[发明专利]陶瓷加热装置及其生产方法以及插入加热装置的火花塞

说明书

本发明涉及一种陶瓷电阻器被埋入烧结氮化硅体中的陶瓷加热器及其生产方法，更具体地说，涉及用于内燃机如柴油机的辅助点火电极的火花塞和用于其它加热或烹调装置的陶瓷加热器。

在各种导电陶瓷中，已经提供了含有选自适合于电流通过能够发热的电阻器的元素W、Ta、Nb、Ti、Mo、Zr、Hf、V和Cr的硅化物、碳酸盐和氮化物，因为这些化合物具有高熔点同时具有10^-5-10^-10Ω·cm的低电阻率。由于这些原因，已经用上述硅化物、碳酸盐和氮化物作为主要组份生产出高温下使用的发热电阻器。而且，正如日本专利公开申请号63-37587和1-313362所述，发热电阻器通常被插入陶瓷绝缘体中例如氮化硅基陶瓷而形成强度高和抗氧化性好的陶瓷加热器。

在陶瓷电阻器仅用碳化钨(WC)制成并埋入高强和高抗氧化性的陶瓷绝缘体的陶瓷加热器中，陶瓷电阻器很可能由于电阻器和陶瓷绝缘体之间的热膨胀不同而开裂。在重复快速的热循环下，这可能引起电阻器断路而缩短陶瓷加热器的使用寿命。

由于这些原因，现有技术中已经介绍了一种陶瓷电热器，其中通过把导电陶瓷颗粒与绝缘或十分绝缘的陶瓷颗粒(例如氮化硅)混合使陶瓷电阻器回火以及埋入高强和高抗氧化性的陶瓷绝缘体中并且如日本专利公开申请号60-60983、60-216484、60-254586、63-96883、64-61356和2-229765说明的那样共同烧制。

然而，在陶瓷绝缘体(或十分绝缘的)粒料驻留在导电陶瓷颗粒间缝隙的情况下，陶瓷绝缘体颗粒和颗粒界面相在加热操作下由于导电陶瓷颗粒间的晶粒间的电势而引起电解，以致于陶瓷电阻器本身的电阻增加时出现不利的腐蚀。

所以，本发明的目的是提供一种用于火花塞的陶瓷加热器及其生产方法，该加热器能够保持长时间的良好功能、高强和高抗氧化性以及提供高的可靠性例如电阻的稳定性等等。

按照本发明，提供的烧结陶瓷加热器包括：发热电阻器、和用来包裹所说电阻器的陶瓷绝缘体：其中所说的电阻器基本上是由导电陶瓷颗粒、二级陶瓷颗粒和颗粒周围的颗粒相组成，其通式为2E₂O₃·Si_2－xAl_xN_2－xO_1－x，其中E表示至少一种稀土金属元素和0＜x＜2。

由于陶瓷加热的陶瓷电阻器包括导电陶瓷颗粒、二级绝缘陶瓷颗粒和颗粒界面晶相，所以它们可减小陶瓷电阻器和陶瓷绝缘体之间的热膨胀差别，由此有效地避免了电阻器由于热应力产生的裂缝，从而有助地延长陶瓷加热器的使用寿命，而且还可以阻止陶瓷电阻器在高温操作下电阻率的降低。

按照本发明的另一方面，导电陶瓷颗粒包含至少一种选自WC、MoSi₂和Mo₅Si₃的组份。

按照本发明的其它一方面，二级陶瓷颗粒包含一种具有膨胀β相氮化硅晶格和具有通式Si_6－zAl_zN_8－zO_z，其中0＜Z≤5的化合物。

按照本发明的又一方面，陶瓷电阻器的电阻率大于10^-4Ω·cm。

当陶瓷电阻器仅由WC(碳化钨)颗粒制成时，陶瓷电阻器的电阻率小于10^-4Ω·cm。这使得增大陶瓷电阻器的截面面积很难。也就是说，例如在把钨导线(直径：0.2-0.3mm)连接到发热电阻器上时，本发明可把导线的前端(例如长度3-4mm)埋入电阻器中，然后共同烧制电阻器和导线，因此增强了它们之间的电联接。

还有，当陶瓷电阻器仅由WC颗粒制成时，由于绝缘陶瓷材料和埋入绝缘陶瓷材料中的电阻器之间的热膨胀不同，陶瓷加热器会发生断路。因为在WC颗粒中有赛纶陶瓷颗粒和颗粒界面相存在，可消除陶瓷电阻器的热应力，从而有效地避免了包裹绝缘体的断路或者陶瓷加热器的破裂。

本发明根据对内部结构的分析发现它们具有膨胀β相氮化硅晶格的二级颗粒，具有的通式为Si_6－zAl_zN_8－zO_z，其中0＜z≤5，和具有颗粒界面相，其通式为2E₂O₃Si_2－xAl_xN_2－xO_1－x，其中E代表至少一种稀土金属元素且0＜x＜2。