MXPA02007238A - Ignitores de ceramica y metodos para utilizar y producir los mismos. - Google Patents

Abstract

Se proveen ignitores de ceramica que comprenden dos zonas frias con una zona caliente interpuesta, la zona caliente tiene una longitud de enlace electrico de 0.51 cm a aproximadamente 2 cm; los ignitores de la invencion pueden difundir de manera efectiva la densidad de potencia a traves de la region de zona caliente del ignitor, sin producir gradientes aislados de temperatura los cuales podrian llevar a una degradacion prematura del ignitor y al fallo: la invencion tambien provee nuevos metodos para formar ignitores de ceramica.

Description

IGNITORES DE CERAMICA Y METODOS PARA UTILIZAR Y PRODUCIR LOS MISMOS ANTECEDENTES DE LA INVENCION CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a ignitores de cerámica y a métodos mejorados para fabricar los ignitores.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los materiales de cerámica han tenido un gran éxito como ignitores en hornos de gas, estufas, secadoras de ropa y otros dispositivos que requieren la ignición de combustible gaseoso. La producción de un ignitor de cerámica necesita de la construcción de un circuito eléctrico a través de un componente de cerámica, una porción del cual es altamente resistiva y eleva su temperatura cuando es electrificada por un alambre de plomo. Un ignitor convencional, el Mini-lgniter™, que se encuentra disponible con Norton Igniter Products of Milford, N.H., está diseñado para aplicaciones de 12 voltios a 120 voltios y tiene una composición que comprende nitruro de aluminio ("AIN"), disiliciuro de molibdeno ("MoSi2"), y carburo de silicio ("SiC").

La patente de E.U.A. 5,786,565 a Willkens et al. (la "patente 565") describe ignitores de cerámica altamente útiles que comprenden: a) un par de porciones eléctricamente conductivas, cada porción tiene un primer extremo, b) una zona caliente resistiva que está dispuesta entre, y en conexión eléctrica con cada uno de dichos primeros extremos de las porciones eléctricamente conductivas, la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de menos de 0.5 cm, y c) un material disipador térmico eléctricamente no conductivo que hace contacto con la zona caliente. Se necesita una variedad de propiedad de funcionamiento de los sistemas ignitores de cerámica, incluyendo alta velocidad (tiempo corto para calentar de temperatura ambiente a temperatura designada) y una robustez suficiente para funcionar durante largos periodos sin reemplazo. Sin embargo, muchos ignitores convencionales no cumplen consistentemente con dichos requerimientos. Por esto es deseable tener nuevos sistemas ignitores de cerámica.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION Ahora se han descubierto nuevos ignitores de cerámica que son altamente útiles, los cuales pueden exhibir propiedades excepcionales de funcionamiento, incluyendo largas vidas de funcionamiento. Se encontró sorprendentemente que ios ignitores de cerámica descritos en la patente '565 que se describió anteriormente, algunas veces fallaban debido a que la región dé la zona caliente del ignitor se "quemaba". Como se mencionó antes la patente "565 describe un ignitor que tiene una longitud de enlace eléctrico relativamente corta de la zona caliente, de menos de 0.5 cm. Sin involucrarse con la teoría, se cree que durante el funcionamiento de dicho ignitor, la densidad de la potencia generada a un voltaje de línea alta hace que surja un alto gradiente de temperatura. Se cree que este alto gradiente de temperatura da como resultado una oxidación acelerada de la región localizada de la zona caliente del ignitor, lo cual podría dar como resultado el fallo prematuro del dispositivo. En contraste, los ignitores de la invención pueden provee una densidad de potencia más difusa a través de la región de zona caliente, evitando así los gradiente de temperatura no deseados en áreas aisladas de la zona caliente al mismo tiempo que provee calentamiento de punta. Más específicamente, en un aspecto de la invención, se proveen ignitores de cerámica que comprenden: a) un par de porciones eléctricamente conductivas, cada porción tiene un primer extremo; y b) una zona caliente resistiva que está dispuesta entre, y en conexión eléctrica con cada uno de dichos primeros extremos de las porciones eléctricamente conductivas, en donde la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de entre 0.51 cm y 2 cm. Los ignitores preferidos de la invención tienen una longitud de enlace eléctrico de zona caliente de entre 0.6 cm y 1.5 cm, más preferible de 0.6 cm a aproximadamente 1.2 cm, todavía más preferiblemente de aproximadamente 0.7 cm a 0.9 cm. Como se utiliza en la presente, el término "longitud de enlace eléctrico" designa la longitud del enlace más corto tomado por una corriente eléctrica a través de la región de zona caliente del ignitor cuando se aplica un potencial eléctrico a los extremos conductivos del ignitor. Se cree que dichas longitudes de la zona caliente pueden difundir de manera efectiva la densidad de potencia a través de la región de la zona caliente, sin producir gradientes aislados de temperatura, lo cual puede llevar a una degradación prematura del ignitor y a la falla. Además, los límites de la longitud del enlace eléctrico (hasta aproximadamente 2 cm) dan como resultado un calentamiento efectivo y tiempos cortos para la temperatura de ignición, sin la necesidad de una entrada excesiva de potencia en el sistema. También se encontró que de preferencia la región de zona caliente tiene una geometría no lineal, por ejemplo, un diseño en forma sustancialmente en U, con lo que la zona caliente se extiende sin una interrupción a través del ancho superior del ignitor, y después a lo largo de una porción de cada lado de la longitud del ignitor. Se cree que dichos diseños no lineales pueden difundir o reducir de manera más efectiva 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 de la invención de preferencia también tienen una porción eléctricamente no conductiva (disipadora térmica) que está en contacto con la región de zona caliente. En particular, la porción no conductora está interpuesta o insertada de preferencia entre las porciones eléctricamente conductivas y en contacto con la región de zona caliente. También se encontró que de preferencia la altura del puente de la zona caliente (el ancho de la zona caliente en un ignitor rectangular, que se describe a continuación más detalle) es de preferencia de por lo menos aproximadamente 0.05 cm, más preferiblemente por lo menos aproximadamente 0.06 cm. Una altura de puente de la zona caliente de 0.06 cm se prefiere generalmente; y una altura del puente de la zona caliente de 0.0.6 a aproximadamente 0.03 cm es más preferida. De preferencia, las zonas calientes de los ignitores de la invención contendrán una composición sinterizada que contiene un material conductor y un material aislante, y típicamente también contendrán un conductor semiconductor. Las porciones conductivas o de zona fría de los ignitores de la invención contendrán una composición sinterizada de componentes similares, con concentraciones relativamente altas de material conductivo. Los ignitores de la invención pueden funcionar de manera conveniente sobre un alto rango de voltajes, incluyendo los voltajes nominales de 6, 8, 12, 24 y 120. También se proveen nuevos métodos para producir los ignitores de la invención, los cuales incluyen la fabricación de una pluralidad de ignitores a partir de una sola pieza de material, haciendo posible una producción de ignitor significativamente más eficiente. Los métodos preferidos de la invención para formar un ignitor de cerámica comprenden: a) proveer un cuerpo de cerámica eléctricamente conductivo que comprende una pluralidad de elementos de ignitor a fijos; b) insertar en cada uno de los elementos un material eléctricamente no conductivo; y c) densificar la pluralidad de elementos de ignitor. A continuación se describen otros aspectos de la invención.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 describe un ignitor preferido de la invención. La figura 2 describe esquemáticamente un método para la producción de un ignitor de la invención. Las figuras 3 y 4 muestran los resultados del ejemplo 1, el cual viene a continuación.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Como se indicó anteriormente, la invención provee un elemento ignitor de cerámica sinterizada el cual comprende dos zonas frías y una zona caliente, la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de 0.51 cm a aproximadamente 2 cm. Más típicamente, la longitud de enlace eléctrico será de alguna manera mayor que 0.51 cm, por ejemplo por lo menos aproximadamente 0.6 cm, 0.7 cm ó 0.8 cm.

La figura 1 de los dibujos describe un ignitor preferido 10 de la invención que incluye una porción de zona caliente 12 en contacto con, y que está dispuesta entre las zonas frías 14a y 14b. Un disipador térmico 16 está interpuesto entre dichas zonas frías 14a y 14b y en contacto con la zona caliente 12. Los extremos de zona fría 14a' y 14b' distantes de la zona caliente 12 se encuentran en conexión eléctrica con una fuente de potencia, normalmente con el uso de algún tipo de montaje de estructura de plomo. Como se puede ver en la figura 1 , la zona caliente 12 tiene una longitud de enlace eléctrico "e" no lineal, en forma sustancialmente en U (que se muestra con una línea punteada para enfatizar la trayectoria mínima) la cual se extiende hacia abajo de la longitud de cada lado del ignitor. Como se discutió anteriormente, se cree que dichas geometrías no lineales de zona caliente difunden de manera más efectiva la densidad de la potencia a través de la región de zona caliente y aumentan la vida operativa del ignitor. Las dimensiones de la región de zona caliente pueden variar de manera adecuada siempre y cuando la longitud general del enlace eléctrico de la zona caliente esté dentro de las escalas descritas en la presente. En el diseño de ignitor generalmente rectangular que se describe en la figura 1 , de preferencia el ancho de la zona caliente entre las zonas frías (descrito como la distancia "a" en la figura 1 ) es suficiente para evitar los cortos eléctricos y otros defectos. En un sistema preferido, dicha distancia es de 0.5 cm. La altura del puente de la zona caliente (descrita como la distancia "b" en la figura 1) también debe de tener un tamaño suficiente para evitar defectos en el ignitor, incluyendo el calentamiento localizado excesivo, lo cual podría dar como resultado la degradación y el fallo en el ignitor, como se discutió anteriormente. Como ya se dijo antes, de preferencia la altura del puente de la zona caliente es de por lo menos aproximadamente 0.05 cm, más preferiblemente por lo menos aproximadamente 0.06 cm. Generalmente se prefiere una altura de puente de zona caliente de 0.05 cm a 0.4 cm; es más preferida una altura de puente de zona caliente de 0.06 cm a aproximadamente 0.3 cm; y es particularmente preferida una altura de puente de zona caliente de 0.06 a 0.035 a 0.040. Se ha visto 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" como se utiliza en la presente deberá entenderse como la dimensión de una zona caliente que se extiende en forma paralela a la longitud o dimensión larga de un ignitor generalmente rectangular, como lo ejemplifica la. dimensión b representada en la figura 1. Las "extremidades" de la zona caliente que se extienden hacia abajo en la longitud del ignitor, serán limitadas a un tamaño para mantener la longitud general del enlace eléctrico de la zona caliente dentro de aproximadamente 2 cm. Los componentes de la composición de la zona caliente 12, las zonas frías 14a y 14b, y la región no conductiva difusora térmica 16 pueden variar de manera adecuada. Las composiciones adecuadas para dichas regiones se describen en la patente de E. U. A. 5,786,565 a Wilikens et al., así como la patente de E. U. A. 5,191 ,508 a Axelson et al., dichas patentes se incorporan en la presente como referencia. Más particularmente, la zona caliente tiene una resistividad de temperatura alta (i.e. 1350°C) de entre aproximadamente 0.01 ohm-cm y aproximadamente 3.0 ohm-cm, y una resistividad a temperatura ambiente de entre aproximadamente 0.01 ohm-cm y aproximadamente 3 ohm-cm. Las composiciones preferidas de zona caliente contienen una composición sinterizada de un material eléctricamente aislante, y un conductor metálico, y de preferencia también contiene un material semiconductor. Como se utiliza en la presente, el término material eléctricamente aislante se refiere a un material que tiene una resistividad a temperatura ambiente de por lo menos aproximadamente 1010 ohm-cm. Como se utiliza en la presente, el término conductor metálico o material conductivo se refiere a un material que tiene una resistividad a temperatura ambiente de menos de aproximadamente 10"2 ohm-cm. Como se utiliza en la presente, el término cerámica semiconductiva (o "semiconductora") es una cerámica que tiene una resistividad a temperatura ambiente de entre aproximadamente 10 y 108 ohm-cm. En general, las composiciones preferidas de zona caliente incluyen: (a) entre aproximadamente 50 y aproximadamente 80% en volumen (% en vol. o v/o) de un material eléctricamente aislante que tiene una resistividad de por lo menos aproximadamente 1010 ohm-cm; (b) entre aproximadamente 5 y aproximadamente 45 v/o de un material semiconductivo que tiene una resistividad de entre aproximadamente 10 y aproximadamente 108 ohm-cm; y (c) entre aproximadamente 5 y aproximadamente 25 v/o de un conductor metálico que tiene una resistividad de menos de aproximadamente 102 ohm-cm. De preferencia, la zona caliente comprende 50-70 v/o de cerámica eléctricamente aislante, 10-45 v/o de cerámica semiconductiva, y 6-16 v/o del material conductivo. En ciertas modalidades preferidas, el material conductivo es MoSi2, que está presente de preferencia en una cantidad de aproximadamente 9 a 15% en vol., basándose en los componentes totales de la composición de la zona caliente, más preferiblemente de aproximadamente 9 a 13% en vol., basándose en los componentes totales de la composición de la zona caliente. Para un ignitor de 24 voltios, una concentración particularmente preferida de disiliciuro de molibdeno es de aproximadamente 9.2 a 9.5% en vol., basándose en los componentes totales de la composición de la zona caliente. Los componentes adecuados del material eléctricamente aislador de la composiciones de zona caliente incluyen uno o más óxidos metálicos tales como óxido de aluminio, un nitruro como un nitruro de aluminio, nitruro de silicio o nitruro de boro; un óxido de tierra rara (por ejemplo, ¡tria); o un oxinitruro de tierra rara. Generalmente se prefiere el nitruro de aluminio (AIN) y óxido de aluminio (AI2O3). Normalmente, el conductor metálico se selecciona del grupo que consiste en disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, y nitruros tales como nitruro de titanio, y carburos tales como carburo de titanio. Generalmente se prefiere el disiliciuro de molibdeno.

Los materiales semiconductores generalmente preferidos incluyen carburos, particularmente el carburo de silicio (contaminado y no contaminado), y carburo de boro. Generalmente se prefiere el carburo de silicio. Las composiciones particularmente preferidas de zona caliente de la invención contienen óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio, disiliciuro de molibdeno y carburo de silicio. Como se mencionó anteriormente, en por lo menos ciertas modalidades, está presente el disiliciuro de molibdeno en una cantidad de aproximadamente 9 a 12% en vol. para un ignitor de 24 voltios, generalmente se prefiere una concentración de disiliciuro de molibdeno de aproximadamente 9.2 a 9.5% en vol., basándose en los componentes totales de las composiciones de la zona caliente.

Como se describió antes, los ignitores de la invención normalmente también contienen por lo menos una o más regiones de zona fría de baja resistividad en conexión eléctrica con la zona caliente para permitir la unión de alambres de plomo al ignitor. Típicamente, una composición de la zona caliente está dispuesta entre dos zonas frías. De preferencia, dichas regiones de zona fría están comprendidas de, por ejemplo, A1N y/o Al203 u otro material aislante; el SiC u otro material semiconductor; y MoSfe u otro material conductivo. Sin embargo, las regiones de zona fría tendrán un porcentaje significativamente más alto de materiales conductivos y semiconductivos (e.g., SiC y MoSi2) que la zona caliente. Por consiguiente, las regiones de zona fría normalmente solo tienen aproximadamente 1/5 a 1/1000 de resistividad de la composición de zona caliente y no se elevan en temperatura a los niveles de la zona caliente. Es más preferible que la resistividad a temperatura ambiente de la (las) zona(s) fría(s) sea de 5 a 20% de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente. Una composición preferida de zona fría para utilizarse en el ignitor de la invención comprende aproximadamente 15 a 65 v/o de óxido de aluminio, nitruro de aluminio u otro material aislador; y aproximadamente 20 a 70 v/ MoSb y SiC u otro material conductivo y semicondutivo en una relación en volumen de aproximadamente 1 :1 a aproximadamente 1 :3. De preferencia, la zona fría comprende de aproximadamente 15 a 50 v/o A1 N y/o Al203l 5 a 30 v/o SiC y 30 a 70 v/o MoSi2. Para facilitar la fabricación, de preferencia la composición de la zona fría se forma de los mismos materiales que la composición de la zona caliente, siendo mayores las cantidades relativas de materiales semiconductivos y conductivos. El disipador térmico eléctricamente aislante 16 deberá comprender una composición que provea una masa térmica para mitigar el enfriamiento conductivo de la zona caliente. Además, cuando se dispone como un inserto entre dos extremidades conductivas, como se ejemplifica en el sistema que aparece en la figura 1, el inserto 6 provee un soporte mecánico para las porciones extendida de la zona fría 14a y 14b y hace que el ignitor sea más resistente. En algunas modalidades, el inserto 16 puede estar provisto con una ranura para reducir la masa del sistema. De preferencia, el disipador térmico eléctricamente aislante tiene una resistividad a temperatura ambiente de por lo menos aproximadamente 104 ohm-cm y una fuerza de por lo menos aproximadamente 150 MPa. Más preferiblemente, el material disipador térmico tiene una conductividad térmica que no es tan alta como para calentar todo el disipador térmico y transferir el calor a los alambres, y no es tan baja como para negar su función benéfica de difusión térmica. Las composiciones cerámicas adecuadas para el disipador térmico incluyen composiciones que comprenden por lo menos aproximadamente 90% en vol. de por lo menos uno de nitruro de aluminio, nitruro de boro, nitruro de silicio, aluminio y mezclas de los mismos, en donde se emplea una composición de la zona caliente de AiN-MoS¡2-SiC, un material disipador térmico comprende por lo menos 90% en vol. de nitruro de aluminio y hasta 10% en vol. de aluminio, puede ser preferible para obtener características compatibles de expansión y densificación térmica. Una composición preferida de disipador térmico se describe en la solicitud co-pendiente de patente de E.U.A. 09/217,793, cuya completa descripción se incorpora en la presente como referencia. Los ignitores de cerámica de la invención se pueden emplear en una gran variedad de voltajes, incluyendo los voltajes nominales 6, 8, 12, 24 y 120 voltios. Los ignitores de la invención se pueden calentar rápidamente de temperatura ambiente a temperaturas operacionales, por ejemplo a aproximadamente 1350°C en aproximadamente 4 segundos o menos, incluso 3 segundos o menos, o incluso en 2.75 o 2.5 segundo o menos. Los ignitores de la invención también pueden proveer una temperatura estable de ignición con una densidad de potencia de la zona caliente (carga de superficie de 60 a 200 watts por cm2 de la región de zona caliente. Las densidades preferidas de potencia incluyen de 70 a 180 watts por cm2, más preferiblemente de aproximadamente 75 a 150 watts por cm2. El procesamiento del componente de cerámica (es decir el procesamiento del cuerpo verde y las condiciones de sinterización) y la preparación del ignitor a partir de la cerámica densificada se pueden hacer mediante métodos convencionales. Típicamente dichos métodos se llevan a cabo en acuerdo sustancial con la patente E.U.A. incorporada 5, 786,565 a Willkens et al. y E.U.A. 5,191 ,508 a Axelson et al. De preferencia, los ignitores se producen de acuerdo con los métodos de la invención. Estos métodos incluyen generalmente la producción simultánea de una pluralidad de ignitores, por ejemplo por lo menos 5 ignitores, más típicamente por lo menos 10 ó 20 ignitores, todavía más típicamente por lo menos aproximadamente 50, 60, 70, 80, 90 ó 100 ignitores, a partir de una sola hoja (pieza) de material. Más típicamente hasta aproximadamente de 100 ó 200 ignitores se producen de manera sustancialmente simultánea. Más específicamente, en los métodos preferidos para la producción de un ignitor de la invención, se provee una hoja de una sola pieza que comprende una pluralidad de elementos ignitores "latentes" a fijos o físicamente unidos. La pieza de hoja tiene composiciones de zona caliente y fría que se encuentran en un estado crudo (no densificadas a más de aproximadamente 96% o 98% de densidad teórica), pero que de preferencia han sido sinterizados a más de aproximadamente 40% o 50% de densidad teórica y de preferencia hasta 90 ó 95% de densidad teórica, más preferiblemente hasta aproximadamente 60 a 70%. Dicha densificación parcial se logra adecuadamente mediante un tratamiento de presión en caliente, por ejemplo a menos de 1500°C, como 1300°C durante aproximadamente 1 horas bajo una presión como 3000 psi, y bao una atmósfera de argón. Se ha visto que si la pieza en las composiciones de las zonas caliente y fría está densificada a más del 75 o el 80 por ciento de la densidad teórica, será difícil cortar la pieza en los pasos subsecuentes del procedimiento. Además, si as composiciones de las zonas caliente y fría están densificadas a menos el 50 por ciento, las composiciones tienden a degradarse durante el procesamiento subsecuente. La porción de zona caliente a través de una porción del espesor de la pieza, con el resto siendo la zona fría. La pieza puede ser de una variedad de relativamente aplia deformas y dimensiones. De preferencia la pieza es sustancialmente cuadrada, por ejemplo un cuadrado de 22.86 cm por 22.86 cm, u otras dimensiones o formas adecuadas como rectangular, etc. Después la pieza se corta de preferencia en porciones, como con una herramienta de corte de diamante. De preferencia dichas porciones tienen dimensiones sustancialmente iguales. Por ejemplo, con una pieza de22.86 cm por 22.86 cm, de preferencia dicha pieza se corta en tercios, en donde cada una de las secciones resultantes es de 22.86 cm por 7.62 cm. Después se corta adicionalmente la pieza (de preferencia con una herramienta de corte de diamante) para proveer ignitores individuales. Un primer corte se hará a través de la pieza, para proveer una separación física de un elemento ignitor a partir de un elemento adyacente. Los cortes alternantes no se harán a través de la longitud del material de la pieza, para hacer posible la inserción de la zona aislante (disipador térmico) dentro de cada ignitor. Cada uno de los cortes (tanto los cortes que atraviesan como los que no atraviesan) pueden estar separados, por ejemplo, por aproximadamente 0.508 cm. Después de la inserción de la zona difusora térmica, los ignitores se pueden densificar más, de preferencia a más del 99% de la densidad teórica. Dicha sinterización adicional se lleva a cabo de preferencia a altas temperaturas, por ejemplo a, o ligeramente más de 1800°C, bajo una presión isostática en caliente. Los distintos cortes hechos en la pieza se pueden lograr de manera adecuada en un procedimiento automatizado, en donde la pieza se coloca y se corta por una herramienta de corte mediante un sistema automatizado, por ejemplo bajo el control de una computadora. La figura 2 de los dibujos muestra una pieza procesada de acuerdo con los métodos de fabricación de un ignitor de la presente invención. Como se representa, la pieza 10 tiene una zona de composición en caliente 12 y una zona de composición fría 14, con una interfaz 16 de la zona de composición caliente y la zona de composición fría. De preferencia, en la etapa de fabricación que se representa en la figura 2, las composiciones de zona caliente y fría se encuentran en un estado crudo, pero de preferencia están densificadas de aproximadamente 40% a aproximadamente el 95% de la densidad teórica, más preferiblemente de aproximadamente 50% a aproximadamente 70% de la densidad teórica. La pieza preferida 10 tiene de preferencia dimensiones sustancialmente iguales, es decir, de preferencia tiene las dimensiones g y h que aparecen en la figura 2 que son aproximadamente iguales, es decir de 22.86 cm por 22.86 cm como ya se describió anteriormente. Después de preferencia la pieza 10 se corta en porciones tales, por una herramienta cortadora de diamante. De preferencia las porciones tiene dimensiones sustancialmente iguales. Por ejemplo, como se describió en la figura 2, de preferencia la pieza 10 se corta en tercios a lo largo de las líneas 18a y 18b. Después la pieza 10 se corta adicionalmente (de preferencia con una herramienta de corte de diamante) para proveer elementos ignitores individuales, no afijos, como un ignitor 22. Un corte será en la longitud completa a través de la pieza (por ejemplo, el corte 24) y cada corte alternante (por ejemplo, el corte 26) no atravesara la longitud del material de la pieza, para hacer posible la inserción de la zona eléctricamente aislante (el disipador térmico) en cada ignitor a través de la abertura 28. Cada corte 24 y 26 estará sustancialmente separado, por ejemplo, a 0.508 cm. Después de la inserción de la zona difusora térmica, entonces se pueden densificar más los ignitores, de preferencia a más del 99% de la densidad teórica, como se discutió anteriormente, de preferencia a aproximadamente 1815°C bajo una presión isostática caliente.

Los ignitores de la presente invención se pueden utilizar en varias aplicaciones, incluyendo aplicaciones de ignición de combustible de fase gaseosa tales como en hornos y en aplicaciones de repostería, en calentadores de base, calderas y estufas. Los siguientes ejemplos no limitantes son ilustrativos de la invención, todos los documentos que mencionaron en la presente están incorporados a manera de referencia en su totalidad.

EJEMPLO 1 Se prepararon ignitores de la invención y e probaron de la siguiente manera. Se prepararon las composiciones de zona caliente y fría para un primer ignitor, al cual se hace referencia en la presente como el ignitor A. La composición de zona caliente comprendía 70.8% en volumen (basándose en la composición total de zona caliente) de AIN, 20% en volumen (basándose en la composición total de zona caliente) de SiC, y 9.2% en volumen (basándose en la composición total de zona caliente) de MoSi2. La composición de zona fría estaba compuesta de 20% en volumen (basándose en la composición total de zona fría) de AIN, 20% en volumen (basándose en la composición total de zona fría) de SiC, y 60% en volumen (basándose en la composición total de zona fría) de MoS¡2. La composición de zona fría fue cargada en un dado de presión en dado caliente y la composición de zona caliente se cargó en la parte superior de la composición de zona fría en el mismo dado. La combinación de composiciones fue densificada bajo calor y presión para proveer el ignitor A. Las composiciones de zona caliente y de zona fría fueron preparadas para un segundo ignitor, al cual se hará referencia en la presente como el ignitor B. El ignitor B tiene la misma geometría y composición de zona caliente que el ignitor A. La composición de zona fría del ignitor B tenía los mismos componentes (AIN, SiC y MoSi2) 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 con el ignitor A, la composición de zona fría del ignitor B fue cargada en un dado de presión de dado en caliente y la composición de zona caliente se cargo en la parte superior de la composición de zona fría en el mismo dado. La combinación de composiciones fue densificada bajo calor y presión para proveer el ignitor B. Los ignitores formados A y B fueron energizados a 12 voltios. Para el ignitor A, el calentamiento resistivo se enfocó en la región de zona caliente del ignitor, como aparece en la figura 3. Para el ignitor B, tanto la región de zona fría como la región de zona caliente del ignitor se volvieron calientes, como se muestra en la figura 4.

EJEMPLO 2 Se prepararon 7 ignitores adicionales (designados como las muestras 1 a 7 en el cuadro de abajo) con las mismas composiciones de zona caliente y de zona fría como se describieron para el ignitor A en el ejemplo 1 anterior.

Las áreas de zona caliente de cada una de las muestras 1 a 7 variaron; las áreas de zona caliente están expresadas como cm2 como se puede ver en el siguiente cuadro. La resistencia total ("Resist. total" abajo, expresada como O), la resistencia de zona caliente ("Resist. zona caliente" a continuación, expresada como O), la resistencia de zona fría ("Resist. zona fría" a continuación, expresada como O) fueron medidas cada una y se señalan a continuación en el cuadro de abajo.

CUADRO Muestra Area de zona Resist. total Resist. zona Resist. Rcaliente/Rfría caliente caliente zona fría 1 1.10 36 12 11 1.09 2 1.06 33 12.9 9 1 .43 3 8.71 28.3 11.4 8.1 1.41 4 7.84 37 14.1 10.5 1.34 5 7.35 42 17.5 11.3 1.55 6 5.90 45 19.9 11.6 1.72 7 5.81 40.2 22.6 7.7 2.94 Estos resultados demostraron que un mínimo relativo resistivo la resistencia de zona caliente (Rcaiiente) a la resistencia de la zona fría (RMO) de Rcaiiente = 1 -5 (Rfrío) fue óptimo para lograr el calentamiento de punta para las muestras de ignitor.

La invención ha sido descrita al detalle haciendo referencia a las modalidades particulares de la misma. Sin embargo, un experto en la técnica podrá apreciar que, teniendo en consideración esta descripción, se pueden hacer modificaciones y mejoras dentro del espíritu y el alcance de la invención.

Claims (1)

NOVEDAD IDE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1 - Un elemento ¡gnitor de cerámica caracterizado porque comprende: a) un par de porciones eléctricamente conductivas, cada porción tiene un primer extremo; y b) una zona caliente resistiva que está dispuesta entre, y en conexión eléctrica con cada uno de los primeros extremos de las porciones eléctricamente conductivas, en donde la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de 0.51 a 2 cm. 2.- El ignitor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque un material disipador térmico eléctricamente no conductivo hace contacto con la zona caliente. 3 - El ignitor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el material disipador térmico está dispuesto entre las porciones conductivas. 4.- El ignitor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque cada una de las porciones eléctricamente conductivas se extienden en una misma dirección desde la zona caliente para definir un par de extremidades, y el material difusor térmico eléctricamente no conductivo está dispuesto entre las extremidades. 5. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de por lo menos 0.6 cm. 6. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de 0.6 a 1.5 cm. 7. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de 0.7 a 0.9 cm. 8.- El ignitor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la zona caliente no es lineal. 9. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la zona caliente es sustancialmente en forma de U. 10. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la zona caliente comprende una composición que comprende un material eléctricamente aislante y un material conductor metálico. 11 - El ignitor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque también comprende un material semiconductor. 12.- El ignitor de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque 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 semiconductivo; (c) entre 5 y 25% en volumen de un conductor metálico. 13. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la composición de zona caliente comprende M0SÍ2 en una cantidad de aproximadamente 9.2 a 9.5% en vol. 14. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la resistividad a temperatura ambiente de las porciones eléctricamente conductivas es de aproximadamente 5 a 20% de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente. 5. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado además porque la relación de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente es de por lo menos aproximadamente 1.5 veces la resistividad a temperatura ambiente de las porciones de zona fría. 16. - Un método para encender un combustible gaseoso, que comprende aplicar una corriente eléctrica a través de un ignitor de la reivindicación 1. 17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque la corriente tiene un voltaje nominal de 6, 8, 12, 24 o 120 voltios. 18.- Un elemento ignitor de cerámica caracterizado porque comprende: a) un par de porciones eléctricamente conductivas, cada porción tiene un primer extremo; y b) una zona caliente resistiva dispuesta entre, y en conexión eléctrica con cada uno de los primeros extremos de las porciones eléctricamente conductivas, en donde la zona caliente produce una temperatura de ignición estable a una carga de superficie de 60 a 200 watts por cm2. 19. - El ignitor de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado además porque la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de 0.51 a 2 cm. 20. - Un método para encender un combustible gaseoso, que comprende aplicar una corriente eléctrica a través de un ignitor de la reivindicación 18. 21. - El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la densidad de potencia en la zona caliente es de 60 a 200 watts por cm2. 22.- El método de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado además porque la corriente tiene un voltaje nominal de 6, 8, 12, 24 o 120 voltios. 23. - Un método para formar un ignitor de cerámica, caracterizado porque comprende: a) proveer un cuerpo de cerámica eléctricamente conductivo que comprende una pluralidad de elementos ignitores afijos; b) insertar dentro de cada elemento un material eléctricamente no conductivo; y c) densificar la pluralidad de elementos ignitores. 24. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el elemento Ignitor se separa físicamente de los elementos adyacentes antes de densificarlo. 25. - El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque también comprende formar una ranura en cada elemento ignitor e insertar material eléctricamente no aislante en la ranura. 26. - El método de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado además porque la ranura no se extiende en toda la longitud del elemento ignitor. 27. - El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado además porque el elemento ignitor se separa físicamente de los elementos adyacentes durante la formación de la ranura. 28. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el cuerpo comprende por lo menos aproximadamente 20 elementos ignitores afijos. 29.- El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el cuerpo comprende por lo menos aproximadamente 50 elementos ignitores afijos. 30. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el cuerpo comprende por lo menos aproximadamente 100 elementos ignitores afijos. 31. - El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado además porque el cuerpo de cerámica eléctricamente conductivo se encuentra en un estado crudo en el paso a). 32. - El método de conformidad con la reivindicación 31, caracterizado además porque el cuerpo eléctricamente conductivo en estado crudo es densificado de aproximadamente el 50% a aproximadamente 70% de la densidad teórica. 27 RESUME DE LA INVENCION Se proveen ignitores de cerámica que comprenden dos zonas frías con una zona caliente interpuesta, la zona caliente tiene una longitud de enlace eléctrico de 0.51 cm a aproximadamente 2 cm; los ignitores de la invención pueden difundir de manera efectiva la densidad de potencia a través de la región de zona caliente del ignitor, sin producir gradientes aislados de temperatura los cuales podrían llevar a una degradación prematura del ignitor y al fallo; la invención también provee nuevos métodos para formar ignitores de cerámica. 6A/agt*tpr*aom* P02/1091 F