem Zündkerzenelektrodenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gebildet ist.Spark plug electrode comprising an electrode core, an electrode sheath and an electrode tip, the electrode tip of a spark plug electrode material according to any one of the claims 1 to 4 is formed. Verfahren zu Herstellung eines Zündkerzenelektrodenmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Schritte: – Herstellen eines Drahtes aus Silber und mindestens einem weiteren Metall – Oxidieren des Silber/Metall-Drahtes – Auf Maß bringen des oxidierten Silber/Metall-Drahtes.Process for producing a spark plug electrode material according to one of claims 1 to 4 comprising the steps: - Produce a wire of silver and at least one other metal - Oxidize of silver / metal wire - Made to measure of the oxidized silver / metal wire. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Nickel oder Zinn ist.Method according to claim 8, characterized in that that the metal is nickel or tin. Verfahren zur Herstellung eines Zündkerzenelektrodenmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Schritte: – Vermengen mindestens eines Metalloxids mit Silber zu einem Gemisch – Formen eines Drahtes aus dem Gemisch von Metalloxid und Silber.Method for producing a spark plug electrode material according to one of claims 1 to 4 comprising the steps: - Blend at least one metal oxide with silver to a mixture - To shape a wire of the mixture of metal oxide and silver. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid NiO oder SnO2 ist.A method according to claim 10, characterized in that the metal oxide is NiO or SnO 2 . Zündkerze umfassend eine Zündkerzenelektrode enthaltend ein Zündkerzenelektronenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4.A spark plug comprising a spark plug electrode containing a spark plug electron material according to a of claims 1 to 4.
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