[发明专利]陶瓷加热元件

说明书

本申请案请求于2006年5月4日申请的美国临时专利申请案第60/798,266号之优先权，其全部内容并入此处作为参考。

技术领域

在一方面，本发明提供一种制作陶瓷加热元件的新方法，其包括实质上无压烧结成型坏体点火元件。本发明还提供一种点火元件，其包括由本发明制造方法制得的该等元件。

背景技术

陶瓷材料用于点火器(如天然气点火熔炉、火炉和干衣机等)的效果非常好。陶瓷点火器制造过程包括由陶瓷成分构成电路，该陶瓷成分的一部分具有高电阻，并且其温度在导线对其通电时会升高。如美国专利第6,582,629；6,278,087；6,028,292；5,801,361；5,786,565；5,405,237；和5,191,508号所示。

典型的点火器通常是矩形元件，其顶端是高电阻“热区”，底端是一个或多个与热区相对应的导电“冷区”。目前可用的一种点火器是Mini-Igniter^TM，其可购自Milord，N.H.的Norton Igniter Products，其被设计成用在12伏(volt)至120伏的应用，其组成包括氮化铝(“AlN”)、二硅化钼(“MoSi₂”)及碳化硅(“SiC”)。

点火器制造方法包括间歇式处理，其中，模具上载有具至少两种不同电阻率的陶瓷组成物。然后，将成型坏体元件在高温和高压下压实(烧结)。如上述专利及美国专利第6,184,497号所示。

虽然该制造方法可有效地制造陶瓷点火器，但其对产量和成本效率有固有的限制。

因此，希望有新的加热元件系统。尤其希望有制造陶瓷加热元件的新方法。亦希望有更有效的制造方法。

发明内容

在一方面，本发明提供一种新的陶瓷物件，其由一种或多种平均粒径为约2.5微米(micron)或更小的陶瓷粉末所形成。

我们发现由这些小粒径陶瓷材料制成的陶瓷物件可在明显更温和的条件下，包括在低于先前制程的压力下压实。

另一方面，本发明提供一种陶瓷物件，其通过以多级升压处理坏体阶段陶瓷物件而制得。优选地为陶瓷物件先在第一压力下处理，再在高于第一压力的第二压力下处理。优选使用气压烧结法进行多级压力压实。

我们发现多级压力处理可在相当温和的条件下制得高密实度陶瓷物件(例如密实度至少达到96％、97％、98％或99％)。例如，第一压力处理可适宜为1000英镑/平方英寸(psi)或500英镑/平方英寸或更小，第二压力处理可适宜为4000英镑/平方英寸或更小。显著较低的压力也产生高密实度物件，例如第一压力为约200英镑/平方英寸或更小、或150英镑/平方英寸或更小，第二压力处理为约3000英镑/平方英寸或更小、2000英镑/平方英寸或更小、或1500英镑/平方英寸或更小。

在本发明特别优选的方面，陶瓷组成物包含一种或多种金属氧化物(如氧化铝)。一种或多种金属氧化物优选地具有此处揭示的小平均粒径。包含氧化铝的陶瓷组成物特别优选地具有此处揭示的小平均粒径，如2.5微米或更小、2微米或更小、1.5微米或更小、或1微米或更小。

在本发明另一方面，陶瓷组成物的压实在所谓的烧结助剂不存在下进行。烧结助剂添加剂包括稀土氧化物，如钇土(氧化钇)、钆材料(如氧化钆或Gd2O3)、铕材料(如氧化铕或Eu2O3)、镱材料(如氧化镱或Yb2O3)或镧材料(如镧或La2O3)。

本发明特别优选的制造方法包括形成包含如前所述的一种或多种小粒径陶瓷材料的陶瓷点火元件，再经由如前所述的两级升压处理进行硬化。硬化适宜在高温下进行，如高于1400℃，更典型为高于1600℃，如至少1700℃或1800℃。烧结优选地在惰性环境(如氩气或氮气之惰性气体环境)中进行。

硬化处理优选地制得密实度为至少95％的陶瓷元件，更优选为密实度为至少96％、97％、98％或99％的陶瓷元件。包括前述高温的硬化过程将进行足够长的时间，其可为数个小时或更长的时间，以达到该密实度。

特定陶瓷组成物和成型坏体陶瓷元件的方法可用于促进在实质上非高压下制造高密实度陶瓷元件。

更具体地，用于形成陶瓷元件的优选陶瓷组成物可至少实质上不含或完全不含碳化硅或其他碳化物材料。如此处所提及，若陶瓷组成物含有以陶瓷组成物总体积为基准计少于10体积％的碳化硅或其他碳化物材料，更典型为以陶瓷组成物总体积为基准计少于约9、8、7、6、5、4、3、2、1或0.5体积％的碳化硅或其他碳化物材料，则认为该陶瓷组成物至少实质上不含碳化硅或其他碳化物材料。