RU2500652C1 - Керамический изолятор и способы его использования и изготовления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к усовершенствованным диэлектрическим изоляторам и может быть использовано в свечах зажигания в камерах сгорания автомобилей. Предложенный изолятор имеет следующий керамический состав, мас.%: SiO₂ 25-60; R₂О₃ 15-35, причем R₂О₃ представляет собой В₂О₃ 3-15% и Аl₂О₃ 5-25%; MgO 4-25% + Li₂O 0-7%, причем общее количество MgO+Li₂O составляет примерно 6-25%; R₂О в количестве 2-20% (причем R₂O представляет собой Na₂O 0-15%, K₂О 0-15%, Rb₂O 0-15%) Rb₂O 0-15%; Cs₂O 0-20% и F 4-20% и содержит кристаллические зерна, ориентированные проходящими в первом (круговом) направлении и в направлении (радиальном), перпендикулярном первому направлению, а также первую область, где действует сжимающее напряжение, и вторую область, где действует растягивающее напряжение. Технический результат изобретения - повышение механической и электрической прочности изолятора. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил., 2 табл.

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] В настоящей патентной заявке испрашивается преимущество приоритета: предварительной патентной заявки США № 61/237425, поданной 27 августа 2009 и поименованной "Изготовление кислородосодержащего топлива"; предварительной патентной заявки США № 61/237466, поданной 27 августа 2009 и поименованной "Многоискровое зажигание для различных видов топлива"; предварительной патентной заявки США № 61/237479, поданной 27 августа 2009 и поименованной "Энергия полного спектра"; предварительной патентной заявки США № 12/581825, поданной 19 октября 2009 и поименованной "Система многотопливного хранения, дозирования и зажигания"; предварительной патентной заявки США № 12/653085, поданной 7 декабря 2009 и поименованной "Встроенные топливные форсунки и запальные свечи и способы их использования и изготовления"; международной заявки № PCT/US09/67044, поданной 7 декабря 2009 и поименованной "Встроенные топливные форсунки и запальные свечи и способы их использования и изготовления"; предварительной патентной заявки США № 61/304403, поданной 13 февраля 2010 и поименованной "Полная энергия спектра и сырьевая независимость"; и предварительной патентной заявки США № 61/312100, поданной 9 марта 2010 и поименованной "Система и способ обеспечения экранирования радиочастотных помех высокого напряжения, например, для использования с топливной форсункой"; которые полностью включены в настоящую заявку по ссылке.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0002] Настоящее изобретение в целом относится к усовершенствованным материалам, включая усовершенствованные диэлектрические изоляторы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0003] Имеется давно назревшая потребность в попеременном использовании метана, водорода или смеси метана и водорода в форме низкотемпературных жидкостей или сжатых газов вместо бензина в двигателях с искровым воспламенением. Но эта потребность до сих пор не удовлетворена, и в результате большое количество транспортных средств продолжает использовать бензин даже при том, что стоимость метана и различных форм возобновляемого водородного топлива гораздо меньше стоимости бензина. Схожим образом, давно остается нерешенной задача заменяемого использования метана, водорода или смеси метана и водорода в форме низкотемпературных жидкостей и/или сжатых газов вместо дизельного топлива в двигателях с воспламенением от сжатия, но эта задача еще более далека от решения, и большое количество дизельных двигателей продолжает использовать загрязняющее окружающую среду и дорогое дизельное топливо.

[0004] Традиционные системы искрового зажигания используют высокое напряжение, но обеспечивают низкую энергию ионизации воздушно-топливной смеси. Традиционные величины энергии искры для зажигания в диапазоне примерно от 0,05 джоуля до 0,15 джоуля являются типичными для обычных атмосферных (без наддува) двигателей, оборудованных свечами зажигания, которые работают со степенями сжатия 12:1 или меньше. При более высоком давлении окружающей среды в искровом зазоре соответствующее напряжение для создания такой ионизации должно быть увеличено. Факторы, требующие использования более высокого напряжения, включая сниженное соотношение компонентов топливной смеси (обедненную смесь) и более широкий искровой зазор, который может быть необходим для воспламенения, ведут к увеличению эффективной степени сжатия, турбонаддува и снижению величины сопротивления впуску воздуха в камеру сгорания. Известные системы искрового зажигания не обеспечивают адекватную выработку напряжения для надежного искрового зажигания, например, в дизельных двигателях со степенями сжатия от 16:1 до 22:1 и зачастую не обеспечивают адекватное напряжение для недросселируемых двигателей, в которых в целях увеличения выработки энергии и повышения экономии топлива используется турбонаддув. Указанные проблемы остаются нерешенными для двигателей, использующих альтернативные или смешанные виды топлива.

[0005] Невозможность обеспечения адекватного напряжения в искровом зазоре чаще всего обусловлена недостаточной электрической прочностью компонентов системы воспламенения, таких как фарфоровый изолятор свечи зажигания и провода высокого напряжения. Высокое напряжение, приложенное к традиционной свече зажигания, которая по существу расположена в стенке камеры сгорания, вызывает тепловые потери у воспламеняющихся гомогенных воздушно-топливных смесей, которые расположены вблизи всех поверхностей камеры сгорания, включая поршень, стенку цилиндра, головку цилиндра и клапаны. Указанные тепловые потери уменьшают эффективность двигателя и могут вызвать повреждение компонентов камеры сгорания, которые подвержены окислению, коррозии, тепловой усталости, увеличенному трению из-за теплового расширения, деформации, короблению и износу из-за потери свойств перегретых или окисленных смазывающих пленок.

[0006] Кроме того, современные двигатели испытывают недостаток в электрических изолирующих компонентах, имеющих достаточную электрическую и механическую прочность для защиты компонентов, которые должны противостоять циклическому приложению высокого напряжения, коронным разрядам и дополнительному ухудшению характеристик, вызванному ударными нагрузками, вибрацией и быстрой циклической сменой высоких и низких температур. Схожим образом, камера сгорания современного дизельного двигателя оснащена отверстиями очень малого диаметра для топливной форсунки непосредственного впрыска типа "карандаш", которая должна быть расположена в сложном и тесном пространстве приводных механизмов, управляющих впускными и выпускными клапанами, в типичной головке двигателя с верхним расположением клапанов. Обычный диаметр отверстия для установки форсунки для впрыска дизельного топлива в камеру сгорания ограничен значением примерно 8,4 мм (0,331 дюйма). В дополнение к таким жестким ограничениям пространства, в среде головки двигателя под крышкой клапанного механизма постоянно разбрызгивается горячее моторное масло, нагревающее узел топливной форсунки до температуры больше 115°C (240°F), с учетом требований для большей части пробега в 1 миллион миль (1,6 млн. км), которые соответственно запрещают использование традиционных конструкций соленоидных клапанов с воздушным охлаждением.

[0007] Таким образом, имеется потребность в преодолении проблемы ограниченности работы дизельного двигателя, состоящей в использовании только воспламенения от сжатия и дизельного топлива с узким диапазоном цетанового числа и вязкостей наряду со строгими требованиями устранения макрочастиц и воды. Имеется возможность использования большого разнообразия видов топлива при чрезвычайно малых затратах на переоборудование двигателя, причем топливо может отличаться широким разнообразием цетанового и/или октанового чисел, наряду с наличием примесей, таких как вода, азот, диоксид углерода, моноксид углерода и различные макрочастицы.

[0008] Для осуществления постепенного освобождения от экономической зависимости от ископаемого топлива крайне необходимо обеспечить взаимозаменяемое использование традиционного дизельного топлива или бензина наряду с возобновляемыми видами топлива, такими как водород, метан или топливные спирты. Таким образом, имеется потребность в усовершенствованных изоляторах, выдерживающих достаточно большую плазменную энергию, приложенную к дизельному топливу, когда его впрыскивают в камеру сгорания, для осуществления очень быстрого испарения и расщепления или разделения молекул дизельного топлива и образования воспламеняющих ионов, и таким образом для решения сложной задачи и устранения ограничений, связанных с воспламенением от сжатия.

[0009] Соответственно, в уровне техники имеется потребность в усовершенствованных изоляторах, материалах и способах их изготовления и использования, например, материалах с повышенной механической и электрической прочностью для использования в компонентах системы зажигания для многотопливных двигателей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] На фиг.1 схематически показан разрез вида сбоку встроенной форсунки/запальной свечи, выполненной согласно варианту реализации изобретения.

[0011] На фиг.2 показан разрез частичного вида сбоку форсунки, выполненной согласно варианту реализации изобретения.

[0012] На фиг.3А показан вид сбоку изолятора или диэлектрического корпуса, выполненного в соответствии с одним вариантом реализации изобретения, и на фиг.3В показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 3В-3В, показанных на фиг.3А.

[0013] На фиг.4А и 4В показаны разрезы видов сбоку по сути вдоль линий 4-4, показанных на фиг.2, показывающие изолятор или диэлектрический корпус, выполненный в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

[0014] На фиг.5А и 5В схематически показаны системы для формирования изолятора или диэлектрического корпуса путем использования сжимающих напряжений в необходимых областях согласно другому варианту реализации изобретения.

[0015] На фиг.6 схематически показан разрез вида сбоку форсунки/запальной свечи, выполненных согласно дополнительным вариантам реализации изобретения.

[0016] На фиг.6А и 6В показаны разрезы видов сбоку корпуса 602, показанного на фиг. 6, показывающие изолятор или диэлектрический корпус, выполненные в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Настоящая заявка полностью включает в себя по ссылке объект изобретения, описанного в предварительной патентной заявке США № 12/006774 (ныне патент США № 7628137), поданной 7 января 2008 и поименованной "Многотопливная система для хранения, дозирования и воспламенения топлива". Настоящая заявка полностью включает в себя по ссылке объекты изобретений, описанных в следующих патентных заявках США, поданных одновременно с ней 21 июля 2010 и поименованных: "Встроенные топливные форсунки и запальные свечи и способы их использования и изготовления" (реестр поверенного № 69545-8031US); "Узлы привода топливной форсунки и способы их использования и изготовления" (реестр поверенного № 69545-8032US); "Встроенные топливные форсунки и запальные свечи с проводящими кабельными узлами" (реестр поверенного № 69545-8033US); "Формирование заряда топливной смеси в камере сгорания с различными приводами и/или управлением ионизацией" (реестр поверенного № 69545-8034US); "Способ и система для термохимической регенерации для насыщения кислородом топлива, например с топливными форсунками для охлажденного топлива" (реестр поверенного № 69545-8037US); и "Способы и системы для уменьшения образования оксидов азота во время сгорания в двигателях" (реестр поверенного № 69545-8038US).

[0018] Для полного понимания способа, согласно которому достигнуты вышеуказанные подробности, преимущества и задачи согласно настоящему изобретению, ниже будет предоставлено подробное описание настоящего изобретения на примере конкретных вариантов его реализации.

[0019] Некоторые подробности сформулированы в следующем описании и показаны на чертежах для обеспечения полного понимания различных вариантов реализации изобретения. Однако другие детали описывают известные структуры и системы. Следует понимать, что некоторые из подробностей, сформулированных ниже, приведены для описания следующих вариантов реализации способом, достаточным для помощи специалисту в создании и использовании описанных вариантов реализации. Однако некоторые из подробностей и преимуществ, описанных ниже, не являются необходимыми для практического осуществления некоторых вариантов реализации изобретения. Многие из подробностей, размеров, углов, форм и других отличительных особенностей, показанных на чертежах, являются простыми иллюстрациями конкретных вариантов реализации изобретения. Соответственно, другие варианты реализации могут иметь другие подробности, размеры, углы и отличительные особенности без отступления от идеи или объема настоящего изобретения. Кроме того, специалисты согласятся, что могут быть осуществлены дополнительные варианты реализации изобретения без некоторых подробностей, описанных ниже.

[0020] Ссылка по всему настоящему описанию на "один вариант реализации" или "вариант реализации" означают, что отличительная особенность, структура или характеристика, описанная в связи с указанным вариантом реализации, включены по меньшей мере в один вариант реализации настоящего изобретения. Таким образом, фразы "в одном варианте реализации" или "в варианте реализации", встречающиеся в различных местах настоящего описания, не обязательно относятся к одному и тому же варианту реализации. Кроме того, отличительные особенности, структуры или характеристики могут сочетаться любым подходящим способом по меньшей мере в одном варианте реализации. Заголовки, использованные в настоящем описании, приведены только для удобства и не интерпретируют объем или значение заявленного изобретения.

[0021] На фиг. 1 схематически показан разрез вида сбоку встроенной форсунки/запальной свечи 110 ("форсунка 110"), выполненной в соответствии с вариантом реализации изобретения. Форсунка 110, показанная на фиг. 1, выполнена с возможностью впрыскивания различных видов топлива в камеру 104 сгорания и адаптивного регулирования шаблона и/или частоты впрыскиваний топлива или воспламенений на основании параметров сгорания и условий в камере 104 сгорания. Как подробно описано ниже, форсунка 110 может оптимизировать впрыснутое топливо для быстрого воспламенения и полного сгорания. В дополнение к впрыскиванию топлива, форсунка 110 содержит по меньшей мере одно встроенное средство, выполненное с возможностью воспламенения впрыснутого топлива. Кроме того, форсунка 110 может быть использована для преобразования традиционных двигателей внутреннего сгорания для работы с различными видами топлива.

[0022] Согласно одному аспекту показанного варианта реализации по меньшей мере часть корпуса 112 выполнена по меньшей мере из одного диэлектрического материала 117, подходящего для обеспечения зажигания искрой высокого напряжения для воспламенения различных видов топлива, включая нерафинированные виды топлива или виды топлива с низкой удельной энергоемкостью. Указанные диэлектрические материалы 117 могут обеспечивать достаточную высоковольтную электрическую изоляцию для выработки, изолирования и/или доставки искры зажигания или плазмы для воспламенения. Согласно некоторым вариантам реализации корпус 112 может быть выполнен из одиночного диэлектрического материала 117. Однако согласно другим вариантам реализации корпус 112 может содержать по меньшей мере два диэлектрических материала. Например, по меньшей мере один сегмент средней части 116 может быть выполнен из первого диэлектрического материала, имеющего первую электрическую прочность, и по меньшей мере один сегмент сопловой части 118 может быть выполнен из диэлектрического материала, имеющего вторую электрическую прочность, которая больше первой электрической прочности. Второй диэлектрический материал, имеющий относительно высокую вторую электрическую прочность, может защищать форсунку 110 от тепловой и механической ударной нагрузок, засорения, трекинга (образования на поверхности следов пробоя), и т.п. Примеры подходящих диэлектрических материалов, а также расположение этих материалов на корпусе 112 подробно описаны ниже.

Диэлектрические особенности

[0023] Согласно одному аспекту на фиг. 2 показан частичный разрез вида сбоку форсунки 210. Форсунка 210, показанная на фиг. 2, иллюстрирует некоторые особенности диэлектрических материалов, которые могут быть использованы согласно некоторым вариантам реализации изобретения. Показанная на чертеже форсунка 210 содержит некоторые особенности, которые могут быть по меньшей мере в целом подобными по своей структуре и функциям соответствующим особенностям форсунок, описанных выше и показанных на фиг. 1. Например, форсунка 210 содержит корпус 212, который имеет сопловую часть 218, проходящую от средней части 216. Сопловая часть 218 проходит в отверстие или впускной канал 209, выполненный в головке двигателя 207. Различные двигатели, такие как дизельные двигатели, имеют впускные каналы 209 с очень малыми диаметрами (например примерно 7,09 мм или 0,279 дюйма в диаметре). Такие малые размеры с трудом обеспечивают достаточную изоляцию для искрового или плазменного воспламенения распыленного топлива, которые предполагаются в настоящем изобретении (например, видов топлива, энергетическая плотность которых примерно в 3000 раз меньше, чем у дизельного топлива). Однако, как подробно описано ниже, форсунки согласно настоящему изобретению имеют корпуса 212 с диэлектрическими или изолирующими материалами, которые обеспечивают достаточную электрическую изоляцию для изготовления высоковольтного (например 60000 В) провода и/или зажигания (например, искрового или плазменного зажигания) при очень малых расстояниях. Эти диэлектрические или изолирующие материалы также отличаются стойкостью и защищенностью против окисления или другого ухудшения характеристик из-за циклического контакта с высокотемпературными газами под высоким давлением, образующимися при сгорании топлива. Кроме того, как подробно описано ниже, эти диэлектрические материалы могут быть выполнены с возможностью встраивания в них оптических или электрических каналов связи, проходящих от камеры сгорания к датчику, такому как преобразователь, измеритель, фильтр, усилитель, контроллер и/или компьютер. Кроме того, изолирующие материалы могут быть жестко соединены или интегрированы в месте расположения уплотнения с металлической основной частью 214 корпуса 212.

Особенности спиральной навивки диэлектрика

[0024] Согласно другому аспекту корпуса 212 форсунки 210, показанной на фиг. 2, диэлектрические материалы, содержащие среднюю часть 216 и/или сопловую часть 218 форсунки 210, показаны на фиг. 3A и 3B. Более конкретно, на фиг. 3A показан вид сбоку изолятора или диэлектрического корпуса 312, и на фиг. 3B показан разрез вида сбоку по существу вдоль линий 3B-3B, показанных на фиг. 3A. Не смотря на то, что корпус 312, показанный на фиг. 3A, в целом имеет цилиндрическую форму, согласно другим вариантам реализации корпус 312 может иметь другие формы, включая, например, сопловые части, проходящие от корпуса 312 в направлении к граничной поверхности 331 камеры сгорания. Как показано на фиг. 3A и 3B, в показанном варианте реализации диэлектрический корпус 312 имеет спиральный или навитый нижний слой 328. Согласно некоторым вариантам реализации нижний слой 328 может быть выполнен из искусственной или натуральной слюды (например листовой слюды без микроканалов). Однако согласно другим вариантам реализации нижний слой 328 может быть выполнен из других материалов, обеспечивающих достаточную электрическую прочность при их относительно малой толщине. В показанном варианте реализации по меньшей мере одна сторона нижнего слоя 328 покрыта относительно тонким диэлектрическим покрывающим слоем 330. Покрывающий слой 330 может быть выполнен из высокотемпературного высокочистого полимера, такого как тефлон NXT, динеон TFM, парилен HT, полиэфирсульфон и/или полиэфирэфиркетон. Однако согласно другим вариантам реализации покрывающий слой 330 может быть выполнен из других материалов, подходящих для соответствующего уплотнения нижнего слоя 328.

[0025] Нижний слой 328 и покрывающий слой 330 могут иметь плотную спиральную навивку, которая формирует трубку и таким образом образует последовательные слои листов комбинированных нижнего слоя 328 и покрывающего слой 330. Согласно некоторым вариантам реализации эти слои могут быть соединены в навитой конфигурации подходящими адгезивами (например керамоцементом). Согласно другим вариантам реализации эти слои могут быть пропитаны полимером, стеклом, высокодисперсным оксидом кремния или другими подходящими материалами для обертывания корпуса 312 в форме плотно навитой трубки. Кроме того, листы или слои корпуса 312 могут быть разделены наложенными последовательно разнородными пленками. Например, разделяющие пленки между слоями корпуса 312 могут включать парилен N, уложенный поверх парилена C, уложенного поверх парилена HT, а также слои пленки и/или слои, разделенные пленками из других материалов, таких как тонкий нитрид бора, полиэфирсульфон или полиолефин, такой как полиэтилен, или другие подходящие для разделения материалы. Такие разделяющие пленки также могут быть сформированы под действием высокой температуры или давления из волокон, например, из волокон монокристаллического сапфира. Такие волокна могут быть изготовлены выращиванием методом пьедестала с использованием теплового лазера и впоследствии покрыты перфторированным этиленпропиленом (фторполимером) или другими материалами с подобным коэффициентом преломления для предотвращения утечки энергии из волокон в потенциально поглощающие пленки, которые окружают такие волокна.

[0026] Покрывающий слой 330, примененный в форме относительно тонких пленок (например, от 0,1 до 0,3 мм), может обеспечить электрическую прочность примерно от 2,0 кВ/0,001 дюйма до 4,0 кВ/0,001 (от 787,4 кВ/см до 1574,8 кВ/см) при температуре от -30°C (например, -22°F) до примерно 230°C (например, 450°F). Было выяснено, что покрывающие слои 330 с большей толщиной не обеспечивают достаточную изоляцию для обеспечения необходимого напряжения для воспламенения. В частности, как показано в Таблице 1, представленной ниже, покрывающие слои с большей толщиной имеют значительно уменьшенную электрическую прочность. Эта уменьшенная электрическая прочность может оказаться недостаточной для предотвращения электрической сквозной дуги и утечки тока через изолирующий корпус 312 в моменты времени, когда в камере сгорания необходимо осуществить воспламенение (например, искровое или плазменное). Например, в различных двигателях с высоким давлением сжатия, например типичных дизельных двигателях или двигателях с турбонаддувом, напряжение, необходимое для инициирования воспламенения (например, путем искрового или плазменного зажигания) составляет примерно 60 кВ или больше. Известный диэлектрический корпус, содержащий трубчатый изолятор с эффективной толщиной стенки только 0,04 дюйма (1 мм) или больше, выполненной из традиционного изолирующего материала, обеспечивает электрическую прочность лишь 500 В/0,001 дюйма (196,85 кВ/см) и соответственно не выдержит указанное необходимое напряжение.

Таблица 1 Сравнение электрической прочности выбранных материалов
Материал	Диэлектрическая прочность (кВ/мил) (пленки толщиной <0,06 мм или 0,002 дюйма)	Диэлектрическая прочность (кВ/мил) (пленки толщиной >1,0 мм или 0,04 дюйма)
Тефлон NXT	2,2-4,0 кВ/мил (866,14 -1574,8 кВ/см)	0,4-0,5 кВ/мил (157,48-196,85 кВ/см)
Полиимид (Каптон)	7,4 кВ/мил (2913,38 кВ/см)	--
Парилен (N, C, D, HT)	4,2-7,0 кВ/мил (1653,54-2755,9 кВ/см)	--
Динеон TFM	2,5-3,0 кВ/мил (984,25-1181,1 кВ/см)	0,4-0,5 кВ/мил (157,48-196,85 кВ/см)
Перфторполимер CYTOP	2,3-2,8 кВ/мил (905,51-1102,36 кВ/см)	--
Сапфир (монокристаллический)	1,3-1,4 кВ/мил (511,81-551,18 кВ/см)	1,2 кВ/мил (472,44 кВ/см)
Слюда	2,0-4,5 кВ/мил (787,4-1771,65 кВ/см)	1,4-1,9 кВ/мил (551,18-748,03 кВ/см)
Нитрид бора	1,6 кВ/мил (629,92 кВ/см)	1,4 кВ/мил (551,18 кВ/см)
Полиэфирэфиркетон	3,0-3,8 кВ/мил (1181,1-1496,06 кВ/см)	0,3-0,5 кВ/мил (118,11-196,85 кВ/см)
Полиэфирсульфон	4,0-4,2 кВ/мил (1574,8-1653,54 кВ/см)	0,3-0,5 кВ/мил (118,11-196,85 кВ/см)
Кварцевый кремнезем	1,1-1,4 кВ/мил (433,07-551,18 кВ/см)	1,1-1,4 кВ/мил (433,07-551,18 кВ/см)

[0027] Вариант выполнения изолирующего корпуса 312, показанный на фиг. 3A и 3B, может обеспечить электрическую прочность примерно 3000 В/0,001 дюйма (1181,1 кВ/см) при температурах в пределах от -30°C (например, -22°F) до примерно 450°C (например, 840°F). Кроме того, покрывающие слои 330 также могут служить в качестве уплотнения для нижнего слоя 328, которое препятствует проникновению газов сгорания и/или других загрязнителей в корпус 312. Покрывающие слои 330 также могут обеспечивать коэффициент преломления в достаточно широких пределах для повышения эффективности светопередачи через корпус 312 для оптических каналов связи, проходящих через корпус 312.

[0028] Согласно другой особенности показанного варианта реализации корпус 312 содержит каналы 332, проходящие в продольном направлении сквозь корпус 312 между листами или слоями нижних слоев 328. Согласно некоторым вариантам реализации каналы 332 могут быть проводниками, например высоковольтными проводами для искрового зажигания или кабелями. Эти провода для зажигания могут быть выполнены из металлической проволоки, которую изолируют или оксидируют алюминием и таким образом наносят на проволоку оксид алюминия. Каналы 332 проходят продольно сквозь корпус 312 между соответствующими нижними слоями 328 и потому не способствуют прохождению заряда радиально во внешнем направлении сквозь корпус 312. Соответственно, каналы 332 не нарушают или иным способом ухудшают диэлектрические свойства корпуса 312. Дополнительно к доставке напряжения для зажигания согласно некоторым вариантам реализации каналы 332 также могут быть в рабочем положении соединены по меньшей мере с одним исполнительным устройством и/или контроллером для управления редукционным клапаном для впрыска топлива.

[0029] Согласно другим вариантам реализации каналы 332 могут быть выполнены с возможностью передачи данных о сгорании топлива от камеры сгорания по меньшей мере к одному преобразователю, усилителю, контроллеру, фильтру, обрабатывающему компьютеру, и т.п. Например, каналы 332 могут быть оптическими волокнами или другими каналами, сформированными из оптических слоев или волокон, таких как кварц, фтористый алюминий, фторид ZBLAN, стекло и/или полимеры, и/или другие материалы, подходящие для передачи данные через форсунку. Согласно другим вариантам реализации каналы 332 могут быть выполненными из подходящих трансмиссионных материалов, таких как цирконий, барий, лантан, алюминий и фторид натрия (ZBLAN), а также могут быть керамическими или стеклянными трубками.

Особенности ориентации диэлектрических зерен

[0030] Согласно другому варианту выполнения форсунки 210, показанному на фиг. 2, диэлектрические материалы корпуса 212 (например, средняя часть 216 и/или сопловая часть 218) могут быть выполнены с заданной ориентацией зерен для достижения желательных диэлектрических свойств, способных к выдерживанию высоких напряжений, которые используются согласно настоящему изобретению. Например, структура зерна может содержать кристаллизованные зерна, выровненные по окружности, а также расположенные послойно вокруг трубчатого корпуса 212, которые таким образом формируют сжимающие усилия у наружной поверхности, которые уравновешиваются растяжением приповерхностного слоя. В частности, на фиг. 4A и 4B показаны сечения видов сбоку диэлектрического корпуса 412, выполненного согласно другому варианту реализации изобретения, взятые по существу вдоль линии 4-4, показанной на фиг. 2. Как показано на фиг. 4A, корпус может быть выполнен из керамического материала, имеющего высокую электрическую прочность, такого как кварц, сапфир, стеклянная матрица, и/или другого подходящего керамического материала.

[0031] Согласно настоящему варианту реализации корпус 412 содержит прозрачные зерна 434, которые ориентированы в целом в одном направлении. Например, зерна 434 ориентированы таким образом, что собственная продольная ось каждого отдельного зерна 434 выровнена в направлении, проходящем в целом по окружности вокруг корпуса 412. С зернами 434, послойно расположенными в этой ориентации, корпус 412 обеспечивает превосходную электрическую прочность фактически при любой его толщине. Это благодаря тому, что послойно расположенные длинные, плоские зерна препятствуют образованию проводящего пути в радиальном направлении к внешней стороне корпуса 412.

[0032] На фиг. 4B показаны сжимающие усилия в конкретных областях корпуса 412. В частности, согласно варианту реализации, показанному на фиг. 4B, корпус 412 обработан таким образом, что зерна 434 по меньшей мере частично расположены по меньшей мере в одной сжимаемой области 435 (т.е. областях, в которых действуют сжимающие усилия согласно ориентации зерен 434), примыкающей к внешней наружной поверхности 437 и внутренней наружной поверхности 438 корпуса 412. Корпус 412 также имеет несжимаемую область 436, образованную зернами 434, расположенными между сжимаемыми областями 435. Несжимаемая область 436 формирует уравновешивающие растягивающие усилия в средней части корпуса 412. Согласно некоторым вариантам реализации каждая из сжимаемых областей 435 может содержать больше зерен 434 на единицу объема для достижения сжимающих усилий. Согласно другим вариантам реализации каждая из сжимаемых областей 435 может содержать зерна 434, обработанные с возможностью локального сохранения аморфной структуры, или первоначально изготовленные с аморфной структурой или кристаллической решеткой с более низким коэффициентом упаковки по сравнению с зернами 434, расположенными в несжимаемой области 436. Согласно другим дополнительным вариантам реализации внешняя поверхность 437 и внутренняя поверхность 438 могут быть приведены в сжатое состояние ионным легированием, металлизацией напылением поверхностных слоев и/или диффузией в поверхность по меньшей мере одного вещества, так что указанная поверхность имеет более низкий коэффициент упаковки по сравнению с несжимаемой областью 436 корпуса 412. Согласно варианту реализации, показанному на фиг. 4B, сжимаемые области 435 на внешней поверхности 437 и внутренней поверхности 438 корпуса 412 придают более высокую анизотропную электрическую прочность.

[0033] Одно преимущество варианта реализации, показанного на фиг. 4B, состоит в том, что в результате вышеуказанной разности коэффициентов упаковки в сжимаемых областях 435 и несжимаемой области 436 поверхность, на которую действует давление, становится сжатой и намного более прочной и стойкой к растрескиванию или разрушению. Например, такое усовершенствование на основе сжимающего усилия по меньшей мере частично предотвращает проникновение веществ (например электролитов, таких как вода с растворенными веществами, богатые углеродом материалы, и т.п.), которые могут формировать проводящие каналы в корпусе 412 и таким образом вызвать ухудшение электрической прочности корпуса 412. Такое усовершенствование на основе сжимающего усилия также по меньшей мере частично предотвращает ухудшение характеристик корпуса 412 из-за тепловых и/или механических ударных нагрузок при контакте с быстро изменяющимися температурой, давлением, химическими деградантами и импульсными силами во время каждого эпизода сгорания. Например, вариант реализации, показанный на фиг. 4B, в частности выполнен с возможностью длительного выдерживания электрического напряжения на корпусе 412, имеет повышенную прочность против растрескивания благодаря большим нагружающим усилиям, включая сосредоточенную нагрузку, а также малоцикловую или многоцикловую усталостную прочность.

[0034] Другое преимущество ориентированных кристаллических зерен 434, комбинированных со сжимаемыми областями 435, состоит в том, что указанная конфигурация зерен 434 обеспечивает максимальную электрическую прочность при действии напряжения, установленного на корпусе 412. Например, описанная конфигурация обеспечивает значительное улучшение электрической прочности до 2,4 кВ/0,001 дюйма (944,88 кВ/см) в секциях, толщина которых больше 1 мм или 0,040 дюйма. Эти значения являются более высокими по сравнению с керамическими материалами, имеющими тот же состав, без описанной выше новаторской ориентации зерен, электрическая прочность которых составляет всего лишь примерно от 1,0 кВ/0,001 дюйма до 1,3 кВ/0,001 дюйма (от 393,7 кВ/см до 511,81 кВ/см).

[0035] Ниже подробно описаны некоторые процессы для изготовления изоляторов, описанных выше, со сжимающими поверхностными особенностями. Согласно одному варианту реализации, например, изолятор, выполненный согласно варианту реализации изобретения, может быть выполнен из материалов, описанных в патенте США № 3689293, который посредством ссылки полностью включен в настоящую заявку. Например, изолятор может быть выполнен из материала, содержащего следующие ингредиенты по весу: SiO₂ в количестве 25-60%, R₂O₃ в количестве 15-35% (где R₂O₃ представляет собой B₂O₃ в количестве 3-15% и Al₂O₃ в количестве 5-25%), MgO в количестве 4-25%+Li₂O в количестве 0-7% (с общим количеством MgO + Li₂O составляющим примерно 6-25%), R₂O в количестве 2-20% (где R₂O представляет собой Na₂O в количестве 0-15%, K₂O в количестве 0-15%, Rb₂O в количестве 0-15%), Rb₂O в количестве 0-15%, Cs₂O в количестве 0-20% и F в количестве 4-20%. В частности, согласно одному варианту реализации иллюстративная рецептура содержит SiO₂ в количестве 43,9%, MgO в количестве 13,8%, Al₂O₃ в количестве 15,7%, K₂O в количестве 10,7%, B₂O₃ в количестве 8,1% и F в количестве 7,9%. Однако согласно другим вариантам реализации изоляторы, выполненные согласно вариантам реализации настоящего изобретения, могут быть выполнены с большими или меньшими процентными количествами перечисленных выше материалов, а также других различных материалов.

[0036] Согласно одному варианту реализации изобретения ингредиенты для материала изолятора измельчаются в шаровой мельнице и плавятся в подходящем закрытом плавильном тигле, который выполнен из материалов, невосприимчивых к указанным ингредиентам, формирующим изолятор, и не реагирующих с ними. Ингредиенты выдерживаются при температуре примерно 1400°C (например 2550°F) в течение периода времени, достаточного для их надежного полного смешивания в расплаве. Затем расплавленная масса охлаждается и вновь измельчается в шаровой мельнице вместе с добавками, которые могут быть выбраны из группы, включающей связующие вещества, смазки и подставки для обжига. Затем ингредиенты прессуют выдавливанием в различных заданных формах, включая, например, трубчатую, нагреваются до примерно 800°C (1470°F) и выдерживаются некоторое время при температуре выше температуры преобразования. Нагревом выше температуры преобразования стимулируется образование центров кристаллизации фтористой слюды. Затем выпрессованные выдавливанием ингредиенты могут быть дополнительно нагреты и вторично отформованы под давлением или выпрессованы выдавливанием при температуре примерно от 850°C до 1100°C (1560°F-2010°F). При этом вторичном нагреве кристаллы, которые уже сформированы, окончательно формируются, как в целом описано выше, для максимизации электрической прочности в предпочтительных направлениях результирующего продукта.

[0037] Кристаллизация таких материалов, включая, например, стеклослюденит, имеющий состав K₂Mg₅Si₈O₂₀F₄, осуществляет экзотермическую теплоотдачу, поскольку объемный коэффициент упаковки зерен увеличивается, и соответственно увеличивается плотность. Параметры преобразования, такие как образование центров кристаллизации, экзотермическая скорость теплоотдачи, характеристики кристаллизации и температура кристаллизации, зависят от содержания в изоляторе фтора и/или содержания B₂O₃. Соответственно, изготовление изолятора с управлением этих переменных обеспечивает улучшение выходного продукта, его прочность на разрыв, усталостную прочность и/или электрическую прочность, а также увеличивает химическую стойкость изолятора.

[0038] Этот процесс обеспечивает важный новый анизотропный продукт, имеющий максимальную электрическую прочность, которая может быть задана и достигнута путем направленного формования, включая прессование выдавливанием трубки-полуфабриката в трубку меньшего диаметра или тонкостенную трубку, для формирования удлиненных и/или ориентированных кристаллических зерен, типичных для репрезентативной выборки, которые сформированы и послойно расположены для более или менее плотного окружения необходимой особенности, такой как внутренний диаметр, сформированный вокруг штыря, который используется в процессе горячего формования или прессования выдавливанием.

[0039] Согласно другому варианту реализации способ по меньшей мере частичного ориентирования и/или сжатия зерен 434, показанных на фиг. 4А и 4В, согласно описанному варианту реализации может быть осуществлен добавлением B₂O₃ и/или фтора к поверхностям, которые необходимо сделать напряженными при сжатии при противодействии уравновешивающих растягивающих напряжений в подложке сформированных продуктов, прошедших тепловую обработку. Такое добавление B₂O₃, фтора или подобных активирующих реагентов может быть достигнуто наподобие добавления легирующих присадок, которые добавляются и диффундируют в желательные места в полупроводниках. Эти активирующие реагенты также могут быть нанесены в качестве обогащающих смесей в состав компонента, которые могут быть нанесены ионным распылением, осаждением паровой фазы, окрашиванием и/или промывкой. Кроме того, эти активирующие реагенты могут быть изготовлены посредством управления реакциями представления реагентов и конденсации.

[0040] Увеличенное содержание В₂О₃ и/или фтора в материале и около поверхностей, которые желательно сделать компрессионно нагруженными, вызывает ускоренное образование центров кристаллизации фтористой слюды. Такое образование центров кристаллизации вызывает увеличение количества небольших кристаллов, конкурирующих с добавленным путем диффузии материалом, по сравнению с несжимаемыми областями подложки продукта. Этот процесс соответственно обеспечивает более высокий коэффициент упаковки в несжимаемых областях подложки, чем в близких к поверхности сжимаемых областях, которые обогащены такими реагентами, как В₂О₃, фтор и/или другие активирующие реагенты, которые способствуют дополнительному образованию центров кристаллизации фтористой слюды. В результате, предварительное компрессионное нагружение необходимой поверхности повышает стойкость компонента против действия воспламенения и химических реагентов.

[0041] Согласно другому способу формирования или повышения сжимающих усилий, уравновешенных растягивающими силами в соответствующих подложках, нагревают целевую область, в которой необходимо сформировать сжатие. Целевая область может быть достаточно нагрета до превращения кристаллов в аморфную структуру. Затем подложка может быть быстро охлаждена для достаточного сохранения существенной части аморфной структуры. В зависимости от типа охваченных компонентов, такой нагрев может быть осуществлен в плавильной печи. Такой нагрев также может быть осуществлен излучением резистивного или индукционного источника нагрева, а также электронным лучом или лазером. Другой вариант этого процесса может быть осуществлен увеличением числа небольших кристаллов или зерен при обработке нагреванием и/или добавлением реагентов, образующих центры кристаллизации, и стимуляторов роста (например B₂O₃ и/или фтора) к частично покрытым раствором областям для быстрой перекристаллизации и тем самым для формирования необходимого компрессионного напряжения.

Система для изготовления

[0042] На фиг. 5A схематично показана система 500a для осуществления процесса, включающего плавление и прессование выдавливанием для формирования изолятора с компрессионными напряжениями в желательных областях согласно другому варианту реализации изобретения. В частности, в показанном варианте реализации система 500a содержит плавильный тигель 540a, который может быть выполнен из огнеупорного металлического, керамического или пиролитического графитного материала. Плавильный тигель 540a может иметь подходящее конверсионное покрытие или непроницаемую и нереактивную футеровку, такую как тонкое защитное покрытие из платины или металла платиновой группы. Плавильный тигель 540a загружается с зарядом смеси 541a, состав которой в целом описан выше (например, зарядом смеси, содержащей SiO₂ в количестве примерно 25-60%, R₂O₃ в количестве 15-35% (где R₂O₃ представляет собой B₂O₃ в количестве 3-15% и Al₂O₃ в количестве 5-25%), MgO в количестве 4-25%+Li₂O в количестве 0-7% (где общее количество MgO+Li₂O составляет примерно 6-25%), R₂O в количестве 2-20% (где R₂O представляет собой Na₂O в количестве 0-15%, K₂O в количестве 0-15%, Rb₂O в количестве 0-15%), Rb₂O в количестве 0-15% и Cs₂O в количестве 0-20% и F в количестве 4-20%), или подходящими веществами для изготовления стеклослюденита, такого материала с приблизительным составом K₂Mg₅Si₈O₂₀F₄.

[0043] В плавильном тигле может быть нагрет и расплавлен заряд 541a смеси в защитной атмосфере. Например, в плавильном тигле 540a заряд 541a смеси может быть нагрет любым подходящим способом, включая, например, резистивный, электронно-лучевой, лазерный, индуктивный нагрев и/или излучение от источников, которые нагреваются такими способами преобразования энергии. После подходящего смешивания и плавления для изготовления по существу гомогенного заряда 541a кожух или крышка 542a прикладывает давление к заряду 541a в плавильном тигле 540a. Из источника 543a газа в плавильный тигель 540a, закрытый имеющей уплотнение крышкой 542a, также может быть подан инертный и/или технологический газ. Регулятор 544a давления может регулировать давление в плавильном тигле 540a, под действием которого расплавленный заряд 541a перетекает в пресс-форму 545a. Пресс-форма 545a выполнена таким образом, что формирует трубчатый диэлектрический корпус. Пресс-форма 545a содержит розеточную втулку 546a, в которую принят штекерный штырь 547a. Пресс-форма 545a также содержит по меньшей мере одну поддерживающую звездообразную крестовину 548a. Формируемая трубка проходит сквозь пресс-форму 545a в первую область 549a, в которой она охлаждается и отвердевает как аморфный материал и в которой начинается образование центров кристаллизации фтористой слюды. Затем трубка перемещается во вторую область 550a пресс-формы 545a, в которой она подвергается дополнительной обработке путем уменьшения толщины ее стенки для дальнейшего облегчения образования кристаллов фтористой слюды.

[0044] На фиг. 5B схематично показана система 500b для осуществления процесса, также включающего плавление и прессование выдавливанием для формирования изолятора с компрессионными напряжениями в желательных областях согласно другому варианту реализации изобретения. В частности, в показанном варианте реализации система 500b содержит плавильный тигель 540b, который может быть выполнен из огнеупорного металлического, керамического или пиролитического графитного материала. Плавильный тигель 540b может иметь подходящее конверсионное покрытие или непроницаемую и нереактивную футеровку, такую как тонкое защитное покрытие из платины или металла платиновой группы. В плавильный тигель 540b загружают заряд 541b смеси, состав которой в целом описан выше (например заряд, содержащий SiO₂ в количестве примерно 25-60%, R₂O₃ в количестве 15-35% (где R₂O₃ представляет собой B₂O₃ в количестве 3-15% и Al₂O₃ в количестве 5-25%), MgO в количестве 4-25%+Li₂O в количестве 0-7% (где общее количество MgO + Li₂O составляет примерно 6-25%), R₂O в количестве 2-20% (где R₂O представляет собой Na₂O в количестве 0-15%, K₂O в количестве 0-15%, Rb₂O в количестве 0-15%), Rb₂O в количестве 0-15% и Cs₂O в количестве 0-20% и F в количестве 4-20%), или подходящие вещества для изготовления стеклослюденита, такого материала с приблизительным составом K₂Mg₅Si₈O₂₀F₄.

[0045] Система 500b также содержит кожух или крышку 542b, содержащую отражающий узел и нагреватели 544b. Система 500b может нагревать и плавить заряд 541b в защитной атмосфере, такой как вакуум или инертный газ, закачанный между плавильным тиглем 540b и крышкой 542b. Например, система 500b может нагревать заряд 541b посредством нагревателей 545b плавильного тигля, нагревателей 544b крышки, и/или посредством любого подходящего нагревающего процесса, включая, например, резистивный, электронно-лучевой, лазерный, индуктивный нагрев, и/или излучением от источников, которые нагреваются такими способами преобразования энергии. После соответствующего смешивания и плавления для изготовления по существу гомогенного заряда 541b, крышка 542b прикладывает давление к заряду 541b в плавильном тигле 540b. В плавильный тигель 540b, герметично закрытый крышкой 542b у граничной поверхности 547b уплотнения, также может быть подан инертный газ и/или технологический газ из источника 546b газа. Регулятор давления может регулировать давление в плавильном тигле 540b, под действием которого расплавленный заряд 541b перетекает в пресс-форму 549b. Пресс-форма 549b выполнена таким образом, что формирует трубчатый диэлектрический корпус. Пресс-форма 549b содержит розеточную втулку 550b, в которую принят штекерный штырь 551b. Пресс-форма 549b также может содержать по меньшей мере одно упрочняющее звездообразное ребро 552b. Формируемая трубка 501b проходит сквозь пресс-форму 549b в первую область 553b, в которой она охлаждается для затвердевания как аморфный материал и начала образования центров кристаллизации фтористой слюды.

[0046] Затем по меньшей мере часть пресс-формы 549b, включая формируемую трубку 501b с образованными центрами кристаллизации фтористого стеклослюденита, вращается или иным способом перемещается в положение 502b, выровненное со второй пресс-формой. Цилиндр 555b перемещает формируемую трубку 501b из первой области 556b во вторую область 557b. Во второй области 557b вторая пресс-форма может повторно нагревать формируемую трубку 501b для ускорения роста кристаллов, а также для дополнительной очистки, во время продолжения изготовления предпочтительно ориентированных зерен, как описано выше. Затем формируемая трубка 501b перемещается в третью область 558b для дополнительной обработки и ориентации зерен. Выбранные контактные поверхности третьей области 558b время от времени присыпают или смазывают добавкой, ускоряющей образование центров кристаллизации зерен, включая, например, AlF₃, MgF₂ и/или B₂O₃. В третьей области 558b формируемая трубка 501b дополнительно очищается путем снижения толщины ее стенки для дополнительного облегчения образования кристаллов фтористой слюды и таким образом формирования необходимых сил сжатия в областях согласно структурам зерен, описанным выше, наряду с уравновешивающими растягивающими силами в областях, описанных выше. В конце процесса сформированная трубка 501b, имеющая исключительно высокую механическую и электрическую прочность благодаря компрессионному напряжению и непроницаемым поверхностям, может быть уложена на конвейер 559b для транспортировки.

[0047] В дополнительных системах и способах изготовления изолирующей трубки с указанными усовершенствованными диэлектрическими свойствами могут использоваться градиент давления, как описано в патенте США № 5863326, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, для образования заданной формы, процессы порошкового уплотнения и спекания. Кроме того, указанные системы и способы могут включать процесс преобразования монокристаллов, описанный в патент США № 5549746, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, а также процесс формования, описанный в патенте США № 3608050, который посредством ссылки полностью включен в настоящую патентную заявку, для преобразования поликристаллического материала по существу в монокристаллический материал, имеющий более высокую электрическую прочность. Согласно вариантам реализации изобретения преобразование поликристаллических материалов (например оксида алюминия), имеющих электрическую прочность только примерно от 0,3 кВ/0,001 дюйма до 0,4 кВ/0,001 дюйма (от 118,11 кВ/см до 157,48 кВ/см), в монокристаллические материалы может обеспечивать достижение электрической прочности по меньшей мере примерно от 1,2 кВ/0,001 дюйма до 1,4 кВ/0,001 дюйма (от 472,44 кВ/см до 551,18 кВ/см). Эта усовершенствованная электрическая прочность обеспечивает возможность использования форсунок согласно настоящему изобретению в различных случаях применения, включая, например, использование в дизельных двигателях с высокими степенями сжатия и очень малыми отверстиями в камере сгорания, а также с форсированными и оборудованными турбонаддувом двигателями.

[0048] Согласно еще одному варианту реализации изобретения для формирования изоляторов с высокой электрической прочностью может быть использован любой из составов, представленных в Таблице 2. В частности, в Таблице 2 показаны примеры формул приблизительных составов на окисной основе с количествами, указанными в процентах от веса, согласно некоторым вариантам реализации изобретения.

Таблица 2 Примеры диэлектрических составов
СОСТАВ D	СОСТАВ R
44% SiO2	41% SiO2
16% Al2O3	21% MgO
15% MgO	16% Al2O3
9% K2O	9% B2O3
8% B2O3	9% F
8% F	4% K2O

[0049] Выбранные предшествующие вещества, которые включены согласно процентному составу в конечную оксидную композицию, такие как материалы, показанные в Таблице 2, могут быть размолоты в шаровой мельнице и расплавлены в закрытом плавильном тигле при температуре примерно от 1300°C до 1400°C с выдержкой в течение примерно 4 часов для обеспечения гомогенности раствора. Затем расплав может быть отлит для формования трубок, которые затем отжигаются при температуре примерно от 500°C до 600°C. Затем трубки могут быть подвергнуты дополнительной термической обработке при температуре примерно 750°C в течение примерно 4 часов, и затем их посыпают стимулятором образования центров кристаллизации, таким как B₂O₃. Затем трубки могут быть преобразованы при температуре примерно от 1100°C до 1250°C для стимуляции образования центров кристаллизации и формирования необходимой кристаллической ориентации. Эти трубки также могут быть дополнительно термически обработаны в течение примерно 4 часов для придания им электрической прочности по меньшей мере примерно от 2,0 кВ/0,001 дюйма до 2,7 кВ/0,001 дюйма (от 787,4 кВ/см до 1062,99 кВ/см).

[0050] Согласно другим дополнительным вариантам реализации гомогенный раствор может быть размолот в шаровой мельнице и дополнен подходящим связующим веществом и смазочными добавками для прессования выдавливанием при температуре окружающей среды для изготовления трубок с хорошими поверхностями. Затем результирующая трубка может быть покрыта пленкой, которая содержит стимулятор образования центров кристаллизации, такой как B₂O₃, и термически обработана для обеспечения электрической прочности по меньшей мере примерно от 1,9 кВ/0,001 дюйма до 2,5 кВ/0,001 дюйма (от 748,03 кВ/см до 984,25 кВ/см) и повышения физической прочности. В зависимости от способности сохранять подходящие размеры трубки, включая, например, "правильность круглой формы" выпрессованной выдавливанием трубки или профиля трубки, для обеспечения подобных высоких характеристик диэлектрической и физической прочности может быть осуществлена термообработка при более высоких температурах в течение более коротких периодов времени.

[0051] Описанные выше варианты реализации систем и способов для изготовления диэлектрических материалов облегчают достижение высокой электрической прочности материалов в различных сочетаниях и таким образом решают достаточно сложные задачи, связанные с выдерживанием высоковольтного напряжения, необходимого для сгорания топлива с низкой удельной энергоемкостью. Например, форсунки, выполненные на основе материалов с высокой электрической прочностью, могут быть чрезвычайно прочными и способными к работе с различными видами топлива от низкотемпературных смесей твердых частиц, жидкостей и паров до перегретого дизельного топлива, а также другими видами топлива.

[0052] Согласно другому аспекту настоящего изобретения варианты выполнения новых высокопрочных диэлектрических материалов, описанные здесь, также делают возможным осуществление новых процессов с различными углеводородами, которые могут храниться в течение длительного периода для обеспечения тепла и энергии в различных сочетаниях и случаях применения мотор-генераторов с теплообменниками для использования при срочных аварийно-спасательных работах, включая холодильное хранение и изготовление льда наряду с чистой и/или безопасной водой и оборудованием для стерилизации в медицинских целях. Топливные вещества с низким давлением паровой фазы и/или вязкие топливные вещества могут быть нагреты для достаточного повышения давления паровой фазы и уменьшения вязкости для быстрого протекания и изготовления порций впрыснутого топлива с высоким коэффициентом удельной поверхности, при которых быстро протекают процессы сгорания стратифицированных или послойно сформированных топливных зарядов. Например, большие блоки парафина, прессованной целлюлозы, стабилизированных животных или растительных жиров, гудрона, различные полимеры, включая полиэтилены, отходы дистилляции, низкосортное дизельное топливо и другие длинные углеводородные алканы, ароматические углеводороды и циклоалканы могут сохраняться на случай стихийного бедствия. Эти показательные варианты топлива, которые обеспечивают преимущества длительного хранения, не могут быть использованы в системах с обычной карбюрацией или инжекционных системах. Однако настоящие варианты реализации обеспечивают использование таких видов топлива, которые могут быть нагреты с использованием горячего охладителя или выхлопных потоков из тепловой машины в теплообменниках для обеспечения соответствующих температур, например, примерно от 150°С до 425°C (от 300°F до 800°F) для осуществления непосредственного впрыска форсунками, описанными в настоящей заявке для очень быстрого сгорания с использованием инжекционного и плазменного распространяющегося воспламенения.

[0053] На фиг. 6 показано топливное форсуночное устройство согласно другим вариантам реализации. Эти варианты реализации обеспечивают: 1) увеличение в 3000 раз и более расхода топлива по сравнению с известной форсункой для обычного дизельного топлива, для обеспечения возможности использования дешевых видов топлива, такого как газ из органических отходов, метан, полученный в результате анаэробной ферментации, и различные смеси водорода и другого распыленного топлива, наряду с существенным количеством нетопливных веществ, таких как водяной пар, диоксид углерода и азот; 2) плазменное зажигание такого топлива при его распространении в камере сгорания; и 3) замена форсунок для дизельного топлива во время регулировки.

[0054] В топливной форсунке 600 используется керамический изолирующий корпус 602, который обеспечивает электрическую прочность более 80000 В постоянного напряжения с частотой несколько мегагерц в секциях, размер которых составляет меньше 1,8 мм (0,071 дюйма), между электрически проводящими электродами 603 и внешней поверхностью изолятора 602, как показано на фиг. 600 и 602.

[0055] В случаях, если для возбуждения ионные электрических токов или ионных колебаний между электродами 626 используется высокочастотное напряжение и отверстием 620, проводящий слой 603 из меди или серебра может быть увеличен дополнительной металлизацией, обеспечивающей улучшенную высокочастотную проводимость. Согласно другим вариантам реализации поверх оптических волокон, расположенных в сердечнике, для снижения резистивных потерь может быть размещен многожильный высокочастотный обмоточный провод.

[0056] Изолятор 602 выполнен из стекла, имеющего примерно следующий процентный состав по весу согласно Формуле 1.

Формула 1:

SiO2	24-48
MgO	12-28
Al2O3	9-20
Cr2O3	0,5-6,5
F	1-9
BaO	0-14
CuO	0-5
SrO	0-11
Ag2O	0-3,5
NiO	0-1,5
B2O3	0-9

[0057] Для изготовления изолятора 602 состав измельчают в шаровой мельнице и расплавляют в подходящем плавильном тигле, покрытом платиной, кремнием, оксидом магния или оксидом алюминия, и затем формуют под давлением, штампуют, прессуют или отливают в заготовки, подходящие для повторного нагревания и литья в виде частей с заданными формой и размерами.

[0058] Согласно одному аспекту настоящего варианта реализации подходящий процентный состав по весу, такой как представленный в Формуле 2, расплавляют при температуре между примерно 1350°C и 1550°C в покрытом платиной, оксидом алюминия, оксидом магния или кремнием плавильном тигле.

Формула 2:

SiO2	31
MgO	22
Al2O3	17
Cr2O3	2,2
F	4,5
BaO	13
CuO	0,4
SrO	9,5
Ag2O	0,3
NiO	0,1

[0059] Трубчатые профили могут быть экструдированы из расплавленного или немного охлажденного материала, подвергнутого горячему формованию при температурах между примерно 1050°C и 1200°C. Затем литьевые массы, обеспечивающие объем, необходимый для горячего прессования выдавливанием в форме трубки или в другой форме, или для штампования частей в форме и с размерами, близкими к заданным, медленно охлаждают. Такие массы могут быть нагреты для горячего формования до соответствующей температуры, такой как между примерно 1050°C и 1250°C, и отформованы выдавливанием в желательной форме с необходимыми размерами с использованием соответствующих штампов, включая огнеупорный материал, такого как платина, молибден или графит. Экструдированный профиль покрывают по меньшей мере одним подходящим кристаллизатором, образующим центры кристаллизации, таким как нитрид бора, B₂O₃, AlF₃, бор, AlB₂, AlB₁₂ или алюмонитрид, для изготовления большего количества малых кристаллов в результирующих поверхностных областях в отличие от центральных областей, чтобы таким образом уменьшить объемный коэффициент упаковки и обеспечить компрессионные напряжения в поверхностных областях и растягивающее напряжение в центральных областях.

[0060] Дополнительное усовершенствование компрессионных напряжений в случае необходимости может быть достигнуто удлинением кристаллов в наружных слоях за счет деформации и вытягивания, вызванного пресс-матрицей, когда подвергнутому экструзии изделию придают форму с меньшим сечением, что вызывает такое удлинение.

[0061] Более сложные конфигурации и формы могут быть достигнуты литьем под давлением или формованием в пресс-форме из жаропрочного сплава или графита, покрытой подходящим кристаллизатором, образующим центры кристаллизации, таким как В₂О₃ или нитрид бора, для формирования подобных компрессионных напряжений в подповерхностных областях.

[0062] В применениях уровня техники сочетания химических формул и способов термообработки были направлены на создание изолирующих материалов, поддающихся механической обработке. Настоящий вариант реализации, напротив, обеспечивает изготовление изделий, которые не поддаются механической обработке, поскольку их поверхностные области отличаются высокой твердостью благодаря компрессионным напряжениям, которые уравновешиваются растягивающими напряжениями в центральных областях между областями с сжимающими напряжениями или примыкают к ним.

[0063] Этом вариант реализации преодолевает проблемы, присущие уровню техники, путем изготовления материала, предназначенного для выборочного ухудшения его свойств в областях, в которых режущие инструменты прикладывают механическое напряжение, для обеспечения улучшенного трешинообразования и повышения технологичности. Такое характерное трещинообразование улучшает технологичность материала и, в силу своей природы, допускает возможность нежелательного проникновения через такие трещины нежелательных веществ, таких как органические соединения, включая машинную смазку, поверхностно-активные вещества, присутствующий на руках жир и пот. Органические материалы в конечном счете имеют тенденцию к дегидрации или иными способами становятся донорами углерода, который впоследствии образует в изолирующем материале электрически проводящие каналы, такие как различные электролиты, которые проникают в такие трещины, и может поставить под угрозу электрическую прочность керамического изделия, прошедшего машинную обработку, и таким образом в конечном счете приводит к неспособности изолятора выдерживать высокое напряжение. Настоящий вариант реализации преодолевает эти недостатки.

[0064] Согласно другому варианту реализации изобретения другой изолятор 602, показанный на фиг. 6 (показан в форме трубки), примерно имеет процентный состав по весу, как указано в Формуле 3:

Формула 3

SiO2	30
MgO	22
Al2O3	18
Cr2O3	3,2
F	4,3
BaO	12
SrO	3,6
CuO	4,9
Аg2O	1,3
NiO	0,1

[0065] Изолятор 602 имеет сечение, показанное на фиг.6А, 6В, включая отверстие 603 и канавки или каналы 604. В области рядом с камерой сгорания каналы 604 закрыты сужением до диаметра, который эластомерная трубка нормально закрывает и уплотняет, как показано на фиг.6А. После формования выдавливанием изолирующая трубка 602 охлаждается до примерно 650°С водородом, проходящим через отверстие 603, в результате чего уменьшается расход оксида меди и/или оксида серебра для изготовления металлизированной медью и/или сплавом серебра и меди поверхности. После достижения соответствующей толщины проводящего металла 603 внешняя поверхность трубки 602 нагревается теплом из подходящего источника, такого как излучение нагретой индукционно трубки или окислительным пламенем, таким как избыточное пламя кислородно-водородной горелки, и затем к поверхности применяются подходящие кристаллизатор и/или реагент для окончательной отделки для формирования компрессионных напряжений, которые уравновешиваются растягивающими усилиями в области внутренней части изолирующей трубки 602.

[0066] Изолятор 602 может быть выполнен в форме трубки прессованием под давлением или горячей штамповкой и содержит канавки или каналы 604 для вытекания топлива из соответствующего дозирующего клапана, такого как тарельчатый клапан 606, который в нормально закрытом положении закрывает отверстия 608. Отверстия 608 соединены посредством каналов 610 с кольцевой канавкой, которая доставляет топливо в каналы 604, как показано на чертеже. Отверстия 608 могут иметь соответствующие уплотняющие элементы, такие как кольцевые уплотнения 612, как показано на чертеже, для надежного, без протечек, прекращения протекания топлива в моменты времени, когда тарельчатый клапан 606 находится в нормально закрытом положении и закрывает эти отверстия.

[0067] Подходящая втулка 618 может быть выполнена из прочного полимера, такого как полиамидоимид (Torlon) или термореактивный композит, армированный каптоном, стекловолокном или графитом, или согласно другому варианту реализации может быть выполнена из алюминия, титана или легированной стали. Втулка 618 содержит соответствующее установочное средство 616, которое обеспечивает быструю фиксацию при замене предыдущей используемой дизельной топливной форсунки в основном двигателе. Уплотнение 622 может быть эластомером, таким как фтор-каучук (FKM), вайтон (Viton) или фторсиликоновый эластомер, для герметизации втулки 618, противостоящей газам, образующимся в камере сгорания, и предотвращения протечки моторного масла в камеру сгорания.

[0068] При использовании топливо подают через подходящий штуцер 652 для охлаждения соленоидной обмотки 658. Непосредственно перед впрыском топлива через соленоидную обмотку 658 пропускают электрический ток для перемещения тарелки клапана 606 в направлении от постоянного кольцевого дискового магнита 642. Согласно другому варианту реализации или в дополнение к настоящему соответствующая тарельчатая пружина 646 сжимается при открывании клапана 606 для обеспечения возможности протекания топлива через область 662 и отверстия 608 в каналы 604 в область, расположенную за уплотнением 622, для открывания эластомерной втулки 630 и обеспечения возможности впрыскивания топлива в область между электродом 626 и отверстием впускного канала камеры сгорания через секцию 620, как показано на фиг.6. Эластомерная втулка 630 в нормально закрытом положении закрывает цилиндрическую часть изолятора 602, который проходит за пределы конца каналов 604, как показано на чертеже.

[0069] В случаях применения, в которых для активации клапана 606 вместо пьезоэлектрического, пневматического, гидравлического или механического приводов выбирают соленоидный узел, чрезвычайно быстродействующая работа ферромагнитного клапана 606 обеспечивается приложением постоянного напряжения 24-240В к изолированной обмотке 658. Это способствует развитию исключительно сильного электрического тока и большой силы, действующей на клапан, для сокращения времени его срабатывания примерно до величины от 3% до 21% рабочего цикла в зависимости от режима работы, для охлаждения компонентов соленоида за счет передачи тепла топливу, которое вытекает из штуцера 652, и охлаждения обмотки 658 при его протекании через окна или каналы 607 клапана 606 к отверстиям 608, как показано на чертеже.

[0070] Топливо посредством каналов 604 доставляется в эластомерный трубчатый клапан 630, который в нормально закрытом положении закрывает изолятор 602. Повышенное давление топлива в каналах 604 при открывании клапана 606 вызывает открывание трубчатого клапана 630, и топливо через образовавшееся кольцевое отверстие впрыскивается в камеру сгорания.

[0071] Соответствующая изоляция медного провода для обмотки электромагнита для таких случаев применения содержит полиимидный лак и алюминиевую металлизацию, нанесенные на выбранный медных провод, причем алюминиевая металлизация окисляется или частично окисляется и образует оксид алюминия. Такая алюминиевая металлизация и окисление также могут быть использованы в сочетании с полиимидной или полиамидоимидной, или париленовой изоляционными пленками. Узел, образованный ферромагнитными компонентами 666, 650 и 662, направляет магнитный поток, возбужденный обмоткой 664, через ферромагнитный клапан 606 для обеспечения очень быстрого срабатывания клапана 606.

[0072] Изолятор 656 может быть изготовлен в соответствии с любой из формул, приведенных выше, и выдерживает высокое напряжение, приложенное соответствующим изолированным кабелем, который вставлен в приемник 660 и электрически соединен с контактным проводом 603, и таким образом соединен с подходящим источником, таким как пьезоэлектрический или индукционный преобразователь. Изолятор 656 может быть герметично соединен с ферромагнитной втулкой 650 штамповкой, пайкой твердым припоем, пайкой мягким припоем или посредством подходящего герметизирующего состава, такого как эпоксидная смола, как показано на чертеже, и с изолятором 602, содержащим ферромагнитные диски 666 и 662, как показано на чертеже.

[0073] В случаях соединения изолятора 656 с втулкой 650 пайкой твердым припоем или пайкой мягким припоем в контактной области 654 соответствующая контактная область изолятора 656 может быть металлизирована маскированием или другим способом для локального снижения содержания водорода в оксиде меди и/или оксиде серебра, как указано в Формуле 3. Согласно другому варианту реализации соответствующая металлическая область может быть плакирована в соответствии с другими способами, включая металлизирование напылением или осаждение из паровой фазы.

[0074] Таким образом, измерительные средства, такие как оптические волокна 624, могут быть защищены изолятором 602, проходящим в электродных частях 626 и 628 к граничной поверхности камеры 670 сгорания, как показано на фиг.6А.

[0075] На фиг.6 также показана дополнительная ориентацию топливного входного штуцера 652 и схема извлечения данных о температуре и давлении и для доставки таких данных в микропроцессор посредством оптоволокна 624, которое проходит через сердечник высоковольтного проводника 603, как показано на чертеже. Высокое напряжение, обеспеченное подходящим источником, таким как трансформатор, конденсатор или пьезоэлектрический генератор, приложено посредством изолированного кабеля и диэлектрического кожуха к контакту 625 и передается через проводящую трубку или поверхность к электроду 626 для формирования плазмы в кольцевой области между электродом 626, продолжающимся к электродной части 628, которая является подходящей для распространения топлива в камеру сгорания в соответствии с заданным шаблоном и которая окружает и защищает оптоволокно 624, как показано на чертеже.

Дополнительные варианты реализации

[0076] Согласно другим вариантам реализации вышеописанные принципы могут быть применены к другим материалам, имеющим способность изменения фазового состояния, включая некерамические материалы или другие химические составы. Например, в любом материале, в котором может быть выборочно осуществлено фазовое изменение в выбранных областях этого материала, вышеописанные принципы могут быть использованы для вызова фазового изменения и таким образом модифицирования свойств материала в выбранных областях или во всем материале. Как таковые, вышеуказанные принципы могут быть использованы для изготовления материалов с заданными свойствами, включая помимо прочего изоляторы. Например, в материале, способном к изменению фазового состояния, в результате чего может измениться плотность материала при условии обеспечения возможности расширения материала в объеме, одинаковые сжимающие и растягивающие напряжения, описанные выше, могут быть введены в материал путем выборочного вызова изменений фазового состояния без заметных изменений его объема. Таким образом, материал может быть усилен, например, для предотвращения распространения в нем трещин, благодаря сжимающим и растягивающим напряжениям в материале.

[0077] Подобным образом, в других материалах изменение фазового состояния может использоваться для изменения других свойств. Например, в системе, в которой изменение фазового состояния изменяет коэффициент преломления, изменение фазового состояния может быть выборочно введено в заданных областях для изменения в них коэффициент преломления. Таким образом, коэффициент преломления может быть изменен в поперечном сечении однокомпонентного материала на основе вызванных изменений фазового состояния. Согласно другому примеру, если изменение фазового состояния изменяет химическую или коррозийную стойкость материала, коррозийная или химическая стойкость выбранных областей материала может быть изменена путем выборочного изменения фазового состояния в указанных заданных областях.

[0078] Согласно другому аспекту для усовершенствования вышеуказанных или других свойств материала могут использоваться обработка пламенем или тепловая обработка. При обработке пламенем или тепловой обработке могут использоваться водородная горелка, индуктивное или резистивное нагревание или любой другой способ, известный в уровне техники, включая способы, обеспечивающие возможность выбора для обработки заданных участков в материале или в его поверхности, например, выбора конкретной длины волны приложенного излучения.

[0079] Обработка пламенем или тепловая обработка могут использоваться для обработки поверхности материала, включая сглаживание поверхности для предотвращения роста механических напряжений, которые могут ослабить материал, или для реализации других преимуществ. Например, после нагрева поверхностные растягивающие силы, вызванные ковалентными и/или ионными связями в материале, могут способствовать сглаживанию поверхности и таким образом сокращению или устранению механических напряжений или других дефектов на поверхности материала.

[0080] Обработка пламенем или тепловая обработка также могут использоваться для вызова изменения фазового состояния в материале по причинам, сформулированным выше. Например, если материал содержит оксид бора, восстановительное пламя может использоваться для создания обогащенных бором областей. Затем, окислительное пламя может использоваться для окисления бора, что приводит к более эффективному действию образующего центры кристаллизации реагента и/или облегчению выбора заданной области материала для образования центров кристаллизации/изменения фазового состояния. Этот процесс может быть применен к любому компоненту материала, восприимчивому к обработке пламенем или тепловой обработке, включая любой металлический сплав. Подобным образом, обработка пламенем или тепловая обработка могут могли использоваться для непосредственного изменения материала или некоторой области в материале в зависимости от заданного состава материала или его области. Обработка пламенем или термообработка могут способствовать росту количества кристаллических зерен, как описано выше, и/или улучшению выбора целевых областей для обработки и таким образом дополнительному увеличению срока службы, электрической прочности и/или других свойств материала. Согласно другому аспекту обработка пламенем или тепловая обработка могут использоваться для предотвращения образования центров кристаллизации или других изменений в обработанной пламенем или теплом области материала в результате испарения и/или деактивации центров кристаллизации в выбранной области.

[0081] Согласно другим вариантам реализации путем выборочного вызова изменения фазового состояния могут быть изменены другие свойства. Эти свойства включают поверхностное растягивающее напряжение, трение, коэффициент преломления, скорость звука, модуль упругости и теплопроводность.

[0082] Очевидно, что различные изменения и модификации могут быть сделаны без отступления от объема настоящего изобретения. Например, электрическая прочность или другие свойства могут быть изменены или модифицированы для использования дополнительных материалов и обрабатывающих средств, или настоящее изобретение может содержать дополнительные конструкции, в отличие от показанных и описанных выше, которые тем не менее остаются в пределах идеи настоящего изобретения.

[0083] Если из контекста ясно не следует иное, всюду в описании и пунктах формулы слова "содержать", "содержащий", и т.п. должны рассматриваться во включительном смысле, в противоположность исключительному или ограничительному смыслу; т.е. в смысле "включая, помимо прочего". Слова в форме единственного или множественного числа также содержат множественное или единственное количество соответственно. Если в пунктах формулы используется слово "или" в отношении списка из двух или более пунктов, это слово охватывает все его последующие интерпретации: любой из пунктов в списке, все пункты в списке и любое сочетание пунктов в списке.

[0084] Различные варианты реализации, описанный выше, могут сочетаться для создания дополнительных вариантов реализации. Все патенты США, публикации патентных заявок США, патентные заявки США, иностранные патенты, иностранные патентные заявки и непатентные публикации, упомянутые в настоящей спецификации и/или перечисленные в Приложении, посредством ссылки полностью включены в настоящую патентную заявку. Аспекты настоящего изобретения в случае необходимости могут быть изменены использованием различных конфигураций и концепций из различных патентов, заявок и публикаций для создания дополнительных вариантов реализации изобретения.

[0085] В свете приведенного выше подробного описания в настоящем изобретении могут быть сделаны эти и другие изменения. В целом, использованные в пунктах приложенной формулы термины не должны рассматриваться в качестве ограничения настоящего изобретения конкретными вариантами реализации, описанными в спецификации и пунктах приложенной формулы, но должны рассматриваться как включающие все системы и способы, которые действуют в соответствии с пунктами формулы. Соответственно, настоящее изобретение не ограничивается настоящим раскрытием, но вместо этого его объем должен быть определен расширительным толкованием пунктов приложенной формулы.

Claims (15)

1. Изолятор, содержащий:
керамический состав,
причем керамический состав содержит кристаллические зерна, при этом кристаллические зерна, по существу, ориентированы проходящими в первом направлении для обеспечения усовершенствованных изолирующих свойств в направлении, перпендикулярном первому направлению, причем керамический состав содержит по весу:
примерно
SiO₂ в количестве 25-60%;
R₂О₃ в количестве 15-35%, причем R₂O₃ представляет собой В₂О₃ в количестве 3-15% и Аl₂О₃ в количестве 5-25%;
MgO в количестве 4-25% + Li₂O в количестве 0-7%, причем общее количество MgO+Li₂O составляет примерно 6-25%;
R₂O в количестве 2-20%, причем R₂O представляет собой Na₂O в количестве 0-15%, K₂О в количестве 0-15%, Rb₂O в количестве 0-15%;
Rb₂O в количестве 0-15%;
Cs₂O в количестве 0-20% и
F в количестве 4-20%,
при этом первое направление является круговым, а направление, перпендикулярное первому направлению, является радиальным.

2. Изолятор по п.1, дополнительно содержащий первую область и вторую область, причем в первой области действует сжимающее напряжение, а во второй области действует растягивающее напряжение.

3. Изолятор по п.2, в котором первая область примыкает к внешней поверхности изолятора.

4. Изолятор по п.3, в котором первая область содержит больше кристаллических зерен на единицу объема, чем вторая область.

5. Изолятор по п.3, в котором кристаллические зерна первой области имеют коэффициент упаковки меньше, чем кристаллические зерна второй области.

6. Изолятор по п.3, в котором первая область содержит диффундированные ионы, поверхности, обработанные ионным распылением, или легирующую примесь.

7. Изолятор по п.2, который имеет электрическую прочность, превышающую примерно 1,2 кВ/0,001 дюйма (472,44 кВ/см) при температуре примерно от -30°C до 450°C.

8. Изолятор по п.2, который имеет электрическую прочность, превышающую примерно 1,9 кВ/0,001 дюйма (748,03 кВ/см) при температуре примерно от -30°C до 450°C.

9. Изолятор по п.2, в котором изолятор имеет электрическую прочность, превышающую примерно 2,5 кВ/0,001 дюйма (984,25 кВ/см) при температуре примерно от -30°C до 450°C.

10. Изолятор по п.2, в котором изолятор имеет электрическую прочность, превышающую примерно 3 кВ/0,001 дюйма (1181,1 кВ/см) при температуре примерно от -30°C до 450°C.

11. Изолятор, содержащий:
керамический состав, причем керамический состав содержит по весу:
примерно SiO₂ в количестве 25-60%; R₂O₃ в количестве 15-35%, причем R₂O₃ представляет собой В₂О₃ в количестве 3-15% и Аl₂О₃ в количестве 5-25%; MgO в количестве 4-25%+Li₂O в количестве 0-7%, причем общее количество MgO+Li₂O составляет примерно 6-25%; R₂O в количестве 2-20%, причем R₂O представляет собой Na₂O в количестве 0-15%, K₂О в количестве 0-15%, Rb₂O в количестве 0-15%; Rb₂O в количестве 0-15%; Сs₂О в количестве 0-20%; и F в количестве 4-20%;
кристаллические зерна, причем кристаллические зерна, по существу, ориентированы проходящими в первом направлении для обеспечения усовершенствованных изолирующих свойств в направлении, перпендикулярном первому направлению, при этом первое направление является круговым, а направление, перпендикулярное первому направлению, является радиальным; и
первую область и вторую область, причем в первой области действует сжимающее напряжение, а во второй области действует растягивающее напряжение.

12. Запальная свеча - топливная форсунка, содержащая изолятор по п.2.

13. Изолятор, содержащий:
слоистый диэлектрический материал, имеющий:
кристаллические зерна, по существу, ориентированные проходящими в первом направлении для обеспечения усовершенствованных изолирующих свойств в направлении, перпендикулярном первому направлению, при этом первое направление является круговым, а направление, перпендикулярное первому направлению, является радиальным;
одну или более аморфных структур; и
первую область и вторую область, причем первая область имеет более низкий коэффициент упаковки кристаллических зерен, чем коэффициент упаковки кристаллических зерен во второй области; и оптический путь через слоистый диэлектрический материал.

14. Изолятор по п.13, в котором первая область примыкает к внешней поверхности слоистого диэлектрического материала.

15. Изолятор по п.13, в котором оптический путь включает в себя одно или более оптических волокон, продолжающихся в продольном направлении через один или более слоев слоистого диэлектрического материала.

Images