[发明专利]陶瓷点火器

说明书

本申请要求了2005年2月5日提交的申请号为60/650396的美国临时申请的利益，该临时申请的内容以插入的方式作为本发明说明书的一部分。

技术领域

本发明一方面提供了一种制造陶瓷电阻性点火器元件的新方法，所述方法包括基本无压烧结形成的点火器元件坯料。本发明也提供了由本发明所述制造方法得到的点火器元件。

背景技术

陶瓷材料作为例如燃气炉、加热器和衣物干燥器的点火器已取得了很大的成功。制造陶瓷点火器包括用陶瓷部件构造电路，所述陶瓷部件的一部分是高电阻的，经引线通电后其温度会上升，例如可参见美国专利6,582,629、6,278,087、6,028,292、5,801,361、5,786,565、5,405,237和5,191,508。

典型的点火器一般是矩形元件，点火器顶端带有高电阻的“加热区”以及从点火器相反一端与所述加热区相连的一个或多个导电“冷区”。一种目前可从Norton Igniter Products of Milford，N.H获得的Moni-Igniter^TM点火器被设计成用于12-120V电压，并且其组成包括氮化铝(AlN)、二硅化钼(MoSi₂)和碳化硅(SiC)。

点火器制造方法包括间歇型工艺，其中在模具中装入具有至少两种不同电阻系数的陶瓷组合物。所形成的元件坯料接着在高温和高压下致密化(烧结)。具体参见上述专利以及美国专利6,184,497。

虽然这些制造方法可有效制造陶瓷点火器，但是这些制造方法在产量和成本效率方面存在本身的缺陷。

因此，需要提供新的点火系统。特别需要提供制造陶瓷电阻性元件的新方法。也需要提供更有效的制造方法。

发明内容

本发明提供了制造陶瓷点火器元件的新方法，所述方法包括在基本上不提高压力的条件下烧结陶瓷点火器元件。该无压烧结制造方法相比现有方法可提高产量和成本效率。

本发明的较好方法包括形成包含烧结助剂的陶瓷点火器元件，然后在升温条件(例如超过1400℃，通常超过1600℃，例如至少1700℃或1800℃)下硬化所形成的元件。较好地，所述烧结在惰性气氛(例如在惰性气体如氩气或氮气气氛)下进行。所述硬化在基本上不提高压力的条件(例如压力不超过1、2或3个大气压，压力通常不超过1或2个大气压)下进行。

较好地，所述硬化处理使陶瓷元件的致密度至少为95％，更好至少为96、97、98或99％。包括所述升温的硬化步骤进行的时间长得足以得到该致密度，所述时间可以是几小时或更长。

如上所述，在存在一种或多种烧结助剂材料的条件下进行烧结，所述烧结助剂材料通常与用于形成陶瓷元件的陶瓷组合物(例如一种或多种陶瓷粉末)混合。

已发现在烧结过程中使用一种或多种烧结助剂有助于即使在基本上不提高压力的条件下也可使陶瓷组合物致密。

各种合适的烧结助剂材料可用于形成本发明所述的陶瓷元件。较好的烧结助剂材料包括稀土氧化物，例如氧化钇、钆材料(例如氧化钆即Gd₂O₃)、铕材料(例如氧化铕即Eu₂O₃)、镱材料(例如氧化镱即Yb₂O₃)、或镧材料(例如镧或La₂O₃)。

可使用特定的陶瓷组合物和形成陶瓷元件坯料的方法以便在基本上不提高压力的条件下制造致密陶瓷元件。

更具体地说，用于形成陶瓷元件的较好陶瓷组合物可至少基本上不含或完全不含碳化硅或其它碳化物材料。在本文中，以所述陶瓷组合物的总重量计，如果所述陶瓷组合物包含小于5重量％、更好小于约4、3、2、1或0.5重量％的碳化硅或其它碳化物材料的话，则该陶瓷组合物至少基本上不含碳化硅或其它碳化物材料。

通过本发明低压致密方法形成陶瓷元件的较好陶瓷组合物优选包括氧化铝(Al₂O₃)和/或氮化铝(AlN)。

为了烧结包含氧化铝的陶瓷元件，所述元件的烧结较好在至少基本上不含氮气(例如以总气氛计小于5体积％氮气)、更好在至少本质上不含氮气(例如以总气氛计小于2体积％氮气)、或最好完全不含氮气的气氛中进行。例如，烧结可在氩气气氛中进行。

为了烧结包含AlN的陶瓷元件，所述元件的烧结较好在包含至少一些氮气的气氛中进行，例如所述气氛包含至少约5体积％(即以总气氛计至少5体积％氮气)，或更高含量例如至少约10体积％氮气(即以总气氛计至少10体积％氮气)。