KR100259560B1 - Self-actuated controlling ceramic glow plug having ceramic-metal composite member - Google Patents
Self-actuated controlling ceramic glow plug having ceramic-metal composite member Download PDFInfo
- Publication number
- KR100259560B1 KR100259560B1 KR1019970048001A KR19970048001A KR100259560B1 KR 100259560 B1 KR100259560 B1 KR 100259560B1 KR 1019970048001 A KR1019970048001 A KR 1019970048001A KR 19970048001 A KR19970048001 A KR 19970048001A KR 100259560 B1 KR100259560 B1 KR 100259560B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ceramic
- metal
- glow plug
- carbide
- metal composite
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 76
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 76
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 47
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 29
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 13
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 8
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N methylidynetantalum Chemical compound [Ta]#C NFFIWVVINABMKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910003468 tantalcarbide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 4
- -1 Ni) Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- JAGQSESDQXCFCH-UHFFFAOYSA-N methane;molybdenum Chemical compound C.[Mo].[Mo] JAGQSESDQXCFCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910003178 Mo2C Inorganic materials 0.000 abstract 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 28
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 4
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910009043 WC-Co Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017709 Ni Co Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012733 comparative method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- HEPLMSKRHVKCAQ-UHFFFAOYSA-N lead nickel Chemical compound [Ni].[Pb] HEPLMSKRHVKCAQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
- F23Q7/00—Incandescent ignition; Igniters using electrically-produced heat, e.g. lighters for cigarettes; Electrically-heated glowing plugs
- F23Q7/001—Glowing plugs for internal-combustion engines
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
- H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
- H05B3/141—Conductive ceramics, e.g. metal oxides, metal carbides, barium titanate, ferrites, zirconia, vitrous compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 세라믹 금속 복합재를 사용한 자기제어형 세라믹 글로우 플러그에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 비산화물계인 세라믹과 온도저항계수가 큰 금속의 복합재로 된 세라믹 금속 복합재를 사용함으로써 전류조절특성을 우수하게 할 수 있는 자기제어형 세라믹 글로우 플러그에 관한 것이다.The present invention relates to a self-regulating ceramic glow plug using a ceramic metal composite. More particularly, the present invention relates to a self-regulating ceramic glow plug capable of excellent current regulation by using a ceramic metal composite material composed of a non-oxide-based ceramic and a metal having a large temperature resistance coefficient.
일반적으로 디젤엔진은 저온에서 시동성이 나쁘기 때문에 엔진설계시에 예연소실에 글로우 플러그를 장착하여, 글로우 플러그의 발열로 인해 연료의 일부를 예연소실에서 연소시켜 연소실에 유입되는 연료의 온도를 높혀 왔다.In general, since diesel engines have poor startability at low temperatures, a glow plug is installed in the preheating chamber when the engine is designed, and a part of the fuel is burned in the preburning chamber due to the heat generated by the glow plug to increase the temperature of the fuel flowing into the combustion chamber.
세라믹을 히터소재로 사용한 세라믹 글로우 플러그는 급속승온이 가능하여 시동시간이 단축되고, 내열성이 우수하여 사용수명을 증가시키는 등의 이점으로 인해 금속형 글로우 플러그를 대체하여 사용이 증가하는 추세이었다.Ceramic glow plugs using ceramics as a heater material have a tendency to replace metal glow plugs due to the advantages of rapid temperature increase, shorten startup time, and excellent heat resistance to increase the service life.
종래의 세라믹 글로우 플러그의 구조는 도 1과 같다.The structure of a conventional ceramic glow plug is shown in FIG.
즉, 도 1에 의하면, 세라믹 글로우 플러그는, 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo) 등의 고융점 금속합금으로 된 발열선(11)이 매몰된 세라믹 발열체팁(12)에서 한쪽 끝으로 노출된 발열선(11)이 금속전극(13)과 접합되어 있고, 이 금속전극(13)은 전극리드선(14)과 접합되어 전극용 볼트 등의 연결단자(15)를 통해 자동차의 밧데리의 +극 터미날에 연결되어 있고, 상기 세라믹 발열체팁(12)에서 한쪽 끝으로 노출된 발열선(11)은 금속전극(13)을 통해 하우징(16)에 연결되어 엔진헤드에 접지되어 있는 구조로 구성되어 있다.That is, according to FIG. 1, the ceramic glow plug may include a heating wire exposed to one end of a ceramic
세라믹 글로우 플러그에 밧데리 전압(예를 들어, 11 내지 12 V)이 인가될 때, 세라믹내에 매몰된 고융점 금속이 높은 온도(예를 들어, 1500 내지 2000℃)로 발열하게 되며, 이로 인해 세라믹 발열체팁(12)의 표면온도가 세라믹소재가 견딜수 있는 온도 이상으로 과열되어 산화 및 열피로파괴 등의 현상을 초래하여 글로우 플러그의 수명을 현저히 단축시키게 된다.When a battery voltage (for example, 11 to 12 V) is applied to the ceramic glow plug, the high melting point metal embedded in the ceramic generates heat at a high temperature (for example, 1500 to 2000 ° C.), which causes the ceramic heating element. The surface temperature of the
이러한 과열현상을 방지하기 위한 종래의 기술로는 글로우 플러그의 발열체에 금속와이어 저항체를 직렬로 연결하여 전류조절특성을 가지게 하는 방법을 사용하고 있다. 이러한 글로우 플러그를 통칭 자기제어형 글로우 플러그라고 부른다 (일특개 소59-157,424호).As a conventional technique for preventing such overheating, a metal wire resistor is connected in series to a heating element of a glow plug to have a current regulation characteristic. Such glow plugs are commonly referred to as self-regulating glow plugs (Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-157,424).
금속와이어 저항체로 사용되는 금속으로는 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe) 등의 단일금속과 이들의 합금인데, 이 금속들은 온도에 따른 저항증가가 다른 금속에 비해 현저히 높기 때문에 전류를 흘림에 따라 저항이 증가하여 전류량을 감소시키는 특성을 가지고 있다.Metals used as metal wire resistors include single metals such as nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe) and alloys thereof. Since these metals have a significantly higher resistance increase with temperature than other metals, As it flows, the resistance increases to reduce the amount of current.
이러한 자기제어형 글로우 플러그의 구조는 도 2 와 같다.The structure of such a self-regulating glow plug is shown in FIG.
기본구조는 일반적인 세라믹 글로우 플러그인 도 1과 같으나, 금속관(24) 내에 니켈(Ni) 등의 금속와이어(29)가 내장되어 있고, 금속관(24)과 금속와이어(29) 사이에는 세라믹 절연분말(28)이 충진되어 있되 금속와이어(29)의 한쪽끝은 세라믹 발열체팁(22)의 금속전극(23)에 연결되어 있고, 다른쪽 끝은 연결단자(25)에 연결되는 구조로 되어 있다.A basic structure of the ceramic glow plug-in is shown in FIG. 1, but a
이러한 금속와이어(29)를 사용한 자기제어형 글로우 플러그는 구조상 다음과 같은 특징을 가지고 있다.The self-regulating glow plug using the
첫째, 전류인가시 세라믹 발열체팁(22) 뿐만 아니라 금속와이어(29)가 수백도의 고온으로 발열되기 때문에 현저한 강도저하를 나타내어 외부의 약한 응력에 의하여도 쉽게 끊어진다. 따라서 금속와이어(29)를 지지하기위해 세라믹분말(28)을 충진하여 지지하고 있다.First, when the current is applied, not only the ceramic
둘째, 세라믹분말(28)을 충진시키기 위해서는 충진되는 세라믹분말(28)을 감싸는 금속관(24)과 같은 금속외통이 필요하게 되고, 이 외통은 내열성이 높은 금속소재이어야 한다.Second, in order to fill the
셋째, 금속와이어(29)와 세라믹 발열체팁(22)의 전극연결을 위한 리드선과 전극 터미날과의 연결부 사이를 접합 혹은 기계적인 압착을 하여야 한다.Third, the connection between the lead wire and the electrode terminal for the electrode connection of the
상기와 같은 구성상 특징으로 인해 금속와이어(29)를 사용한 자기제어형 세라믹 글로우 플러그는 제조공정이 복잡하고, 수명설계를 위해 고려해야 할 요소가 많이 존재하는 단점이 있다.Due to the configuration features as described above, the self-regulating ceramic glow plug using the
본 발명은 이러한 자기제어형 세라믹 글로우 플러그의 제조에 있어서 새로운 소재를 적용하여 금속와이어형의 자기제어형 글로우 플러그가 가지는 단점을 극복하는 새로운 자기제어형 세라믹 글로우 플러그를 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a new self-regulating ceramic glow plug that overcomes the disadvantages of the metal wire-type self-regulating glow plug by applying a new material in the manufacture of such a self-regulating ceramic glow plug.
즉, 본 발명은 온도저항계수가 큰 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe)의 단일금속과 이들의 합금을 분산상으로하고 비산화물계 세라믹 재료를 기지상으로 한 세라믹 금속 복합재를 사용하여 전류의 조절을 우수하게 수행할 수 있는 자기제어형 세라믹 글로우 플러그를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.That is, the present invention uses a ceramic metal composite having a single metal of nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe) and alloys thereof as a dispersed phase and a base metal based on a non-oxide-based ceramic material. It is an object of the present invention to provide a self-regulating ceramic glow plug that can perform the adjustment of the.
도 1 은 종래의 일반적인 세라믹 글로우 플러그의 구조 단면도이다.1 is a structural cross-sectional view of a conventional ceramic glow plug.
도 2 는 종래의 자기제어형 세라믹 글로우 플러그의 구조 단면도이다.2 is a structural cross-sectional view of a conventional self-regulating ceramic glow plug.
도 3 은 본 발명의 자기제어형 세라믹 글로우 플러그의 구조 단면도이다.3 is a structural cross-sectional view of the self-regulating ceramic glow plug of the present invention.
도 4 는 텅스텐카바이드-코발트계의 냉각방식에 따른 전도율의 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a change in conductivity according to a cooling method of a tungsten carbide-cobalt system.
도 5 는 실시예 1과 실시예 9의 실시결과 세라믹 금속 복합재의 연결부 온도를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing the connection temperature of the ceramic metal composite as a result of Example 1 and Example 9.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
11,21,31 ---- 금속 발열선 12,22,32 ---- 세라믹 발열체 팁11,21,31 ----
13,23,33 ---- 금속전극 14 ---- 전극 리드선13,23,33 ----
15,25,35 ---- 연결단자 16,26,36 ---- 하우징15,25,35 ----
27,37 ---- 절연체 28 ---- 세라믹 절연분말27,37 ----
29 ---- 금속와이어 34 ---- 서어멧 저항조절체29 ----
본 발명의 자기제어형 세라믹 글로우 플러그는 티타늄카바이드(TiC), 텅스텐카바이드(WC), 몰리브덴카바이드(Mo2C), 탄탈륨카바이드(TaC)와 같은 탄화물, 티타늄니트라이드(TiN)와 같은 질화물 및 이들의 고용체와, 온도저항계수가 큰 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe)과 같은 금속 및 이들의 합금을 혼합 소결하여 상기 세라믹 입자를 골격체로서 형상을 유지하는 기지상으로 하고, 상기 금속입자는 전류를 통과시키고 저항값을 조절하는 분산상으로 하여서 된 세라믹 금속 복합재를 글로우 플러그의 하우징 내에서 세라믹 발열체팁에 직렬로 연결하여서 된 것을 특징으로 한다.The self-regulating ceramic glow plug of the present invention is a carbide such as titanium carbide (TiC), tungsten carbide (WC), molybdenum carbide (Mo 2 C), tantalum carbide (TaC), nitrides such as titanium nitride (TiN) and their A solid solution, metals such as nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe) and alloys thereof having a high temperature resistance coefficient are mixed and sintered to form a matrix in which the ceramic particles maintain their shape as skeletons. Is characterized in that the ceramic metal composite made of a dispersed phase for passing the current and adjusting the resistance value is connected in series with the ceramic heating element tip in the housing of the glow plug.
이와 같은 본 발명에 따른 자기제어형 세라믹 글로우 플러그는 도 3에 나타낸 바와 같다. 즉, 텅스텐(W)과 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금으로 된 고융점의 금속발열선(31)이 매몰되어 있는 세라믹 발열체팁(32)로 부터 노출된 금속발열선(31)의 한쪽끝이 금속전극(33)과 접합되어 있고, 이 금속전극(33)은 세라믹 금속 복합재(34: 이하 “서어멧”이라 한다)를 통해서 연결단자(37)에 연결되어 있으며; 세라믹 발열체팁(32)에서 노출되어 있는 다른쪽 금속발열선(31)의 끝부분은 상기와 다른 금속전극(33)과 접합되어 있되 상기 금속전극(33)은 다시 글로우 플러그의 하우징(36)에 연결되어 있고; 상기 하우징(36)과 연결단자(35) 사이는 절연체(37)로 절연되어 하우징(36)과 터미날금속 간을 통전할 때 금속발열선(31)으로 전기가 통할 수 있게 되어 있는 구조로 이루어져 있다.Such a self-regulating ceramic glow plug according to the present invention is as shown in FIG. 3. That is, one end of the
본 발명에서도 사용하는 서어멧 저항조절체(34)는 일반적으로 강도 및 인성이 우수하며, 고온강도가 뛰어나 일반 고속도강으로 절삭 및 가공이 어려운 공작물의 가공에 쓰이고 있다.The
본 발명에서의 서어멧 저항조절체(34)는 티타늄카바이드(TiC), 텅스텐카바이드(WC), 몰리브덴카바이드(Mo2C), 탄탈륨카바이드(TaC)와 같은 탄화물, 티타늄니트라이드(TiN)와 같은 질화물 및 이들의 고용체와, 온도저항계수가 큰 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe) 등의 금속 및 이들의 합금을 혼합하여 원료분말을 만들고, 이를 성형하여 진공분위기 중에서 소결하여서 제조를 한다.The
상기 서어멧에서 세라믹입자는 골격체(skeleton)로서 형상을 유지하는 역할을 하고, 금속입자는 전류를 통과시키고, 저항값을 조절하는 역할을 하게 된다.In the cermet, the ceramic particles serve to maintain a shape as a skeleton, and the metal particles serve to pass a current and control a resistance value.
본 발명에 따르면, 탄화물 자체도 전도성 물질에 속하지만 탄화물의 저항이 금속 저항의 6 내지 30 배이므로 탄화물과 금속을 조합하여 탄화물로 인한 전도를 최소한으로 줄일수 있는 복합재료의 제조가 가능하다.According to the present invention, the carbide itself is also a conductive material, but the resistance of the carbide is 6 to 30 times the resistance of the metal, it is possible to manufacture a composite material that can reduce the conduction due to carbide to a minimum by combining carbide and metal.
다음 표 1은 카바이드계 및 금속의 저항값을 나타낸 것이다.Table 1 shows the resistance values of carbide and metal.
* 근거자료: 초경합금과 소결경질재료, 스즈끼, 1986년* Evidence: cemented carbide and sintered hard materials, Suzuki, 1986
한편, 탄화물 입자의 열전도율이 매우 높기 때문에 골격을 형성하고 있는 탄화물은 금속상에서 전류전도로 인해 생긴 발생열을 효과적으로 전달하여 금속이 과열되는 현상을 방지할 수 있는 효과도 거둘 수 있다.On the other hand, since the carbides have a very high thermal conductivity, carbides forming a skeleton can effectively transfer heat generated by current conduction on the metal to prevent the metal from overheating.
세라믹 금속 복합재에서 금속 분산상이 연속상으로 존재하기 위해서는 일정량 이상의 금속이 존재하여야 하는데 예를 들면 동일크기의 입자가 최조밀구조를 가지고 배열할 때의 기공율이 26%이므로 기지상이 26%(체적분율)이상이어야 기지상이 완전한 연속상이 될 것이지만 실제로 입자는 일정크기가 아닌 분포를 가지고 있어 초경합금(WC-Co계)의 경우 경험적으로 적어도 5중량% 정도의 금속첨가로 연속상이 형성된다고 알려져 있다.In order for the metal dispersed phase to exist continuously in the ceramic metal composite material, a certain amount of metal must be present.For example, the pore rate is 26% when the particles of the same size are arranged in the closest structure, and the matrix phase is 26% (volume fraction). It is known that the above-mentioned phase will be a complete continuous phase, but in reality, the particles have a distribution which is not a constant size, and in the case of cemented carbide (WC-Co-based), it is known that a continuous phase is formed by adding at least 5 wt.
초경합금(WC-Co)에서 금속, 예를 들면 코발트(Co)의 함유량에 따른 액상량과 냉각방식에 따른 저항의 변화데이타가 도 4에 예시되어 있다.In the cemented carbide (WC-Co), the change in the liquid amount according to the content of the metal, for example cobalt (Co), and the resistance according to the cooling method are illustrated in FIG. 4.
도 4 에서 서냉시의 전기전도도가 급냉시에 비해 큰 이유는 액상속에 용해된 텅스텐카바이드(WC) 입자가 과포화 상태로 존재하기 때문으로 생각된다. 충분한 시간을 주어 냉각할 경우 텅스텐카바이드(WC) 입자의 용해도가 열역학적 평형상태에 가깝게 되어 상평형도에서의 용해도 한계(solubility limit)까지 이룰 수 있을 것으로 예측할 수 있다. 따라서 냉각방식에 따른 효과는 텅스텐카바이드(WC)-코발트(Co)계 뿐만 아니라 서어멧계 전체에 나타나는 공통된 현상으로 생각할 수 있다.In FIG. 4, the reason why the electrical conductivity at the time of slow cooling is larger than that at the time of rapid cooling is considered to be that the tungsten carbide (WC) particles dissolved in the liquid phase exist in the supersaturated state. If given enough time, it can be predicted that the solubility of tungsten carbide (WC) particles will be close to the thermodynamic equilibrium and thus reach the solubility limit in phase equilibrium. Therefore, the effect of the cooling method can be considered as a common phenomenon appearing not only in the tungsten carbide (WC) -cobalt (Co) system but also the entire cermet system.
일반적으로 금속은 불순물이 함유되면 온도저항계수값이 떨어지게 되므로 금속의 온도저항계수를 이용하기 위해서는 금속에 함유된 불순물의 농도를 줄여야 한다.In general, when the metal contains impurities, the temperature resistance coefficient value drops, so in order to use the temperature resistance coefficient of the metal, the concentration of impurities contained in the metal must be reduced.
따라서, 서어멧계를 세라믹 글로우 플러그의 전류조절을 위해 사용하기 위해서는 서어멧의 금속분산상, 예를 들면 니켈(Ni), 코발트(Co), 철(Fe)에 용해된 탄화물의 농도를 줄여야 함을 알 수 있다. 즉 금속상의 순도가 높을수록 온도저항계수값이 커진다.Therefore, in order to use the cermet system for controlling the current of the ceramic glow plug, it is necessary to reduce the concentration of carbide dissolved in the cermet metal dispersed phase, for example, nickel (Ni), cobalt (Co), and iron (Fe). Can be. In other words, the higher the purity of the metal phase, the larger the temperature resistance coefficient value.
일반적으로 서어멧은 탄화물입자와 금속입자를 혼합하여 원료분말을 만들고 이를 성형하여 전공분위기 중에서 소결하여 제조된다. 이렇게 제조된 서어멧의 양끝을 금속전극과 접합하는데 이 때 발생된 열로 인해 연결부위에서 접합부위가 끊어지는 현상이 발생할 수가 있다.In general, cermet is prepared by mixing the carbide particles and metal particles to form a raw material powder and molding it and sintering in a major atmosphere. Both ends of the prepared cermet are bonded to the metal electrode, and heat generated at this time may cause the junction to be broken at the connection.
이것은 접합에 사용되는 접합재가 통상 은납이므로 500℃이상에서는 접합강도가 현저히 저하되며 750℃이상에서는 액상이 형성되기 시작하여 서어멧이 고온으로 발열할 경우 서어멧과 전극과의 연결부위는 내구수명에 가장 중요한 영향을 미치게 된다. 따라서 이러한 접합부위의 발열현상을 억제하는 것이 필요한데 본 발명에서는 다음과 같은 방법을 사용한다.This is because the bonding material used for joining is usually silver lead, the bonding strength is significantly lowered above 500 ℃ and liquid phase starts to form at above 750 ℃, and when the cermet is heated to high temperature, the connection part between the cermet and the electrode is durable. It will have the most important impact. Therefore, it is necessary to suppress the exothermic phenomenon of the junction site, the present invention uses the following method.
서어멧의 금속과 접합하게될 양면에 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 철(Fe) 박판을 붙여 서어멧원료의 소결중 동시소성하거나 소결된 서어멧의 접합부 양면에 니켈, 코발트 또는 철 박판을 붙여 다시 니켈(Ni), 코발트(Co) 또는 철(Fe)의 접합온도, 예를들면 약 900 내지 1200℃에서 접합하여 금속박판으로부터 금속이 서어멧내로 침투하여 접합부위에는 금속이 풍부한 조성이 되게 한다.Nickel (Ni), cobalt (Co) or iron (Fe) thin plates are attached to both surfaces to be joined with the metal of the cermet and co-fired during sintering of the raw material or nickel, cobalt or iron thin plates on both sides of the joint of the sintered cermet. In addition, it joins again at the bonding temperature of nickel (Ni), cobalt (Co) or iron (Fe), for example, at about 900 to 1200 ° C. do.
이런 방법으로 제조된 서어멧은 접합부위에 금속의 함량이 높음으로 인해 저항이 상대적으로 낮아 여기에 전극금속을 연결할 경우 연결부의 발열을 완화할 수 있다.The cermet prepared in this way has a relatively low resistance due to the high metal content at the junction, thereby reducing the heat generation of the connection when the electrode metal is connected thereto.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
실시예 1 내지 8(비교예 1)Examples 1 to 8 (Comparative Example 1)
다음 표 2에 나타낸 바와 같이 서어멧 저항조절체의 원료로 티타늄카바이드-니켈(TiC-Ni), 티타늄카보니트라이드-니켈(TiC0.7N0.3-Ni) 사용하되 니켈(Ni)의 중량비가 각각 2%, 10%, 30%, 50%이 되게 칭량한 후, 성형하고, 진공분위기에서 1350℃의 온도로 소결하여 서어멧소결체를 제조하였다. 이 때 소결후 냉각속도는 1℃/분 이하로 하였다. 소결된 서어멧의 저항이 0.15Ω이 되게 절단하여 저항 조절체를 제조하였다.As shown in Table 2, titanium carbide-nickel (TiC-Ni) and titanium carbonitride-nickel (TiC 0.7 N 0.3 -Ni) are used as raw materials for the cermet resistance regulator, and the weight ratio of nickel (Ni) is 2, respectively. %, 10%, 30%, 50% and weighed, and then molded, and sintered at a temperature of 1350 ℃ in a vacuum atmosphere to prepare a cermet sintered body. At this time, the cooling rate after sintering was 1 degrees C / min or less. The resistance regulator of the sintered cermet was cut to have a resistance of 0.15Ω to prepare a resistance regulator.
한편 세라믹 발열체팁은 텅스텐(W) 발열선을 질화규소내에 매몰, 가압소결한 뒤 금속전극을 접합하여 제조하였다. 니켈의 중량비가 2%인 서어멧 저항체의 경우는 진공가압소결방법을 적용하여 제작하였다. 이 때 텅스텐(W) 발열선의 길이를 조절하여 세라믹 발열체팁의 저항이 0.4Ω이 되게 하였다. 이렇게 제조된 세라믹발열체팁과 서어멧 저항체를 은납 또는 니켈납으로 접합하여 도 3 과 같은 세라믹 글로우 플러그를 제조하였다.Meanwhile, the ceramic heating element tip was manufactured by embedding tungsten (W) heating wire in silicon nitride and pressing and sintering the metal electrode. In the case of the cermet resistor having a weight ratio of 2% nickel, a vacuum pressure sintering method was applied. At this time, the length of the tungsten (W) heating wire was adjusted so that the resistance of the ceramic heating element tip was 0.4Ω. The ceramic heating element tips and the cermet resistors thus manufactured were bonded with silver or nickel lead to prepare ceramic glow plugs as shown in FIG. 3.
제조된 세라믹 글로우 플러그에 자동차밧데리로부터 전류를 인가하여 전류값 및 발열팁의 온도를 측정하여 측정결과를 다음 표 2에 표시하였다.Applying a current from the automotive battery to the manufactured ceramic glow plug to measure the current value and the temperature of the heating tip is shown in Table 2 below.
비교예 1은 서어멧 저항체를 연결하지 않고 발열체팁만으로 테스트한 것으로서, 비교예 1에 비해서 실시예 1 내지 8 까지의 결과는 전반적으로 전류값이 낮고 따라서 발열온도도 훨씬 낮아짐을 알 수 있다.Comparative Example 1 was tested with only the heating element tip without connecting the cermet resistor, and compared with Comparative Example 1, the results of Examples 1 to 8 generally show that the current value is lower and thus the heating temperature is much lower.
그러나, 니켈이 2% 이하로 첨가된 경우에는 전류조절효과가 떨어져 발열체팁의 온도가 1300℃이상으로 과열되었다.However, when nickel is added at 2% or less, the current control effect is reduced and the temperature of the heating element tip is overheated to 1300 ° C or more.
실시예 9Example 9
실시예 1과 같은 조성을 갖는 서어멧 소결체를 제조하면서 서어멧소결시 니켈(Ni) 박판을 대어 동시소결 하였다. 이렇게 제조된 서어멧과 실시예 1의 서어멧과 상호비교하였다. 비교방법은 서어멧의 연결부위에서 서어멧쪽으로 1 ㎜ 떨어진 부위의 온도를 측정하였고 측정결과를 도 5 에 나타내었다.While preparing a cermet sintered body having the same composition as in Example 1, the nickel (Ni) thin plate was co-sintered at the time of cermet sintering. The prepared cermet and the cermet of Example 1 were compared with each other. In the comparative method, the temperature of the
도 5 로부터 니켈박판을 대어 동시소성한 경우 연결부의 온도가 100℃이상 낮아짐을 알 수 있다.It can be seen from FIG. 5 that the temperature of the connection portion is lowered by 100 ° C. or more when the nickel plate is co-fired.
탄화물(또는 질화물과의 고용체)과 금속간의 복합재를 제조함에 있어 탄화물의 입자는 견고한 골격체를 형성하며, 탄화물입자와 입자간의 사이의 통로(channel)를 따라 금속상이 연속상으로 존재하여 여기에 전류를 인가하게 되면 전류는 주로 금속상을 따라 흐르게 된다. 이 때 전류로 인해 금속상은 온도가 증가하여 저항이 증가하게 되므로 전류를 조절하는 역할을 하게 된다.In manufacturing a composite between carbide (or solid solution of nitride) and metal, the particles of carbide form a solid framework, and the metal phase is present in a continuous phase along the channel between the carbide particles and the particles, so that the current When is applied, current flows mainly along the metal phase. At this time, due to the current, the metal phase increases the temperature, thereby increasing the resistance, thereby controlling the current.
금속상의 발열로 인한 온도증가에 따라 금속상의 강도가 감소하지만 탄화물입자로 구성된 골격체가 이를 지지하여 고온사용에 있어서도 내구성능이 우수하게 되며, 또한 금속상에서 발생된 열은 탄화물을 통해 용이하게 외기(外氣)로 전달되며 이는 금속와이어를 사용하는 종래의 방식에 비해 탄화물 입자와 금속간의 접촉면적으로 인해 열전달면적이 훨씬 증가하므로 마치 무수한 방열핀을 가진 구조와 유사하므로 매우 용이한 열전달이 가능하여 금속상의 지나친 과열을 억제할 수 있다.The strength of the metal phase decreases as the temperature increases due to the heat generation of the metal phase, but the skeleton body composed of carbide particles supports it, so that the durability is excellent even at high temperatures. The heat generated in the metal phase is easily discharged through the carbide. The heat transfer area is much higher due to the contact area between the carbide particles and the metal compared to the conventional method using metal wires, so it is similar to the structure with a myriad of heat sink fins, which enables very easy heat transfer, resulting in excessive overheating on the metal. Can be suppressed.
이에 따라 금속와이어를 사용한 종래의 기술에 비해 금속상의 보호를 위한 추가 장치의 필요가 없게되어 구조가 단순하게 된다고 효과도 거둘 수 있다.This eliminates the need for an additional device for protection of the metal phase as compared to the prior art using metal wires, resulting in a simpler structure.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970048001A KR100259560B1 (en) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | Self-actuated controlling ceramic glow plug having ceramic-metal composite member |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970048001A KR100259560B1 (en) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | Self-actuated controlling ceramic glow plug having ceramic-metal composite member |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19990026049A KR19990026049A (en) | 1999-04-15 |
| KR100259560B1 true KR100259560B1 (en) | 2000-06-15 |
Family
ID=19521476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970048001A KR100259560B1 (en) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | Self-actuated controlling ceramic glow plug having ceramic-metal composite member |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100259560B1 (en) |
-
1997
- 1997-09-22 KR KR1019970048001A patent/KR100259560B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990026049A (en) | 1999-04-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4633064A (en) | Sintered ceramic electric heater with improved thermal shock resistance | |
| US4555358A (en) | Electrically conductive sintered ceramics and ceramic heaters | |
| EP1916480B1 (en) | Brazed structure, ceramic heater, and glow plug | |
| EP1255075B1 (en) | Ceramic heater, and glow plug using the same | |
| CN102934515B (en) | Heater and glow plug provided with same | |
| JPH06103098B2 (en) | Glow plug for diesel engine | |
| EP0335382B1 (en) | Electrically conductive ceramic material | |
| US5189280A (en) | Glow plug for diesel engines | |
| JP2005315447A (en) | Ceramic heater and glow plug | |
| CN1328719A (en) | Electrically conductive mass for sparking plugs | |
| JPH0461832B2 (en) | ||
| KR100259560B1 (en) | Self-actuated controlling ceramic glow plug having ceramic-metal composite member | |
| JP3601079B2 (en) | Ceramic heater | |
| JPH04268112A (en) | Ceramic heater type glow plug | |
| JPS6396883A (en) | Ceramic heater | |
| US6018142A (en) | Glow plug ceramic heater | |
| JP4673503B2 (en) | Glow plug | |
| JP3594660B2 (en) | Ceramic heater | |
| JPH031014A (en) | Self-controlled type ceramic glow plug | |
| CN104396342A (en) | Heater and glow plug equipped with same | |
| RU2337798C2 (en) | Electrode for resistance spot welding | |
| JP3115254B2 (en) | Ceramic heater | |
| JP3639998B2 (en) | Ceramic heating element | |
| JPS59101702A (en) | Ceramic conductive material and electric device using same | |
| JPS61237919A (en) | Ceramic glow plug |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20030306 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |