[发明专利]一种柴油发动机氧化物陶瓷电热塞及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于柴油发动机行业领域，尤其涉及发动机的陶瓷电热塞的生产技术。

背景技术

柴油发动机陶瓷电热塞，适用于现代柴油发动机，在柴油发动机里，点火系统是发动机能否正常工作的关键性产品，而其中电热塞的作用更为重要。

当前，国内生产的柴油发动机，其点火系统大都采用的传统的点火方式，电热塞为金属式电热塞，发热体为金属发热丝，被密封在耐热不锈钢管内，借助导热性较好的电熔氧化镁粉末填充隔离和绝缘。现在大多数柴油发动机是采用铠装金属快速型电热塞，此为第三代产品，其内部的发热丝由不同材料的锥形绕组和圆柱形绕组构成，头部锥形绕组尺寸减小有利于快速起动，起动速度较快（约8s），最高温度950℃，电流减少至6A左右。

但是，现有的以上产品存在其固有的缺陷：金属式电热塞起动速度慢，最高温度较低；而Si₃N₄和MoSi₂复合陶瓷电热塞不耐还原性气氛，且顶部的MoSi₂连接处易温度过高而损坏。

发明内容

本发明旨在提供一种能克服以上现有产品缺陷的柴油发动机用陶瓷电热塞。

本发明包括导电层、绝缘层和发热层，所述绝缘层设置在导电层外，发热层设置在绝缘层外，在导电层前部的绝缘层开设使发热层和导电层相连接的环形槽，在导电层的后端设置电极接入端子；其特征在于导电层由Sr或Ca掺杂的LaCr_1-xCo_xO₃和YSZ组成；绝缘层为YSZ；发热层由Sr或Ca至少一种掺杂的GdCrO₃和YSZ组成。

本发明的电热塞不易粘附其他物质，能防止制成的产品表面发生还原，还具有极好的耐酸、耐碱和耐氧化的特点。本发明克服了传统金属电热塞热传导介质存在温差和其他陶瓷电热塞不耐还原的问题，且使用温度高。发热达到850℃的时间小于1秒，2秒升至1000℃以上。本发明产品还能极大地缩短发动机等待起动时间，因其使用温度高（＞1450℃），以及在零下20℃的环境下仍能保证发动机的正常使用，从而进一步提高柴油机在低温下的冷起动性能及降低蓝烟排放。

本发明产品具有升温快、温度高、节能环保和使用寿命长等特点，不仅能在不更改原柴油机电热塞冷启动系统的情况下，代替现有的低温起动预热方式和减排方式，而且可以在更低温度、更恶劣的氧化或还原气氛环境下满足使用需求。

YSZ即氧化钇稳定或部分稳定的氧化锆。

另外，本发明在所述导电层中，YSZ占导电层总质量的1～4%。由于绝缘层YSZ的热膨胀系数略小于Sr或Ca掺杂的LaCr_1-xCo_xO₃，因此在导电层中加入YSZ使导电层和绝缘层热膨胀系数匹配，以免加热或冷却时，材料由于热膨胀系数的不匹配产生应力而导致损坏，同时，可以增大导电层的电导率。添加量超过5%后，导电层的电导率下降，对导电不利。

在所述发热层中，YSZ占发热层总质量的1～5%。同样，由于绝缘层YSZ的热膨胀系数略小于Sr或Ca掺杂的GdCrO₃，因此在发热层中加入YSZ使发热层和绝缘层热膨胀系数匹配；同时，由于Sr或Ca掺杂的GdCrO₃的电阻较大，加入YSZ可以增大发热层的电导率。添加量超过5%后，发热层的电导率下降，对电传导不利。

本发明还提出生产以上柴油发动机氧化物陶瓷电热塞的方法。

本发明生产方法包括以下步骤：

1）将由Sr或Ca掺杂的LaCr_1-xCo_xO₃、YSZ、油酸、石蜡和蜂蜡混合制成导电层坯体，经预绕结，取得棒状导电层材料；

2）将含有YSZ的绝缘层浆料浸涂于棒状导电层材料外，经干燥后，在导电层的前部制出圆环槽，直至露出圆环状导电层；

3）将含有Sr或Ca掺杂的GdCrO₃和YSZ的发热层浆料浸涂于所述圆环槽和绝缘层表面，并经过干燥，取得半制品；

4）将半制品于空气中共烧结，取得氧化物陶瓷电热塞。

与其他陶瓷的电热塞材料和工艺比较，本发明的制备工艺具有工艺简单、设备投资少、成本低的优势。即工艺在保证制成的产品具有耐高温、耐腐蚀、高强度、抗热震性性能的同时，也降低了工艺成本。