ES2237252A1 - Ignitores ceramicos y metodos para utilizarlos y producirlos. - Google Patents

Abstract

Ignitores cerámicos y métodos para utilizarlos y producirlos. Se proporcionan ignitores cerámicos que comprenden dos zonas frías con una zona caliente interpuesta, teniendo la zona caliente una longitud de trayecto eléctrico de desde 0,51 cm. a aproximadamente 2 cm.Los ignitores del invento puede difundir efectivamente densidad de potencia a toda la región de la zona caliente del ignitor, sin producir gradientes de temperatura aislados que puedan conducir a una degradación y fallo prematuros del ignitor. El invento también crea o proporciona nuevos métodos para formar ignitores cerámicos.

Description

Ignitores cerámicos y métodos para utilizarlos y producirlos.

Antecedentes del invento 1. Campo del invento

El invento se refiere a ignitores cerámicos y a métodos mejorados para fabricar ignitores.

2. Antecedentes

Los materiales cerámicos han gozado de un gran éxito como ignitores en hornos de combustión de gas, estufas, secadoras de ropa, y otros dispositivos que requieren la ignición de combustible gaseoso. La producción de ignitores cerámicos requiere la construcción de un circuito eléctrico a través de un componente cerámico, una parte del cual es muy resistiva y aumenta de temperatura cuando es electrificada por un hilo conductor.

Un ignitor tradicional, el Mini-Igniter®, disponible en Norton Igniter Products de Milford, N.H., está diseñado para aplicaciones de 12 V a 120 V y tiene una composición que comprende nitruro de aluminio ("AIN"), disiliciuro de molibdeno ("MoSi_{2}"), y carburo de silicio ("SiC").

La patente norteamericana n° 5.786.565 de Willkens y col. (la "patente 565") describe ignitores cerámicos muy útiles que comprenden a) un par de partes eléctricamente conductoras, teniendo cada parte un primer extremo, b) una zona resistente al calor dispuesta entre los primeros extremos de las partes eléctricamente conductoras y en conexión eléctrica con cada uno de ellos, teniendo la zona caliente una longitud de trayecto eléctrica de menos de 0.5 cm, y c) un material disipador de calor eléctricamente no conductor que contacta con la zona caliente.

Se requiere una variedad de propiedades de rendimiento a los sistemas de ignitores cerámicos, incluyendo elevada velocidad (poco tiempo para calentar desde temperatura ambiente a temperatura de diseño) y suficiente robustez para funcionar durante extensos periodos sin reemplazamiento. Muchos ignitores tradicionales, sin embargo, no satisfacen consistentemente tales requerimientos. Así sería deseable tener nuevos sistemas ignitores cerámicos.

Resumen del invento

Hemos descubierto ahora nuevos ignitores cerámicos, muy útiles que pueden exhibir propiedades de rendimientos excepcionales, incluyendo largas vidas operativas.

Fue sorprendente encontrar que los ignitores cerámicos descritos en la anterior patente 565 descrita, a veces fallaron debido al "quemado" de la región de zona caliente del ignitor. Como se ha mencionado anteriormente, la patente 565 describe un ignitor que tiene una longitud de trayecto eléctrico de zona caliente relativamente corta de menos de 0,5 cm. Sin estar limitados por la teoría, se cree que durante el funcionamiento de tal ignitor, la densidad de potencia generada a elevadas tensiones de línea da origen a un elevado gradiente de temperatura. Este elevado gradiente de temperatura se cree que da como resultado una oxidación acelerada de una región localizada de la zona caliente del ignitor, que puede dar como resultado un fallo prematuro del dispositivo.

Por el contrario, los ignitores del invento pueden proporcionar una densidad de potencia más difusa a todo lo largo de una región de zona caliente, evitando por ello gradientes de temperatura indeseables en áreas de zona caliente aisladas aunque proporcionando calentamiento de punta o extremidad.

Más específicamente, en un aspecto del invento, se crean ignitores cerámicos que comprenden: a) un par de partes eléctricamente conductoras, teniendo cada parte un primer extremo; y b) una zona caliente resistiva dispuesta entre los primeros extremos de las partes eléctricamente conductoras y en conexión eléctrica con cada uno de ellos, en la que la zona caliente tiene una longitud de trayecto eléctrico comprendida entre 0,51 cm y 2 cm.

Ignitores preferidos del invento tienen una longitud de trayecto eléctrico de zona caliente comprendida entre 0,6 cm y 1,5 cm, más preferiblemente desde 0,6 cm a aproximadamente 1,2 cm, aún más preferiblemente desde aproximadamente 0,7 cm a 0,9 cm. Como se ha usado aquí, el término "longitud de trayecto eléctrico" designa la longitud del trayecto más corto recorrido por una corriente eléctrica a través de la región de la zona caliente del ignitor cuando se aplica un potencial eléctrico a los extremos conductores del ignitor.

Se cree que tales longitudes de zona caliente pueden efectivamente difundir densidad de potencia a todo lo largo de la región de zona caliente, sin producir gradientes de temperatura aislados que pueden conducir a una degradación y fallo prematuros del ignitor. Además, los límites de longitud de trayecto eléctrico (hasta aproximadamente 2 cm) dan como resultado un calentamiento efectivo y cortos períodos a la temperatura de ignición, sin necesidad de una excesiva entrada de potencia en el sistema.

También hemos encontrado que preferiblemente la región de zona caliente tiene una geometría no lineal, por ejemplo un diseño sustancialmente en forma de U, por lo que la zona caliente se extiende sin interrupción a través de la anchura del ignitor superior y a continuación a lo largo de una parte de cada lado de la longitud del ignitor. Se cree que tales diseños no lineales pueden difundir o reducir más efectivamente la densidad de potencia dentro de la región de zona caliente, con relación a un sistema comparable que tiene una zona caliente lineal.

Los ignitores del invento tienen preferiblemente una parte no conductora eléctricamente (disipador de calor) en contacto con la región de zona caliente. En particular, la parte no conductora está interpuesta o insertada preferiblemente entre las partes eléctricamente conductoras y en contacto con la región de zona caliente.

Hemos encontrado también que preferiblemente la altura de puente de la zona caliente (anchura de la zona caliente en un ignitor rectangular, descrito a continuación adicionalmente) es preferiblemente al menos de aproximadamente 0,05 cm más preferiblemente al menos de aproximadamente 0,06 cm. Una altura de puente de zona caliente de desde 0,05 cm a 0,4 cm es preferida generalmente, y una altura de puente de zona caliente de desde 0,06 cm a aproximadamente 0,3 cm es más preferida.

Preferiblemente zonas calientes de ignitores del invento contendrán una composición sinterizada que contiene un material conductor y un material aislante, y típicamente contendrán además un material semiconductor. Las partes conductoras o de zona fría de los ignitores del invento contendrán una composición sinterizada de componentes similares, con concentraciones relativamente más elevadas de material conductor.

Los ignitores del invento pueden ser hechos funcionar adecuadamente en un amplio margen de tensiones, incluyendo tensiones nominales de 6, 8, 12, 24 y 120.

Se han creado además nuevos métodos para producir ignitores del invento, que incluyen la fabricación de una pluralidad de ignitores a partir de un único material de tocho o lingote, que permite significativamente una producción de ignitores más eficiente. Métodos preferidos del invento para formar un ignitor cerámico comprenden a) proporcionar un cuerpo cerámico eléctricamente conductor que comprende una pluralidad de elementos de ignitor fijos; b) insertar en cada elemento un material eléctricamente no conductor; y c) densificar la pluralidad de elementos ignitores.

Otros aspectos del invento están descritos a continuación.

Descripción de los dibujos

La fig. 1 representa un ignitor preferido del invento.

La fig. 2 ilustra esquemáticamente un método de producción del ignitor del invento.

Las figs. 3 y 4 muestran resultados del Ejemplo 1, que sigue.

Descripción detallada del invento

Como se ha indicado antes, el invento crea un elemento ignitor cerámico sintetizado que comprende dos zonas frías y una zona caliente, teniendo la zona caliente una longitud de trayecto eléctrico de desde 0,51 cm a aproximadamente 2 cm. Más típicamente, la longitud de trayecto eléctrico será algo más larga que 0,51 cm, por ejemplo al menos aproximadamente, 0,6 cm, 0,7 cm o 0,8 cm.

La fig. 1 de los dibujos representa un ignitor preferido 11 del invento que incluye una parte 12 de zona caliente en contacto y dispuesta entre zonas frías 14a y 14b. El disipador de calor 16 está interpuesto entre aquellas zonas frías 14a y 14b y en contacto con la zona caliente 12. Los extremos de zonas fría 14a' y 14b' alejados de la zona caliente 12 están en conexión eléctrica con una fuente de potencia, típicamente mediante el uso de algún tipo de montaje de bastidor conductor.

Como se ha mostrado en la fig. 1, la zona caliente 121 tiene una longitud "e" de trayecto eléctrico sustancialmente en forma de U, no lineal (mostrada con línea de trazos para resaltar el trayecto mínimo) que se extiende por debajo de la longitud de cada lado del ignitor. Como se ha descrito antes, tales geometrías de zona caliente no lineales se cree que difunden más efectivamente la densidad de potencia a todo lo largo de la región de zona caliente y mejoran la vida operativa del ignitor.

Las dimensiones de la región de zona caliente pueden variar adecuadamente siempre que la longitud de trayecto eléctrico de la zona caliente completa esté dentro de los márgenes descritos aquí. En el diseño de ignitor generalmente rectangular representado en la fig. 1, preferiblemente la anchura de zona caliente entre las zonas frías (representada como la distancia "a" en la fig. 1) es suficiente para evitar cortocircuitos eléctricos u otros defectos. En un sistema preferido, esa distancia a es de 0.5 cm.

La altura del puente de zona caliente (representada como distancia "b" en la fig. 1) debe también ser de suficiente tamaño para evitar defectos del ignitor, incluyendo un calentamiento excesivamente localizado, que puede dar como resultado la degradación y fallo del ignitor como se ha descrito antes. Como se ha descrito antes, preferiblemente la altura del puente de zona caliente es de al menos aproximadamente 0,05 cm, más preferiblemente al menos 0,06 cm. Una altura de puente de zona caliente comprendida entre 0,05 cm a 0,4 cm es preferida generalmente. Una altura de puente de zona caliente que oscila desde 0,06 cm a aproximadamente 0,3 cm es más preferida; y una altura de puente de zona caliente que oscila desde 0,06 a 0,035 a 0,040 es particularmente preferida. Se ha encontrado que las alturas de puente de zona caliente de 0,035 y 0,040 son particularmente adecuadas. El término "altura de puente de zona caliente" tal y como es usado aquí se comprende que significa la dimensión de una zona caliente que se extiende paralela a la longitud o dimensión larga de un ignitor generalmente rectangular, como se ha ejemplificado por la dimensión b representada en la fig. 1.

Las "patas" de la zona caliente que se extienden bajo la longitud del ignitor estarán limitadas a un tamaño para mantener la longitud de trayecto eléctrico de la zona caliente total dentro de aproximadamente 2 cm.

Los componentes de composición de la zona caliente 12, zonas frías 14a y 14b, y región 16 no conductora disipadora de calor pueden variar adecuadamente. Composiciones adecuadas para aquellas regiones están descritas en la patente norteamericana n° 5.786.565 de Willkens y colaboradores así como en la patente norteamericana n° 5.191.508 de Axelson y colaboradores, cuyas patentes están incorporadas aquí a modo de referencia.

Más particularmente, la zona caliente tiene una resistividad a temperatura elevada (es decir 1350°C) de entre aproximadamente 0,01 \Omega \cdot cm y aproximadamente 3,0 \Omega \cdot cm y una resistividad a temperatura ambiente de entre aproximadamente 0,01 \Omega \cdot cm y aproximadamente 3 \Omega \cdot cm. Las composiciones de zona caliente preferidas contienen una composición sinterizada de un material eléctricamente aislante, y un conductor metálico y preferiblemente además contienen un material semiconductor. Como se ha usado aquí, el término material eléctricamente aislante se refiere a un material que tiene una resistividad a temperatura ambiente de al menos aproximadamente 10^{10} \Omega \cdot cm. Como se ha usado aquí, el término material metálico conductor o material conductor se refiere a un material que tiene una resistividad a temperatura ambiente de menos de aproximadamente 10^{-2} \Omega \cdot cm. Como se ha usado aquí el término cerámico semiconductor (o "semiconductor") es un material cerámico que tiene una resistividad a temperatura ambiente de entre aproximadamente 10 y 10^{8} \Omega \cdot cm.

En general, las composiciones de zona caliente preferidas incluyen (a) entre aproximadamente 50 y aproximadamente 80 por ciento en volumen (volumen % o v/o) de un material eléctricamente aislante que tiene una resistividad de al menos aproximadamente 10^{10} \Omega \cdot cm; (b) entre aproximadamente 5 y aproximadamente 45 v/o de un material semiconductor que tiene una resistividad de entre aproximadamente 10 y aproximadamente 10^{8} \Omega \cdot cm y (c) entre aproximadamente 5 y aproximadamente 25 v/o de un conductor metálico que tiene una resistividad de menos de aproximadamente 10^{-2} \Omega \cdot cm. Preferiblemente, la zona caliente comprende 50-70 v/o del material cerámico eléctricamente aislante, 10-45 v/o del material cerámico semiconductor y 6 16 v/o del material conductor. En ciertas realizaciones preferidas, el material conductor es MoSi_{2}, preferiblemente presente en una cantidad de desde aproximadamente 9 a 15 de volumen en %, basado en componentes totales de la composición en la zona caliente, más preferiblemente desde aproximadamente 9 a 13 de volumen en %, basado en componentes totales de la composición de zona caliente. Para un ignitor de 24 V, una concentración de disiliciuro de molibdeno particularmente preferida es desde aproximadamente 9,2 a 9,5 de volumen en %, basado en componentes totales de la composición de la zona caliente.

Componentes de materiales eléctricamente aislantes adecuados de composiciones de zona caliente incluyen uno o más óxidos metálicos tales como el óxido de aluminio, un nitruro tal como un nitruro de aluminio, nitruro de silicio o nitruro de boro; un óxido de tierra rara (por ejemplo ytria); o un oxinitruro de tierras raras. El nitruro de aluminio (AlN) y el óxido de aluminio (Al_{2}O_{3}) son generalmente preferidos.

Típicamente el conductor metálico es seleccionado del grupo que consiste en disiliciuro de molibdeno, disilicianuro de tungsteno, y nitruros tales como el nitruro de titanio y carburos tales como el carburo de titanio. El disiliciuro de molibdeno es preferido generalmente.

Generalmente los materiales semiconductores preferidos incluyen carburos, particularmente carburo de silicio (doped y sin dopar) y carburo de boro. El carburo de silicio es preferido generalmente.

Composiciones de zona caliente particularmente preferidas del invento contienen óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio, disiliciuro de molibdeno y carburo de silicio. Como se ha mencionado antes, en al menos ciertas realizaciones, el disiliciuro de molibdeno está presente en una cantidad de aproximadamente 9 a 12% en volumen. Para un ignitor de 24 V, una concentración de disiliciuro de molibdeno particularmente preferida es desde aproximadamente 9,2 a 9,5% en volumen, basado en componentes totales de la composición de zona caliente.

Como se ha descrito antes, los ignitores del invento también contienen típicamente al menos una o más regiones de zona fría de baja resistividad en conexión eléctrica con la zona caliente para permitir la unión de los conductores al ígnitor. Típicamente una composición de zona caliente está dispuesta entre dos zonas frías. Preferiblemente tales regiones de zona fría están compuestas por ejemplo por AlN y/o Al_{2}O_{3} u otro material aislante; SiC u otro material semiconductor; y MoSi_{2} u otro material conductor. Sin embargo regiones de zona fría tendrán un porcentaje significativamente más elevado de los materiales conductores y semiconductores (por ejemplo SiC y MoSi_{2}) de lo que lo tiene la zona caliente. Consiguientemente, las regiones de zona fría típicamente tienen solo aproximadamente 1/5 a 1/1000 de la resistividad de la composición de zona caliente y no ascienden de temperatura a los niveles de la zona caliente. Más preferido es que la resistividad a temperatura ambiente de la zona o zonas frías es desde 5 a aproximadamente 20 por ciento de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente.

Una composición de zona fría preferida para usar en el ignitor del invento comprende aproximadamente 15 a 65 v/o de óxido de aluminio, nitruro de aluminio u otro material aislante; y aproximadamente 20 a 70 v/o de MoSi_{2} y SiC u otro material conductor o semiconductor en una relación de volumen de desde aproximadamente 1:1 a 1:3. Más preferiblemente, la zona fría comprende aproximadamente 15 a 50 v/o de AlN y/o Al_{2}O_{3}, 15 a 30 v/o de SiC y 30 a 70 v/o de MoSi_{2}. Para facilidad de fabricación, preferiblemente la composición de la zona fría está formada por los mismos materiales que la composición de la zona caliente, con lo que las cantidades relativas de materiales semiconductor y conductor son mayores.

El disipador de calor 16 eléctricamente aislante debe estar compuesto por una composición que proporciona suficiente masa térmica para mitigar el enfriamiento por convección de la zona caliente. Adicionalmente, cuando está dispuesto como una inserción entre dos patas conductoras como se ha ejemplificado por el sistema mostrado en la fig. 1, el disipador de calor 16 proporciona soporte mecánico para las partes 14a y 14b de zona fría extendida y hace al ignitor más robusto. En algunas realizaciones, puede preverse la inserción 16 con una hendidura para reducir la masa del sistema. Preferiblemente, el disipador de calor eléctricamente aislante tiene una resistividad a temperatura ambiente de al menos aproximadamente 10^{4} \Omega \cdot cm y una resistencia mecánica de al menos aproximadamente 150 Mpa. Más preferiblemente, el material disipador de calor tiene una conductividad térmica que no es lo suficientemente elevada para calentar el disipador de calor completo y transferir calor a los conductores, y no es lo suficientemente baja para negar su función de disipador de calor beneficioso. Composiciones cerámicas adecuadas para el disipador de calor incluyen composiciones que comprenden al menos aproximadamente 90% en volumen de al menos uno de entre nitruro de aluminio, nitruro de boro, nitruro de silicio alúmina y mezclas de los mismos. Cuando se emplea una composición de zona caliente de AlN-MoSi_{2}-SiC, un material disipador de calor que comprende al menos 90% en volumen de nitruro de aluminio, y hasta 10% en volumen de alúmina puede ser preferido para características de expansión térmica y densificación compatibles. Una composición disipadora de calor preferida está descrita en la solicitud de patente norteamericana pendiente n° 09/217.793, cuya descripción completa está incorporada aquí a modo de referencia.

Los ignitores cerámicos del invento pueden ser empleados con una variedad de tensiones, incluyendo tensiones nominales de 6, 8, 12, 24 y 120 V. Los ignitores del invento pueden calentar rápidamente desde temperatura ambiente a temperaturas operativas, por ejemplo a aproximadamente 1350°C en aproximadamente 4 segundo o menos, incluso 3 segundos o menos, o incluso 2,75 ó 2,5 segundos o menos.

Los ignitores del invento también pueden proporcionar una temperatura de ignición estable con una densidad de potencia de zona caliente (carga superficial) de desde 60 a 200 W/cm^{2} de la región de zona caliente. Densidades de potencia preferidas incluyen desde 70 a 180 W/cm^{2}, más preferiblemente desde aproximadamente 75 a 150 W/cm^{2}.

El tratamiento del componente cerámico (es decir, tratamiento del cuerpo verde y condiciones de sinterización) y la preparación del ignitor a partir de la cerámica densificada puede ser hecho por métodos tradicionales. Típicamente, tales métodos son puestos en práctica en acuerdo sustancial con la patente norteamericana incorporada n° 5.786.565 de Willkens y colaboradores y la patente norteamericana n° 5.191.508 de Axelson y colaboradores.

Preferiblemente, los ignitores son producidos de acuerdo con métodos del invento. Estos métodos incluyen generalmente producción simultánea de una pluralidad de ignitores, por ejemplo al menos 5 ignitores, más típicamente al menos 10 ó 20 ignitores, aún más típicamente al menos aproximadamente 50, 60, 70, 80, 90 ó 100 ignitores, a partir de un solo material en chapas (tocho o lingote). Más típicamente, hasta aproximadamente 100 ó 200 ignitores son producidos adecuadamente de modo sustancial simultáneamente.

Más específicamente, en los métodos de producción preferidos del invento, está previsto un tocho que comprende una pluralidad de elementos ignitores "latentes" unidos o fijados físicamente. El tocho tiene composiciones de zona caliente y fría que están en estado verde (no densificados a valores mayores de aproximadamente 96% o 98% de la densidad teórica), pero preferiblemente han sido sinterizados a valores mayores de aproximadamente 40% o 50% de la densidad teórica y de modo adecuado hasta 90 o 95% de la densidad teórica, más preferiblemente hasta aproximadamente 60 a 70% de la densidad teórica. Tal densificación parcial es conseguida adecuadamente por un tratamiento de prensado en caliente, por ejemplo a menos de 1500°C tal como 1300°C durante aproximadamente 1 hora bajo una presión tal como 20,68 MPa y bajo atmósfera de argón. Se ha encontrado que si el tocho tiene las composiciones de las zonas caliente y fría densificadas a un valor mayor del 75 u 80% de la densidad teórica, el tocho será difícil de cortar en operaciones de tratamiento subsiguientes. Adicionalmente, si las composiciones de zonas caliente y fría están densificadas a menos de aproximadamente el 50 por ciento, las composiciones a menudo se degradan durante el tratamiento subsiguiente. La parte de zona caliente se extiende a través de un parte del espesor del tocho, siendo el equilibrio la zona fría.

El tocho puede ser de una variedad de formas y dimensiones relativamente amplia. Preferiblemente el tocho es sustancialmente cuadrado de modo adecuado, por ejemplo un cuadrado de 228,6 mm por 228,6 mm o de otras dimensiones o formas adecuadas tal como rectangular, etc. El tocho es a continuación preferiblemente cortado en partes tal como con un útil de corte de diamantes. Preferiblemente las partes tienen dimensiones sustancialmente iguales. Por ejemplo con un tocho de 228,6 mm por 228,6 mm, el tocho es cortado preferiblemente en terceras partes, en las que cada una de las secciones resultantes es de 228,6 mm por 76,2 mm.

El tocho es a continuación cortado una vez más (adecuadamente con un útil de corte de diamante) para proporcionar ignitores individuales. Un primer corte será transversal al tocho para proporcionar separación física de un elemento ignitor de un elemento adyacente. Los cortes alternativos no serán transversales a la longitud del material del tocho, para permitir la inserción de la zona aislante (disipador de calor) en cada ignitor. Cada uno de los cortes (tanto cortes transversales como no transversales) pueden estar espaciados en aproximadamente 5,08 mm.

Después de la inserción de la zona disipadora de calor, los ignitores pueden a continuación ser densificados adicionalmente, preferiblemente a un valor mayor del 99% de la densidad teórica. Tal sinterización adicional es preferiblemente llevada a cabo a temperaturas elevadas, por ejemplo a 1800°C o ligeramente por encima, bajo una prensa isostática caliente.

Los distintos cortes hechos en el tocho pueden ser realizados de modo adecuado en un proceso automatizado, en el que el tocho es posicionado y cortado por un útil de corte mediante un sistema automático, por ejemplo bajo control de ordenador.

La fig. 2 de los dibujos muestra un tocho tratado de acuerdo con los métodos del invento de fabricación del ignitor. Como se ha representado, el tocho 10 tiene una zona 12 de composición caliente y una zona 14 de composición fría con una entrecara 17 de zona de composición caliente y zona de composición fría. Preferiblemente, en la fase de fabricación representada en la fig. 2, las composiciones de zona caliente y fría están en un estado verde, pero preferiblemente densificadas desde aproximadamente el 40% a aproximadamente el 95% de la densidad teórica, más preferiblemente desde aproximadamente 50% a aproximadamente 70% de la densidad teórica.

El tocho 10 preferido tiene sustancialmente dimensiones iguales, es decir, preferiblemente las dimensiones g y h como se ha mostrado en la fig. 2 son aproximadamente iguales, por ejemplo 228,6 mm por 228,6 mm como se ha descrito antes.

El tocho 10 es a continuación cortado preferiblemente en partes de tal modo como con un útil de corte de diamantes. Preferiblemente las partes tienen sustancialmente dimensiones iguales. Por ejemplo como se ha representado en la fig. 2, el tocho 10 preferiblemente es cortado en terceras partes a lo largo de las líneas 18a y 18b.

El tocho 10 es a continuación cortado (adecuadamente con útil de corte de diamantes) para proporcionar elementos ignitores individuales, no fijos tales como el ignitor 22. Un corte será la longitud completa transversal al tocho (por ejemplo corte 24) y cada corte alternativo (por ejemplo corte 26) no será transversal a la longitud del material del tocho, para permitir la inserción de la zona eléctricamente aislante (disipador de calor) en cada ignitor tal como a través de la abertura 28. Cada corte 24 y 26 estarán adecuadamente espaciados por ejemplo a 5,08 mm.

Después de la inserción de la zona disipadora de calor, los ignitores pueden ser entonces densificados adicionalmente, preferiblemente a un valor mayor del 99% de la densidad teórica, como se ha descrito antes, preferiblemente aproximadamente a 1815°C bajo una prensa isostática caliente.

Los ignitores del presente invento pueden ser usados en muchas aplicaciones, incluyendo aplicaciones de ignición de combustible en fase gaseosa tales como hornos y utensilios de cocción, paneles de calentamiento de zócalos, calderas, y partes superiores de estufas.

Los siguientes ejemplos no limitativos son ilustrativos del invento. Todos los documentos mencionados aquí están incorporados a modo de referencia en su totalidad.

Ejemplo 1

Ignitores del invento se prepararon y ensayaron como sigue.

Se prepararon composiciones de zona caliente y zona fía para un primer ignitor denominado aquí como ignitor A. La composición de zona caliente comprendía 70,8% en volumen (basado en la composición de zona caliente total) de AlN, 20% en volumen (basado en la composición de zona caliente total) de SiC, y 9,2% en volumen (basado en la composición de zona caliente total) de MoSi_{2}. La composición de zona fría comprendía 20% en volumen (basado en la composición de zona fría total) de AlN, 20% en volumen (basado en la composición de zona fría total) de SiC, y 60% en volumen (basado en la composición de zona caliente total) de MoSi_{2}. La composición de zona fría se cargó en una matriz de prensa de matriz caliente y la composición de zona caliente se cargó en la parte superior de la composición de zona fría en la misma matriz. La combinación de composiciones se densificaron juntas bajo calor y presión para proporcionar el Ignitor A.

Se prepararon composiciones de zona caliente y zona fría para un segundo ignitor, denominado aquí como ignitor B. El ignitor B tenía la misma geometría y composición de zona caliente que el Ignitor A. La composición de zona fría del Ignitor B tenía los mismos componentes (AlN, SiC, MoSi_{2}) que el Ignitor A, pero la zona fría del Ignitor B tenía una resistencia que era aproximadamente equivalente a la resistencia de la zona caliente del Ignitor B. Como el Ignitor A, la composición de zona fría del Ignitor B fue cargada en una matriz de prensa de matriz caliente y la composición de zona caliente se cargó en la parte superior de la composición de zona fría de la misma matriz. La combinación de composiciones se densificaron juntas bajo calor y presión para proporcionar el Ignitor B.

Los Ignitores A y B formados fueron excitados a 12 V. Para el Ignitor A el calentamiento resistivo se focalizó en la región de zona caliente del ignitor, como se ha mostrado en la fig. 3. Para el Ignitor B, tanto las regiones de zona fría como de zona caliente del ignitor resultaron calientes, como se ha mostrado en la fig. 4.

Ejemplo 2

Se prepararon siete ignitores adicionales (designados como Muestras 1 a 7 en la Tabla siguiente) con las misma composiciones de zona caliente y zona fría como se ha descrito para el Ignitor A en el Ejemplo I anterior. Las áreas de zona caliente de cada una de las Muestras 1 a 7 fue variada; las áreas de zona caliente están expresadas en cm^{2} como se ha mostrado en la Tabla siguiente. La resistencia total ("Resist. Total" más abajo, expresada como \Omega), la resistencia de zona caliente ("Resist. Zona caliente" más, abajo, expresada como \Omega), la resistencia de zona fría ("Resist. Zona fría" más abajo, expresada como \Omega) fueron medidas cada una y están indicadas en la Tabla siguiente.

1

Estos resultados mostraron que una relación resistiva mínima de la resistencia de zona caliente (R_{caliente}) a la resistencia de zona fría (R_{fria}) de R_{caliente} \geq 1,5 (R_{fria}) era óptima para conseguir el calentamiento de punta o extremidad para las muestras de ignitores.

El invento ha sido descrito en detalle con referencia a sus realizaciones particulares. Sin embargo, se apreciará por los expertos en la técnica, al considerar esta descripción, pueden hacer modificaciones e introducir perfeccionamientos dentro del espíritu y marco del invento.

Claims (21)

1. Un elemento ignitor cerámico que comprende: a) un par de partes eléctricamente conductoras, teniendo cada parte un primer extremo; y b) una zona caliente resistiva dispuesta entre los primeros extremos de las partes eléctricamente conductoras y en conexión eléctrica con cada uno de ellos, en el que la zona caliente tiene una longitud de trayecto eléctrico comprendida entre 0,51 cm a 2 cm.

2. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que un material disipador de calor eléctricamente no conductor contacta con la zona caliente.

3. El ignitor de la reivindicación 2ª, en el que el material disipador de calor está dispuesto entre las partes conductoras.

4. El ignitor de la reivindicación 2ª, en el que cada una de las partes eléctricamente conductoras se extiende en la misma dirección desde la zona caliente para definir un par de patas, y el material disipador de calor eléctricamente no conductor está dispuesto entre las patas.

5. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que la zona caliente tiene una longitud de trayecto eléctrico de al menos 0,6 cm.

6. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que la zona caliente tiene una longitud de trayecto eléctrico comprendida entre 0,6 y 1,5 cm.

7. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que la zona caliente tiene una longitud de trayecto eléctrico comprendida entre 0,7 y 0,9 cm.

8. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que la zona caliente no es lineal.

9. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que la zona caliente tiene sustancialmente forma de U.

10. El ignitor de la reivindicación 1ª, en el que la zona caliente comprende una composición que comprende un material eléctricamente aislante y un material metálico conductor.

11. El ignitor de la reivindicación 10ª, que comprende además un material semiconductor.

12. El ignitor de la reivindicación 10ª, en el que la composición de zona caliente comprende: (a) entre 25 y 80% en volumen de un material eléctricamente aislante; (b) entre 3 y 45% en volumen de un material semiconductor; (c) entre 5 y 25% en volumen de un material metálico conductor.

13. El ignitor de la reivindicación 12ª, en el que la composición de zona caliente comprende MoSi_{2} en una cantidad: comprendida entre aproximadamente 9,2 a 9,5% en volumen.

14. El ignitor de la reivindicación 1ª en el que la resistividad a temperatura ambiente de las partes eléctricamente conductoras está comprendida entre 5 a 20 por ciento de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente.

15. El ignitor de la reivindicación 1ª en el que la relación de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente es al menos 1,5 veces la resistividad a temperatura ambiente de las partes de zona fría.

16ª. Uso de un ignitor de acuerdo con la reivindicación 1ª para la ignición de combustible gaseoso.

17. Uso de acuerdo con la reivindicación 16ª en el que la corriente eléctrica que se aplica a través del ignitor tiene una tensión nominal de 6, 8, 12, 24 ó 120 V.

18. Un elemento ignitor cerámico que comprende: a) un par de partes eléctricamente conductoras, teniendo cada parte un primer extremo; y b) una zona caliente resistiva dispuesta entre los primeros extremos de las partes eléctricamente conductoras y en conexión eléctrica con cada uno de ellos, en el que el ignitor produce una temperatura de ignición estable cuando se aplica una corriente eléctrica entre las citadas partes eléctricamente conductoras de tal manera que se obtiene una densidad de potencia superficial de la zona caliente de 60 a 200 W/cm^{2}.

19. El ignitor de la reivindicación 18ª, en el que la zona caliente tiene una longitud de trayecto eléctrico comprendida entre 0,51 a 2 cm.

20. Uso de un ignitor de acuerdo con la reivindicación 18ª para la ignición de combustible gaseoso.

21. Uso de acuerdo con la reivindicación 20ª, en el que se obtiene una densidad de potencia superficial en la zona caliente de 60 a 200 W/cm^{2} cuando se aplica una corriente eléctrica entre las partes eléctricamente conductoras del ignitor.

22. Uso de acuerdo con la reivindicación 20ª, en el que la corriente eléctrica que se hace pasar por el ignitor tiene una tensión nominal de 6, 8, 12, 24 ó 120 V.