ES2197704T3 - Nuevo encendedor ceramico que tiene resistencia a la oxidacion y su metodo de utilizacion. - Google Patents
Nuevo encendedor ceramico que tiene resistencia a la oxidacion y su metodo de utilizacion.Info
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Abstract
Encendedor cerámico que comprende: (a) un par de extremos cerámicos conductores (9, 13), y (b) una zona caliente cerámica (11) dispuesta entre los extremos cerámicos conductores (9, 13), y (c) una zona de soporte sobre la que se dispone la zona caliente (11), en la que el soporte comprende: (i) entre aproximadamente 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio, y (ii) entre aproximadamente 2 y 40% en volumen de carburo de silicio.
Description
Nuevo encendedor cerámico que tiene resistencia a
la oxidación y su método de utilización.
Los materiales cerámicos han gozado de un gran
éxito como encendedores en hornos, estufas y secadoras de ropa
calentados con gas. Un encendedor cerámico tiene típicamente una
especie de horquilla para el pelo o forma de U que contiene
porciones extremas conductoras y una porción media altamente
resistiva. Cuando se conecta los extremos del encendedor a
conductores electrificados, la porción media altamente resistiva (o
``zona caliente'') sube de temperatura.
El arte de los encendedores cerámicos ha conocido
desde hace mucho tiempo los encendedores en forma de horquilla para
el pelo que tienen además un inserto cerámico eléctricamente no
conductor, dispuesto entre sus patas
electro-resistivas para el soporte.
JP-A-02094282 describe
específicamente un encendedor cerámico que tiene patas resistivas de
SiC/ZrB_{2} y un inserto aislante de AlN (o ``zona de soporte'')
dispuesto entre las patas resistivas.
JP-A-02094282 nos enseña también a
añadir BN al inserto de AlN con el fin de ajustar los coeficientes
de expansión térmica (``CET'') de las dos regiones. De forma
similar, la patente US nº 5.191.508 (``Axelson'') describe un
encendedor cerámico en forma de horquilla para el pelo que tiene un
``inserto no electroconductor'', y nos enseña que se debería
fabricar el inserto en un solo material tal como alúmina, nitruro de
aluminio, óxido de berilio, cada uno de los cuales son materiales
electroaislantes. La patente US nº 4.634.837 (``Ito'') describe un
encendedor cerámico que tiene una zona caliente basada en
Si_{3}N_{4}/MoSi_{2} y un inserto de
Si_{3}N_{4}/Al_{2}O_{3}.
El arte describe también encendedores cerámicos
en los que están embebidos filamentos conductores en materiales
cerámicos aislantes. Por ejemplo, la patente US nº 4.912.305
(``Tatemasu'') describe un alambre de tungsteno embebido en un
cuerpo cerámico de Si_{3}N_{4}/Al_{2}O_{3}/Y_{2}O_{3}.
La patente US nº 4.804.823 (``0kuda'') describe un encendedor
cerámico en el que una capa cerámica conductora de TiN o WC
(que contiene también Si_{3}N_{4}) está dispuesta dentro de un
sustrato cerámico de AlN o bien Si_{3}N_{4}. Okuda dice también
que el sustrato puede contener además una ayuda de sinterización
tal como un óxido, nitruro, u oxinitruro de los Grupos IIa IIIa
de la Tabla Periódica o aluminio. Véase columna 7, líneas
50-55.
Aunque el material de inserto en los encendedores
en forma de horquilla para el pelo es en general altamente
electroaislante, hay casos en los que el arte ha descrito insertos
que tienen algunos componentes electroconductores (tal como
MoSi_{2}) y/o semiconductores (tal como SiC). Por ejemplo,
JP-A-02086 (``JP '086'' proporciona
una descripción en la que el constituyente principal del inserto es
carburo de silicio. Sin embargo, la investigación ha puesto de
manifiesto que las resistividades a alta temperatura de un primer
material comprendiendo SiC y un material conductor tal como aluminio
y un segundo material comprendiendo más del 99% de SiC tienden a
igualarse a altas temperaturas. Por consiguiente, si hubiese que
usar estos materiales respectivamente como zona caliente e inserto
en el mismo encendedor, se producirían probablemente cortocircuitos
eléctricos a través del material del inserto. En otro ejemplo,
patente US nº 5.233.166 (``Maeda'') describe un encendedor que tiene
una zona caliente embebida en un sustrato cerámico comprendiendo
nitruro de silicio, 8-19% de óxido de tierra rara,
2-7% de sílice, y 7-20% de
MoSi_{2}. Maeda nos enseña cómo evitar la producción de una fase
vítrea que tenga alúmina en una cantidad de más del 1% en peso.
La patente US nº 5.801.361 (Willkens '361)
describe un encendedor cerámico destinado a ser usado en
aplicaciones de alta tensión (220V-240V) en las que
la zona caliente en forma de horquilla para el pelo convencional
está soportada por material cerámico tanto entre sus patas como en
el exterior de sus patas por zonas de soporte. Willkens '361 nos
enseña también que este material de la zona de soporte debería ser
electroaislante (es decir, debería tener una resistividad eléctrica
de por lo menos 10^{6} ohm-cm) y debería
comprender preferiblemente al menos 90% en volumen de por lo menos
uno entre nitruro de aluminio, nitruro de boro y nitruro de silicio.
Willkens '361 describe también que este material de la zona de
soporte debería no sólo poseer características de expansión térmica
y de densificación que sean compatibles con la zona caliente, sino
también ayudar a proteger la zona caliente contra la oxidación (es
decir, menos del 10% de descenso de amperaje durante 30.000 ciclos).
En una publicación WIPO correspondiente a la '361 de Willkens, la
resistividad eléctrica sugerida del material de la zona de soporte
es 10^{8} ohm-cm.
Sin embargo, aunque el encendedor de Willkens
'361 alcanza las especificaciones de rendimiento requeridas para
aplicaciones de voltaje, el uso continuo del encendedor reveló
fallos importantes de uso a largo plazo en una zona de soporte
consistente esencialmente en nitruro de aluminio AlN. Es decir, la
resistencia de este encendedor aumentó de manera significativa
durante pruebas de uso prolongado. Adicionalmente, se encontraron
problemas de densificación (debidos probablemente a desajuste de
expansión térmica) con estas zonas de soporte durante la
fabricación. Finalmente, Willkens '361 observó que, en un ejemplo,
el brillo incandescente de la zona caliente (que tenía una
resistividad a temperatura ambiente de aproximadamente 0,3
ohm-cm) tendía a chorrear, y sugirió que este
chorreo era causado por la corriente que fluía a través del inserto
basado en nitruro de aluminio.
La patente US nº 5.786.565 (Willkens '565)
describe otro encendedor cerámico que tiene una zona de soporte (o
``inserto'') dispuesta entre las dos patas paralelas del encendedor.
De acuerdo con Willkens '565, este inserto, llamado ``disipador de
calor electroaislante'' o ``disipador de calor no
electroconductor'', tiene preferiblemente una resistividad de por lo
menos aproximadamente 10^{4} ohm-cm.
Preferiblemente, la composición del inserto comprende al menos 90%
en volumen de por lo menos uno entre nitruro de aluminio, nitruro de
boro y nitruro de silicio, pero consiste esencialmente, más
preferiblemente, en por lo menos uno entre nitruro de aluminio,
nitruro de boro y nitruro de silicio.
Sin embargo, aunque los encendedores de Willkens
'565 demostraron poseer una impresionante velocidad, su uso a largo
plazo a temperaturas de aproximadamente 1300ºC dio lugar nuevamente
a un porcentaje significativo de fallos.
Por lo tanto, se necesita una zona de soporte
basada en nitruro de aluminio que no altere las características
eléctricas del encendedor, no desarrolle problemas de oxidación
durante el uso, y no plantee problemas de densificación ni de
mecanizado durante la fabricación. En particular, se necesita una
zona de soporte que resuelva estos problemas para el encendedor
descrito en Willkens '565.
En un esfuerzo por descubrir la razón para la
oxidación inaceptable del material de la zona de soporte basado en
AlN (o ``inserto''), los presentes inventores han emprendido
investigaciones extensivas, y han descubierto una capa extensiva e
incoherente de alúmina en la superficie del AlN. Dado que la alúmina
tiene un CET mucho más alto que el AlN, y la oxidación del AlN
produce también un 6% de expansión en volumen, se cree que la
oxidación del material del inserto de AlN (es decir, la producción
de alúmina) ocasiona agrietamiento en el material del inserto y
esta es la causa de los fallos con el uso a largo plazo.
Simultáneamente, los presentes inventores han
examinado también encendedores convencionales que poseían
composiciones convencionales de zona caliente de
AlN-SiC-MoSi_{2} que no sufrieron
fallos similares relacionados con la oxidación a largo plazo. Se
comprobó que, después del uso a largo plazo, estas zonas calientes
convencionales tenían una capa de superficie coherente conteniendo
una cantidad sustancial de mullita, que tiene por composición
3Al_{2}O_{3}-2SiO_{2}. En contraste con la
alúmina, la mullita tiene un CET que es mucho más compatible con el
AlN, y sólo produce un pequeño cambio volumétrico cuando se produce
a partir de AlN. Por consiguiente, sin desear ligarse a una teoría,
se estima que la producción de una capa superficial de mullita es
crítica para el éxito de un material de inserto basado en AlN.
A la luz del descubrimiento precedente, se creyó
que la capa de mullita deseada podría producirse añadiendo entre 2 y
40% en volumen de carburo de silicio al inserto basado en AlN. La
fabricación y ensayo subsiguientes de esta composición confirmaron
la presencia de la capa de mullita coherente deseada. Así, se cree
que los problemas de oxidación de los insertos basados en AlN pueden
mejorarse de forma significativa añadiendo suficiente carburo de
silicio para producir una capa coherente de mullita encima del
inserto de AlN.
El hallazgo de la idoneidad de un material de
inserto de AlN-SiC es sorprendente a la luz de las
enseñanzas del arte respetando las características conocidas de los
sistemas aisladores convencionales. Con respecto al AlN, era sabido
que un aislador esencialmente de AlN producía oxidación inaceptable
en Willkens '361. En relación con el SiC, es sabido que una zona de
soporte esencialmente de SiC producía cortocircuito eléctrico
inaceptable a altas temperaturas. En consecuencia, había una seria
preocupación de que una mezcla conteniendo cantidades significativas
de ambos compuestos produjese bien sea oxidación inaceptable, o
cortocircuitos, o ambos. En cambio, se comprobó que esta nueva zona
de soporte proporcionó a la vez resistencia aceptable a la oxidación
y sin cortocircuitos.
Por lo tanto, de acuerdo con la presente
invención, se proporciona un encendedor cerámico que comprende:
- (a)
- un par de extremos conductores, y
- (b)
- una zona caliente cerámica dispuesta entre los extremos fríos, y
- (c)
- una zona de soporte sobre la que se dispone la zona caliente,
en la que el soporte
comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio, y
- (b)
- entre aproximadamente 2 y 40% en volumen de carburo de silicio.
La figura 1 es una realización preferida en la
que un encendedor preferido tiene una especie de horquilla para el
pelo comprendiendo dos patas conductoras 9 y 13 colocadas en
conexión eléctrica, por una zona caliente resistiva 11,
extendiéndose las pastas 13 desde la zona caliente en la misma
dirección, y un inserto 19 está dispuesto entre las patas
conductoras 13.
En general, la zona de soporte comprende entre 50
y 80% en volumen de nitruro de aluminio como fase aislante. Si el
soporte contiene menos del 50% en volumen de AlN, entonces el
soporte puede ser demasiado conductor y existe peligro de
cortocircuito. Si el soporte contiene más del 80% en volumen de AlN,
entonces hay típicamente riesgo de oxidación incrementada.
En general, la zona de soporte comprende también
entre 2 y 40% en volumen de un carburo de silicio. Si el soporte
contiene menos del 2% en volumen del carburo de silicio, entonces no
hay suficiente reactante para formar mullita y el soporte es
demasiado propenso a oxidación. Si el soporte contiene más del 40%
en volumen de esta fase, entonces hay típicamente riesgo de
cortocircuito a altas temperaturas, incluso si el soporte cerámico
resultante sólo es moderadamente conductor (es decir, un
semiconductor). El carburo de silicio tiene un contenido de silicio
suficiente para formar el recubrimiento de mullita deseado y no es
tan conductor que produzca cortocircuito en el material del inserto
compuesto resultante cuando está presente en el inserto en
cantidades menores que el 40% en volumen aproximadamente.
En algunas realizaciones preferidas, el carburo
de silicio comprende entre 10 y 40% en volumen de la zona de
soporte, con preferencia en una cantidad del 20 al 40% en volumen
aproximadamente.
En algunas realizaciones que se usa
preferiblemente con el diseño MIM descrito en Willkens '565, el
inserto comprende entre 20 y 35% en volumen aproximadamente de SiC,
con preferencia entre 25 y 35% en volumen aproximadamente de
SiC.
En algunas realizaciones en las que el material
de inserto de la presente invención se ajusta con zonas (frías)
conductoras y zonas calientes tipo Washburn, el coeficiente de
expansión térmica del material del inserto puede ser demasiado bajo.
Por ejemplo, en un experimento, se comprobó que un material de
inserto consistente esencialmente en 70% de AlN y 30% de SiC se
agrietó cuando estaba en contacto sustancial con una zona conductora
comprendiendo 20% de AlN, 60% de SiC y 20% MoSi_{2}. Se cree que
este fallo fue causado por un desajuste CET entre el inserto y la
zona conductora. Cuando se añadió con posterioridad aproximadamente
10% de alúmina al inserto, la densificación tuvo éxito. Por
consiguiente, en algunas realizaciones la zona de soporte puede
comprender también entre 2 y 20% en volumen de una cerámica de alto
CET que tiene un coeficiente de expansión térmica de por lo menos 6
x 10^{-6}/ºC. Con preferencia, la cerámica de alto CET es alúmina.
En algunos experimentos en los que el inserto estaba en contacto
sustancial con una zona conductora conteniendo 20% de AlN, 20% de
MoSi_{2} y 60% de SiC, un número significativo de los insertos
conteniendo 5% de alúmina tenían todavía grietas mientras que
prácticamente todos los insertos que tenían 10% de alúmina no
presentaron grietas. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el
inserto contiene preferiblemente entre 5 y 15% de alúmina, con
preferencia entre 8 y 15%. El hallazgo de que la alúmina puede
resultar beneficiosa para la composición del inserto es sorprendente
porque Maeda nos enseña que más de unos pocos tantos por ciento de
adición de alúmina al inserto ocasionarán una fase vítrea
indeseable.
En algunas realizaciones, en las que el nivel de
SiC en el inserto es relativamente bajo (es decir, menos del 25% en
volumen de SiC), se comprobó que otra adición de una pequeña
cantidad de disiliciuro de molibdeno al insertó ayudó a incrementar
la resistencia a la oxidación. Por consiguiente, en algunas
realizaciones, la zona de soporte puede comprender además entre 1 y
4% en volumen de MoSi_{2}, particularmente cuando el contenido de
SiC es relativamente bajo. Debido al efecto indeseable que tiene el
MoSi_{2} en la resistencia a la oxidación de la zona de soporte,
la hipótesis es que, en algunas realizaciones conteniendo entre
1-4% en volumen de MoSi_{2}, se necesitará tan
poco como 10% en volumen de SiC para producir la resistencia a la
oxidación deseada. Por consiguiente, en algunas realizaciones
preferidas, el inserto comprende entre 10 y 25% en volumen de SiC
(más preferiblemente entre 10 y 20% en volumen de SiC) y entre 1 y
4% en volumen de MoSi_{2}. Se ha comprobado también que la adición
de MoSi_{2} cambia el color del inserto. Por lo tanto, si se desea
un color distintivo, es preferible no usar MoSi_{2} para
realizarlo.
Además, se observó también que el uso de
disiliciuro de molibdeno produce un tipo diferente de capa de óxido.
En particular, el óxido producido en zonas de soporte conteniendo
MoSi_{2} contiene también mullita, pero es más delgada y más
coherente que la capa de óxido producida a partir de zonas de
soporte de AlN-SiC-Al_{2}O_{3}.
Igualmente, la capa producida por la adición de MoSi_{2} parece
ser cualitativamente más similar a la producida por la zona caliente
Washburn convencional.
También se cree que el disiliciuro de tungsteno
puede desempeñar la misma función que el MoSi_{2}. Por tanto, en
algunas realizaciones, la zona de soporte comprende además:
- (c)
- entre aproximadamente 1 y 4% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno y disiliciuro de tungsteno, y sus mezclas.
Se cree además que algunas de las zonas de
soporte de la presente invención pueden constituir nuevas
composiciones. Por consiguiente, también de acuerdo con la presente
invención, se proporciona una cerámica policristalina densificada
que comprende (y preferiblemente consiste en:
- a)
- entre 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio,
- b)
- entre 25 y 35% en volumen de SiC, y
- c)
- entre 8 y 15% en volumen de alúmina.
También de acuerdo con la presente invención, se
proporciona una cerámica policristalina densificada que comprende (y
preferiblemente consiste en):
- a)
- entre 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio,
- b)
- entre 10 y 25% en volumen de SiC,
- c)
- entre 8 y 15% en volumen de alúmina, y
- d)
- entre 1 y 4% en volumen de disiliciuro de molibdeno.
Con preferencia, la zona cerámica conductora y la
zona caliente definen una horquilla para el pelo que tiene un par de
patas, y la zona de soporte está dispuesta entre las patas para
definir una longitud de contacto, en la que la zona de soporte
contacta (i) la zona conductora sustancialmente a lo largo de las
patas y (ii) la zona caliente sustancialmente en el vértice. Este es
el diseño descrito sustancialmente en Willkens 5.786.565 (cuya
memoria descriptiva se incorpora aquí totalmente como referencia), y
llamada generalmente diseño MIM. En general, el contacto entre el
soporte y la zona fría en este diseño MIM comprende al menos 80% de
la longitud de contacto.
Se estima también que usando un encendedor tipo
MIM de horquilla para el pelo el diseño ayuda también a mejorar los
problemas de oxidación/cortocircuito. En sistemas convencionales de
inserto de horquilla para el pelo, las zonas calientes se extienden
por una porción importante de cada región de pata de la horquilla
para el pelo y tiene además una resistividad relativamente alta en
comparación con el inserto dispuesto entre las regiones de la zona
caliente. Como las resistividades relativas de estas zonas no eran
muy altas (aproximadamente 10 veces, o una decena), algo de
electricidad fluyó probablemente desde una zona caliente a través
del aislador a la otra zona caliente. En contraste, en el diseño
MIM, una región conductora se extiende sustancialmente por cada pata
completa. Dado que las resistividades relativas de estas regiones es
típicamente mucho mayor (aproximadamente 1000 veces) probablemente
fluye mucha menos electricidad a través del aislador.
Además, como la zona caliente de un diseño
MIM está situada esencialmente sólo en el vértice de la
horquilla para el pelo, únicamente se expone a las altas
temperaturas una porción relativamente pequeña del inserto,
reduciendo de este modo las probabilidades de que resulte
susceptible a la oxidación.
También sin desear ligarse a una teoría, se cree
que usando la presente composición de inserto en sistemas que tienen
un voltaje operativo que es menor que el sistema de 24V usado por
Willkens '361 contribuyó a la ausencia esencial de cortocircuito a
través del inserto basado en AlN.
Una caída de baja tensión a través del elemento
encendedor ayuda a prevenir el cortocircuito a través del aislador
debido a las resistencias relativas del aislador y la zona
caliente.
La zona caliente proporciona el calentamiento
funcional para el encendido de gas. En realizaciones preferidas, se
usa las fracciones componentes de nitruro de aluminio, disiliciuro
de molibdeno y carburo de silicio descritas en la patente U.S. nº
5.045.237, cuya memoria descriptiva se incorpora aquí totalmente
como referencia. Como se indica en la patente Washburn, el sistema
AlN-SiC-MoSi_{2} es un sistema
flexible que puede producir encendedores que tienen resistividades
comprendidas entre aproximadamente 0,001 y 100
ohm-cm. Estas zonas calientes tienen generalmente
una resistividad comprendida entre 0,04 ohm-cm y 100
ohm-cm, y con preferencia entre 0,2
ohm-cm y 100 ohm-cm en la franja de
temperatura de 1000 a 1500ºC. Típicamente, la zona caliente
comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 50 y 75% en volumen de nitruro de aluminio
- (b)
- entre aproximadamente 10 y 45% en volumen de un material semiconductor seleccionado del grupo consistente en carburo de silicio y carburo de boro, y sus mezclas, y
- (c)
- entre aproximadamente 8,5 y 14% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, carburo de tungsteno, nitruro de titanio, y sus mezclas.
En aplicaciones que implican el encendedor MIM
descrito en Willkens '565, la zona caliente comprende
preferiblemente de 50 a 75% en volumen aproximadamente de nitruro de
aluminio, y entre 8,5-14% en volumen aproximadamente
de MoSi_{2}, y 10-45% en volumen aproximadamente
de SiC, y tiene una sección transversal comprendida entre 0,0970 y
0,0581 cm^{2} (0,0015 y 0,0090 pulgadas cuadradas), y una longitud
de trayecto eléctrico de no más de 0,5 cm. Más preferiblemente,
comprende aproximadamente de 60 a 70% en volumen de nitruro de
aluminio, y aproximadamente 10-12% en volumen de
MoSi_{2}, y 20-25% en volumen de SiC, y tiene una
sección transversal comprendida entre 0,0194 y 0,0368 cm^{2}
(0,0030 y 0,0057 pulgadas cuadradas) y una longitud de trayecto
eléctrico de entre 0,127 y 0,508 cm (0,050 pulgadas y 0,200
pulgadas). Más preferiblemente, comprende aproximadamente 64% en
volumen de AlN, 11% en volumen de MoSi_{2}, y 25% en volumen de
SiC, y tiene una sección transversal de entre 0,0290 y 0,0329
cm^{2} (0,0045 y 0,0051 pulgadas cuadradas), y una longitud de
trayecto eléctrico de entre 0,1905 y 0,3175 cm (0,075 pulgadas y
0,125 pulgadas).
Preferiblemente, el tamaño de las partículas
tanto de los polvos de partida como de los granos en la zona
caliente densificada son similares a los descritos en la patente
Washburn. En algunas realizaciones, el tamaño medio del grano
(d_{50}) de los componentes de la zona caliente en el cuerpo
densificado es el siguiente: a) material electroaislante (es decir,
AlN): entre aproximadamente 2 y 10 \mum; b) material semiconductor
(es decir SiC): entre aproximadamente 1 y 10 \mum; c) conductor
metálico (es decir, MoSi_{2}): entre 1 y 10 \mum
aproximadamente.
Los extremos conductores 9 y 13 proporcionan
medios para conexión eléctrica a hilos conductores. Con preferencia,
se componen también de AlN, SiC y MoSi_{2}, pero tienen un
porcentaje notablemente más alto de los materiales conductores y
semiconductores (es decir, SiC y MoSi_{2}) que las composiciones
preferidas de la zona caliente. En consecuencia, tienen típicamente
mucha menos resistividad que la zona caliente y no se recalientan a
las temperaturas experimentadas por la zona caliente. La zona
cerámica conductora comprende preferiblemente:
- (a)
- entre aproximadamente 15 y 60% en volumen de nitruro de aluminio,
- (b)
- entre aproximadamente 20 y 65% en volumen de un material semiconductor seleccionado del grupo consistente en carburo de silicio y carburo de boro, y sus mezclas, y
- (c)
- entre aproximadamente 15 y 50% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, carburo de tungsteno, nitruro de titanio, y sus mezclas.
Más preferiblemente, la zona cerámica conductora
comprende aproximadamente 20% en volumen de nitruro de aluminio,
aproximadamente 60% en volumen de carburo de silicio, y
aproximadamente 20% en volumen de disiliciuro de molibdeno. En
realizaciones preferidas, las dimensiones de los extremos
conductores 9 y 13 son 0,05 cm (ancho) x 4,2 cm (profundidad) x 0,1
cm (espesor). En otras realizaciones, se puede depositar metal
conductor sobre el material del disipador de calor y la zona
caliente para formar las patas conductoras.
En algunas realizaciones, la zona cerámica
conductora y la zona caliente definen una horquilla para el pelo que
tiene un par de patas y la zona de soporte está dispuesta entre las
patas para definir una longitud de contacto, en la que la zona de
soporte contacta (i) la zona conductora sustancialmente a lo largo
de las patas y (ii) la zona caliente sustancialmente en el vértice.
Con preferencia, el contacto entre el extremo de soporte y la zona
fría comprende al menos 80% de la longitud de contacto.
La longitud del trayecto eléctrico de la zona
caliente, mostrada como EPL en la figura 1, es menor que 0,5 cm. El
material de inserto 19 está previsto como un inserto para contactar
la zona caliente y llenar sustancialmente el espacio restante entre
las patas conductoras que se extienden desde la zona caliente 11.
Cuando se une conductores por pares 50 y 51 a cada uno de los
extremos conductores 9 y 13 y se les aplica un voltaje, la corriente
circula desde el primer conductor 50 a la primera pata conductora 9,
a través de la zona caliente 11 (haciendo así subir la temperatura
de la zona caliente), y luego a través de la segunda pata conductora
13 donde sale a través del segundo conductor 51.
En realizaciones preferidas, las dimensiones de
los insertos son 4,0 cm (profundidad) x 0,25 cm (anchura) x 0,1 cm
(espesor).
La elaboración del componente cerámico (es decir,
condiciones de elaboración y de sinterización del cuerpo en verde) y
la preparación del encendedor a partir de la cerámica densificada
pueden realizarse por cualquier método convencional. Típicamente,
tales métodos se llevan a cabo sustancialmente de acuerdo con la
patente Washburn. En realizaciones preferidas, los laminados en
verde son densificados por prensado isostático en caliente en un
medio vítreo como se describe en la patente US nº 5.191.508 (``la
patente Axelson''). La densificación da un cuerpo cerámico cuya zona
caliente tiene una densidad de por lo menos el 95%, con preferencia
al menos el 99% de la densidad teórica.
Los encendedores de la presente invención pueden
usarse en muchas aplicaciones, incluyendo aplicaciones de ignición
de combustible en fase de gas tales como hornos y aparatos de
cocción, calentadores de zócalo, calderas y encimeras de fogón. En
general, se proporciona un método de utilización de un encendedor
cerámico de superficie caliente, comprendiendo los pasos de:
- a)
- prever el encendedor de la presente invención, y
- b)
- impartir un voltaje entre los extremos cerámicos conductores del encendedor, provocando así el calentamiento resistivo de la zona caliente y formando una capa protectora de mullita sobre la superficie de la zona de soporte.
Este ejemplo examina la idoneidad de varias
composiciones para usar como insertos de zona de soporte.
Las composiciones cerámicas mostradas más abajo
en la Tabla I fueron creadas mezclando los polvos seleccionados en
las proporciones apropiadas y compactando la mezcla en muestras de
prueba en verde. Estas muestras fueron entonces densificadas a por
lo menos el 99% de la densidad teórica por prensado isostático en
caliente encapsulado en vidrio y finalmente granalladas.
Existen cuatro criterios para juzgar la
idoneidad. El primero, la resistividad eléctrica, fue medida a 25ºC.
Un inserto que tiene una alta resistividad eléctrica es deseable
para asegurar que la corriente eléctrica que pasa a través de la
horquilla para el pelo no puentee la ruta prevista a través de las
zonas conductora y resistiva. Si un material fue tan resistivo que
su resistividad fuese al menos de 2 mega-ohm a 25ºC,
fue juzgado entonces el ``mejor''. Si el material tenía una
resistividad inferior de no más de 0,5 mega-ohm a
25ºC, éste fue juzgado ``malo'' porque su uso podría incrementar la
probabilidad de cortocircuitos.
El segundo criterio, resistencia a la oxidación,
fue medida por ensayo de oxidación estática durante 18 horas a
1425ºC. Un inserto que tenía una película de óxido de no más de 30
\mum fue juzgado como el ``mejor'', mientras que un inserto que
tenía una película de óxido de por lo menos 80 \mum fue
considerado malo.
El tercer criterio, coeficiente de expansión
térmica, fue estimado para cada material por una regla de cálculo de
mezclas. Un material que tenía un CET de entre 5,3 x 10^{-6}/ºC y
5,5 x 10^{-6}/ºC fue juzgado como bueno porque no sería propenso a
agrietarse al enfriarse desde la densificación cuando era ajustado
contra una zona conductora ``Washburn'' típica (que tiene un CET de
aproximadamente 5,4 x 10^{-6}/ºC.
Se evaluó el cuarto criterio, ajuste de color,
por inspección visual, en comparación con la zona resistiva típica
de Washburn. En algunas aplicaciones, puede ser deseable ajustar el
color del inserto con el de la zona resistiva, mientras que en otras
puede ser deseable prever un color de contraste distintivo.
El análisis de la Tabla que sigue indica una
serie de franjas preferidas.
Primeramente, la Tabla demuestra claramente que
se necesita una adición de alúmina significativa con el fin de
procurar el ajuste CET correcto con la zona conductora tipo
Washburn. Compárese los ejemplos 1-5 con
6-10. En consecuencia, se prefiere que la zona de
soporte comprenda entre 2 y 20% en volumen de alúmina, más
preferiblemente entre el 8 y 15% en volumen de alúmina.
\catcode`\#=12\nobreak\centering\begin{tabular}{|l|l|l|l|l|l|l|l|}\hline
AlN \+ Al _{2} O _{3} \+ SiC \+ MoSi _{2} \+ Resistividad \+
Oxidación \+ CET(Teor.) \+ Ajuste \\ \+ \+ \+ \+ \+
\+ \+ color \\\hline 80 \+ 5 \+ 15 \+ 0 \+ Mejor \+ Pobre \+
Bueno \+ No \\\hline 75 \+ 5 \+ 20 \+ 0 \+ Mejor \+ Pobre \+
Bueno \+ No \\\hline 70 \+ 5 \+ 25 \+ 0 \+ Mejor \+ Bien \+
Bueno \+ No \\\hline 75 \+ 10 \+ 15 \+ 0 \+ Mejor \+ Pobre
\+ Bueno \+ No \\\hline 70 \+ 10 \+ 20 \+ 0 \+ Mejor \+ Bueno
\+ Bueno \+ No \\\hline 80 \+ 0 \+ 20 \+ 0 \+ Mejor \+ Pobre
\+ Malo \+ No \\\hline 70 \+ 0 \+ 30 \+ 0 \+ Bueno \+ Bueno
\+ Malo \+ No \\\hline 60 \+ 0 \+ 40 \+ 0 \+ Pobre \+ Mejor
\+ Malo \+ No \\\hline 78 \+ 0 \+ 20 \+ 2 \+ Bueno \+ Mejor
\+ Malo \+ Si \\\hline 76 \+ 0 \+ 20 \+ 4 \+ Pobre \+ Mejor
\+ Malo \+ Si
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
En segundo lugar, la tabla muestra que una
adición de disiliciuro de molibdeno es buena no sólo para el color
sino también para alcanzar la mejor resistencia a la oxidación.
Compárese los ejemplos 9-10 con 1-8.
Sin embargo, también está claro que las adiciones de más del 4% en
volumen pueden incrementar de forma indeseable el rasgo
electroaislante del inserto. Por tanto, en algunas realizaciones, se
prefiere que el inserto tenga entre 1 y 4% en volumen de disiliciuro
de molibdeno.
En lo que respecta al SiC, la tabla demuestra un
compromiso entre la resistividad eléctrica y la resistencia a la
oxidación. La resistencia a la oxidación del inserto es generalmente
buena cuando hay al menos 20-30% en volumen de SiC
(sugiriendo la habilidad del SiC para formar mullita), pero la
resistividad eléctrica es generalmente buena cuando se usa menos del
40% de SiC. Por consiguiente, en la mayoría de las realizaciones, es
deseable una fracción de SiC comprendida entre
20-35% en volumen, con preferencia entre 25 y 35% en
volumen, especialmente si el inserto consiste esencialmente en esos
tres componentes.
La tabla muestra también que previendo una
pequeña cantidad de disiliciuro de molibdeno se consigue un
sorprendente y beneficioso efecto sobre la resistencia a la
oxidación del inserto, permitiendo así bajar el nivel de SiC a
niveles inferiores y proporcionando el color distintivo deseable al
inserto. Por consiguiente, en los sistemas que contienen
AlN-SiC-MoSiO_{2} en los que el
nivel de SiC no es superior al 25% (con preferencia entre el 10 y
25% en volumen), la fracción de MoSi_{2} está comprendida entre el
1 y 3% en volumen.
Este ejemplo demuestra la superior resistencia a
la oxidación del encendedor de la presente invención.
Se construyó un laminado en verde prácticamente
de acuerdo con el diseño mostrado en la figura 5 de Willkens '565.
Un polvo composite comprendiendo una mezcla en polvo de zona
caliente de 70,8 en volumen de AlN, 20 en volumen de SiC, y 9,2 en
volumen de MoSi_{2} extendida para formar un tocho que fue
posteriormente cortado para formar una loseta en verde 24 de la
figura 5. La porción de zona caliente del cuerpo en verde prensado
en caliente tenía una densidad de aproximadamente el 65% de la
densidad teórica, mientras que la porción AlN tenía una densidad de
aproximadamente el 65% de la densidad teórica. Las losetas en verde
representando los extremos conductores fueron fabricadas por
prensado en caliente de mezclas de polvo conteniendo 20 en volumen
de AlN, 60 en volumen de Si, y 20 en volumen de MoSi_{2} para
formar un tocho que tenía una densidad de aproximadamente el 63% de
la densidad teórica, a partir del cual se cortaron las losetas 21 y
32 de la figura 5. Se laminaron las losetas en verde como en la
figura 5, y luego se densificaron por prensado isostático en
caliente encapsulado en vidrio a 1800ºC aproximadamente durante 1
hora para formar un bloque cerámico que tenía una segunda sección
resistiva formada in situ. El bloque fue cortado entonces a
través de su anchura para producir una pluralidad de elementos de
superficie caliente que medían 3,81 cm x 0,381 cm x 0,076 cm (1,5``
x 0,150 x 0,030''). La zona caliente resultante comprendía una
primera sección resistiva que tenía una profundidad de
aproximadamente 0,125 cm, y una segunda sección resistiva formada
in situ que tenía una profundidad de aproximadamente 0,05
cm. La longitud de zona caliente (EPL) y el espesor fueron de
aproximadamente 0,25 cm y 0,076 cm, respectivamente.
Se fijaron conductores apropiados a las porciones
conductoras del elemento de superficie caliente y se aplicó un
voltaje de 30 V. La zona caliente alcanzó una temperatura de
aproximadamente 1300ºC en menos de dos segundos.
Para probar la resistencia a la oxidación de la
nueva zona de soporte, se sometió el encendedor a 20.000 ciclos de
18 V de energía en los que cada ciclo consistió en una fase ``de
conexión'' de 30 segundos y una fase ``de desconexión'' de 30
segundos. Después de esta prueba, se analizó la superficie de la
zona de soporte para determinar la oxidación midiendo el espesor de
óxido. Se comprobó que el espesor de óxido fue de aproximadamente 50
\mum. Esto es aproximadamente 7-10 veces menor que
el espesor de óxido medido sobre la zona de soporte descrita en
Willkens '565.
Ejemplo comparativo
I
Se preparó una zona de soporte comprendiendo
aproximadamente 9% en volumen de nitruro de silicio, 10% en volumen
de alúmina y 81% en volumen de nitruro de aluminio. Sin embargo, la
loseta de encendedor conteniendo esta zona y una zona conductora
adyacente se hendieron durante la densificación. Se cree que esta
loseta se hendió a consecuencia del desajuste CET entre la zona de
soporte y la zona conductora adyacente. Como el nitruro de silicio
tiene un CET muy bajo (3,4 x 10^{-6}/ºC), se llegó a la conclusión
de que su uso en la zona de soporte rebaja el CET global de la zona
de soporte a un nivel indeseado.
Ejemplo comparativo
II
Se preparó una zona de soporte comprendiendo
aproximadamente 96% en volumen de AlN y 4% en volumen de alúmina.
Sin embargo, se comprobó que esta zona tenía una resistencia a la
oxidación inaceptable.
Claims (28)
1. Encendedor cerámico que comprende:
- (a)
- un par de extremos cerámicos conductores (9, 13), y
- (b)
- una zona caliente cerámica (11) dispuesta entre los extremos cerámicos conductores (9, 13), y
- (c)
- una zona de soporte sobre la que se dispone la zona caliente (11),
en la que el soporte
comprende:
- (i)
- entre aproximadamente 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio, y
- (ii)
- entre aproximadamente 2 y 40% en volumen de carburo de silicio.
2. El encendedor de la reivindicación 1, en el
que el carburo de silicio comprende entre 10 y 40% en volumen de la
zona de soporte.
3. El encendedor de la reivindicación 2, en el
que el carburo de silicio comprende entre 20 y 40% en volumen de la
zona de soporte.
4. El encendedor de la reivindicación 2, en el
que el carburo de silicio comprende 20-35% en
volumen de la zona de soporte.
5. El encendedor de la reivindicación 2, en
el que la zona de soporte comprende también entre
aproximadamente 2 y 20% en volumen de una cerámica de alto
CET que tiene un coeficiente de expansión térmica de por
lo menos
\hbox{6 x 10 ^{-6} /ºC.} 6. El encendedor de la reivindicación 5, en el
que la cerámica de alto CET es alúmina.
7. El encendedor de la reivindicación 6, en el
que la alúmina comprende 5-15% en volumen de la zona
de soporte.
8. El encendedor de la reivindicación 6, en el
que la alúmina comprende 8-15% en volumen de la zona
de soporte.
9. El encendedor de la reivindicación 6, en el
que la zona cerámica conductora y la zona caliente (11) definen una
horquilla para el pelo que tiene un par de patas, y la zona de
soporte está dispuesta entre las patas para definir una longitud de
contacto, en la que la zona de soporte contacta (i) la zona
conductora sustancialmente a lo largo de las patas y (ii) la zona
caliente sustancialmente en el vértice.
10. El encendedor de la reivindicación 9, en el
que el contacto entre el soporte y la zona fría comprende al menos
80% de la longitud de contacto.
11. El encendedor de la reivindicación 10, en el
que la zona cerámica conductora comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 15 y 60% en volumen de nitruro de aluminio
- (b)
- entre aproximadamente 20 y 65% en volumen de un material semiconductor seleccionado del grupo consistente en carburo de silicio y carburo de boro, y sus mezclas, y
- (c)
- entre aproximadamente 15 y 40% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, carburo de tungsteno, nitruro de titanio, y sus mezclas.
12. El encendedor de la reivindicación 11, en el
que la zona caliente (11) comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 50 y 75% en volumen de nitruro de aluminio
- (b)
- entre aproximadamente 10 y 45% en volumen de un material semiconductor seleccionado del grupo consistente en carburo de silicio y carburo de boro, y sus mezclas, y
- (c)
- entre aproximadamente 8,5 y 14% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, carburo de tungsteno, nitruro de titanio, y sus mezclas.
13. El encendedor de la reivindicación 6, en el
que la zona de soporte comprende además entre 1 y 4% en volumen de
disiliciuro de molibdeno.
14. El encendedor de la reivindicación 1, en el
que la zona caliente (11) comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 50 y 75% en volumen de nitruro de aluminio
- (b)
- entre aproximadamente 10 y 45% en volumen de un material semiconductor seleccionado del grupo consistente en carburo de silicio y carburo de boro, y sus mezclas, y
- (c)
- entre aproximadamente 8,5 y 14% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, carburo de tungsteno, nitruro de titanio, y sus mezclas.
15. El encendedor de la reivindicación 14, en el
que la zona caliente (11) comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 50 y 75% en volumen de nitruro de aluminio,
- (b)
- entre aproximadamente 10 y 45% en volumen de carburo de silicio, y
- (c)
- entre aproximadamente 8,5 y 14% en volumen de disiliciuro de molibdeno.
16. El encendedor de la reivindicación 15, en el
que la zona de soporte comprende entre 10 y 40% en volumen de
SiC.
17. El encendedor de la reivindicación 16, en el
que la zona de soporte comprende además entre aproximadamente 2 y
20% en volumen de una cerámica de alto CET que tiene un coeficiente
de expansión térmica de por lo menos 6 x 10^{-6}/ºC.
18. El encendedor de la reivindicación 17, en el
que la cerámica de alto CET es alúmina.
19. El encendedor de la reivindicación 18, en el
que la alúmina comprende entre 8 y 15% en volumen de la zona de
soporte.
20. El encendedor de la reivindicación 2, en el
que la zona de soporte comprende también:
- (c)
- entre 1 y 4% en volumen aproximadamente de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno y disiliciuro de tungsteno, y sus mezclas.
21. El encendedor de la reivindicación 20, en el
que el conductor metálico de la zona de soporte es disiliciuro de
molibdeno en la cantidad comprendida entre el 1 y 4% en volumen de
la zona de soporte.
22. El encendedor de la reivindicación 21, en el
que la cerámica que contiene silicio comprende carburo de silicio, y
el carburo de silicio está presente en una cantidad de entre el 10 y
25% en volumen de la zona de soporte.
23. El encendedor de la reivindicación 1, en el
que la zona cerámica conductora comprende:
- (a)
- entre aproximadamente 15 y 60% en volumen de nitruro de aluminio,
- (b)
- entre aproximadamente 20 y 65% en volumen de un material semiconductor seleccionado del grupo consistente en carburo de silicio y carburo de boro, y sus mezclas, y
- (c)
- entre aproximadamente 15 y 50% en volumen de un conductor metálico seleccionado del grupo consistente en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, carburo de tungsteno, nitruro de titanio, y sus mezclas.
24. El encendedor de la reivindicación 23, en el
que la zona cerámica conductora comprende:
- (a)
- aproximadamente 20% en volumen de nitruro de aluminio,
- (b)
- aproximadamente 60% en volumen de carburo de silicio, y
- (c)
- aproximadamente 20% en volumen de disiliciuro de molibdeno.
25. Método de utilización de un encendedor de
superficie cerámica caliente, que comprende los pasos de:
- (a)
- prever un encendedor cerámico que comprende:
- (i)
- un par de extremos cerámicos conductores (9, 13), y
- (ii)
- una zona caliente cerámica (11) dispuesta entre los extremos cerámicos conductores (9, 13), y
- (iii)
- una zona de soporte sobre la que se dispone la zona caliente (11), en el que la zona de soporte comprende entre aproximadamente 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio, y entre aproximadamente 2 y 40% en volumen de carburo de silicio, y
- (b)
- impartir un voltaje entre los extremos cerámicos conductores (9, 13) del encendedor, produciendo así un calentamiento resistivo de la zona caliente (11) y formando una capa protectora de mullita sobre la superficie de la zona de soporte.
26. Cerámica policristalina densificada que
comprende:
- a)
- entre 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio,
- b)
- entre 25 y 35% en volumen de SiC, y
- c)
- entre 8 y 15% en volumen de alúmina.
27. La cerámica de la reivindicación 26,
consistente esencialmente en:
- a)
- entre 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio,
- b)
- entre 25 y 35% en volumen de SiC, y
- c)
- entre 8 y 15% en volumen de alúmina.
28. Cerámica policristalina densificada que
comprende:
- a)
- entre 50 y 80% en volumen de nitruro de aluminio,
- b)
- entre 10 y 25% en volumen de SiC, y
- c)
- entre 8 y 15% en volumen de alúmina, y
- d)
- entre 1 y 4% en volumen de disiliciuro de molibdeno.
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| FR2835565B1 (fr) * | 2002-02-05 | 2004-10-22 | Saint Gobain Ct Recherches | Procede de gestion de moyens de decolmatage d'un filtre a particules |
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| KR20070099551A (ko) * | 2004-10-28 | 2007-10-09 | 생-고뱅 세라믹스 앤드 플라스틱스, 인코포레이티드 | 세라믹 점화기 |
| WO2008127467A2 (en) * | 2006-12-15 | 2008-10-23 | State Of Franklin Innovation, Llc | Ceramic-encased hot surface igniter system for jet engines |
| US20090206069A1 (en) * | 2007-09-23 | 2009-08-20 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Heating element systems |
| CA2711131A1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-07-09 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Ceramic heating elements having open-face structure and methods of fabrication thereof |
| JP2011523160A (ja) * | 2007-12-29 | 2011-08-04 | サン−ゴバン セラミックス アンド プラスティクス，インコーポレイティド | 同軸セラミック点火器及び製造方法 |
| WO2010033797A1 (en) * | 2008-09-18 | 2010-03-25 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Resistance heater air heating device |
| US20110253696A1 (en) * | 2010-03-17 | 2011-10-20 | Hanagan Michael J | Ceramic Heating Device |
| US9951952B2 (en) | 2014-10-15 | 2018-04-24 | Specialized Component Parts Limited, Inc. | Hot surface igniters and methods of making same |
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|---|---|---|---|---|
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| CA1240710A (en) * | 1984-11-08 | 1988-08-16 | Malcolm E. Washburn | Refractory composition and products resulting therefrom |
| JPS62158247A (ja) | 1986-01-06 | 1987-07-14 | Mitsubishi Gas Chem Co Inc | テトラシアノキノジメタンの精製方法 |
| US4804823A (en) * | 1986-07-31 | 1989-02-14 | Kyocera Corporation | Ceramic heater |
| JPH01313362A (ja) * | 1988-06-09 | 1989-12-18 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック発熱体およびその製造方法 |
| JPH0294282A (ja) * | 1988-09-29 | 1990-04-05 | Hitachi Ltd | セラミック発熱体 |
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| DE69707642T2 (de) * | 1996-01-26 | 2002-07-11 | Saint Gobain Norton Ind Cerami | Keramischer zünder und verfahren zu seiner verwendung |
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