本专利申请要求2014年8月10日提交的、序列号为60/035,453的美国临时专利申请和2015年8月10日提交的、序列号为14/822,159的美国实用专利申请的权益，这些专利申请的所有公开内容在此通过引用而并入本文。发明背景1.
技术领域：
本发明主要涉及用于点火装置的玻璃密封，更具体地，涉及包括玻璃密封的火花塞及其形成方法。2.相关技术玻璃密封常常被用来形成点火装置(例如火花塞)的导电部件(诸如中心电极)与绝缘体之间的密封结合。典型地通过把玻璃粉放置在绝缘体的孔中，然后随后把绝缘体、中心电极和玻璃粉一起在炉子中烘烤，从而形成火花塞的玻璃密封。该热量也使得玻璃密封的某些成分膨胀，因此形成绝缘体与中心电极之间的密封结合。然而，随着中心电极与绝缘体之间的玻璃粉熔化和膨胀，形成了气泡或气孔，即使当玻璃密封冷却到室温，那些气泡或气孔仍留在完成的火花塞的玻璃密封中。因此，当火花塞在内燃机中使用和受到高电场时，电场使得包含在气泡或气孔中的气体电离并形成电晕。电离的气体产成级联的电离电荷，其把热量传送到周围的固态绝缘体。热击穿机制出现，这会造成介质击穿。特别断言当气泡或气孔很大时由气体造成的这种介质击穿的影响，在这种情形下，会发生绝缘体的介质失效。通过绝缘体到膨胀的玻璃密封的介质穿透可能会导致火花塞失效。技术实现要素：本发明的一个方面提供导电率为9x106S/m到65x106S/m的导电玻璃密封，用于提供火花塞的导电部件与绝缘体之间的密封结合。基于玻璃密封的总重量，玻璃密封包括总量为50.0到85.0重量百分比(wt.％)的至少一种玻璃，以及含量为15.0到50.0wt.％的导电金属粒子。基于玻璃密封的总体积，玻璃密封还包括含量为25.0到75.0体积百分比(vol.％)的充气孔。本发明的另一方面提供一种火花塞，所述火花塞包括围绕导电部件的绝缘体，以及提供导电部件与绝缘体之间的密封结合的导电玻璃密封。基于玻璃密封的总重量，所述玻璃密封包括总量为50.0到85.0wt.％的至少一种玻璃，以及总量为15.0到50.0wt.％的导电金属粒子。导电玻璃密封的导电率从9x106S/m到65x106S/m。基于玻璃密封的总体积，玻璃密封还包括总量为25.0到75.0vol.％的充气孔。本发明的再一个方面提供制造用于提供火花塞的导电部件与绝缘体之间的密封结合的导电玻璃密封的方法。该方法包括提供一种混合物，基于混合物的总重量，该混合物包括总量为48.8到85.0wt.％的至少一种玻璃粉、含量为0.1到3.0wt.％的粘合剂、含量为0.1到1.0wt.％的膨胀剂，以及含量为14.8到50.0wt.％的导电金属粒子；并且烘烤所述混合物以形成玻璃密封，其中玻璃密封的导电率从9x106S/m到65x106S/m。本发明的另一个方面提供一种制造火花塞的方法，所述火花塞包括提供导电部件与绝缘体之间的密封结合的导电玻璃密封。该方法包括把混合物置于导电部件与绝缘体之间，其中基于混合物的总重量，混合物包括总量为48.8到85.0wt.％的至少一种玻璃粉、含量为0.1到3.0wt.％的粘合剂、含量为0.1到1.0wt.％的膨胀剂，以及含量为14.8到50.0wt.％的导电金属粒子。所述方法还包括烘烤所述混合物以形成玻璃密封，其中玻璃密封的导电率从9x106S/m.到65x106S/m。导电粒子围绕在烘烤玻璃密封期间形成的充气孔。当火花塞在内燃机中使用并受到高电场时，导电粒子消除越过气孔的电场。因此，消除了会造成穿过火花塞的绝缘体介质击穿和介质穿透的气体的电离。附图说明当结合附图考虑时，参照以下的详细说明可以更好地理解本发明的其它优点，所以将很容易地看到本发明的其它优点，在附图中：图1是按照本发明的一个示例性实施例的、包括导电玻璃密封的火花塞的截面图；图2是按照本发明的另一个示例性实施例的、包括导电玻璃密封的火花塞的截面图；图3是在烘烤步骤后沿A-A线的、图1所示导电玻璃密封的视图，该导电玻璃密封包括玻璃、导电金属粒子和充气孔；以及图3A是图3所示玻璃密封的一部分的放大图。具体实施方式本发明的一个方面提供火花塞20，其包括导电玻璃密封22，导电玻璃密封22提供在至少一个导电部件(诸如中心电极24)与绝缘体26之间的密封结合，如图1和2所示。玻璃密封22的组分减小介质击穿的可能性，从而减小在火花塞20在内燃机中使用期间其中心电极24或其它导电部件接收高频电场时穿过绝缘体26的介质穿透的可能性。导电玻璃密封22是由一种材料制成的，典型地是包括导电粒子、至少一种粘合剂、膨胀剂与玻璃粉的粉状混合物。在示例性实施例中，基于玻璃密封22的总重量，玻璃密封22包括含量为15.0到50.0重量百分比(wt.％)、优选20.0wt.％的导电金属粒子。基于用来形成玻璃密封22的粉末的总重量，用来形成玻璃密封22的粉状混合物典型地包括含量为14.8到50.0wt.％的导电粒子。导电粒子可包括单种材料或不同材料的混合物。任何导电金属均可被用来形成导电粒子，但在示例性实施例中，导电粒子由铜组成，或主要由铜组成。另外，导电粒子可包括各种不同的形式，但在示例性实施例中，它们以粒子尺寸小于325筛目或45微米的铜屑形式提供。导电粒子使得玻璃密封22是导电的。在一个示例性实施例中，玻璃密封22的导电率的范围从9x106S/m到65x106S/m，或大于9x106S/m，优选大于30x106S/m。如上所述，在包括非导电玻璃密封的、可比较的火花塞中，在使用期间，气泡或气孔电离并形成电晕，这会导致绝缘体的介质失效。然而，当本发明的导电玻璃密封22在火花塞20中使用时，导电粒子围绕气泡或气孔，由此在能量被施加到火花塞20时消除越过气泡或气孔的电场。由于沿导电玻璃密封22的气泡或气孔没有形成电晕放电，消除了穿过绝缘体26的电离击穿和介质穿透的诱发机制。基于用来形成导电玻璃密封22粉末的总重量，用来形成导电玻璃密封22的粉末还包括含量高达3.0wt.％的至少一种粘合剂。优选地，玻璃密封22包括无机粘合剂与合成或天然的有机粘合剂的混合物。粘合剂帮助把用来形成玻璃密封22的组分粘合在一起。当用来形成导电玻璃密封22的粉末在烘烤步骤期间被加热到玻璃熔化温度时，至少一部分粘合剂、典型地有机粘合剂被烧尽，因此它不存在于烘烤过的玻璃密封22的组分中。在示例性实施例中，基于用来形成导电玻璃密封22的粉末的总重量，用来形成导电玻璃密封22的粉末包括含量高达2.0wt.％，或0.1到2.0wt.％，优选1.0wt.％的无机粘合剂。无机粘合剂可包括单种材料或不同材料的混合物。任何类型的无机粘合剂材料均可被用于玻璃密封22，但典型地，无机粘合剂包括天然黏土或工程黏土。在示例性实施例中，无机粘合剂由钠基膨润土或镁铝硅酸盐组成，或者主要由钠基膨润土或镁铝硅酸盐组成，其以名称销售。基于用来形成导电玻璃密封22的粉末的总重量，用来形成本示例性实施例的玻璃密封22的粉末还包括含量高达2.0wt.％，或0.1到2.0wt.％，优选0.65wt.％的合成或天然的有机粘合剂。合成或天然有机粘合剂可包括单种材料或不同材料的混合物。任何类型的合成或天然有机粘合剂材料可被用于玻璃密封22。然而，在示例性实施例中，合成或天然有机粘合剂由聚乙二醇(PEG)和麦芽糊精或糊精组成，或者主要由这些物质组成。在这个实施例中，基于用来形成导电玻璃密封22的粉末的总重量，PEG含量为0.15wt.％，麦芽糊精或糊精含量为0.5wt.％。基于用来形成玻璃密封22的粉末的总重量，用来形成导电玻璃密封22的粉末还包括含量高达1.0wt.％，或0.1到1.0wt.％，优选0.5wt.％的膨胀剂。膨胀剂可包括单种材料或不同材料的混合物。任何类型的膨胀剂可被用于玻璃密封22，但在示例性实施例中，膨胀剂由碳酸锂组成，或者主要由碳酸锂组成。当在烘烤步骤期间被加热到玻璃熔化温度时，至少一部分膨胀剂从固体转化成气体，因此使玻璃密封22膨胀。导电玻璃密封22还由包括细粉状玻璃的玻璃粉形成。玻璃粉存在的量使得烘烤过的玻璃密封包括占玻璃密封22总重量50.0到85.0wt.％、优选80.0wt.％的玻璃。在示例性实施例中，基于用来形成导电玻璃密封22的粉末的总重量，玻璃粉以50.0到84.8wt.％，或48.5到85.0wt.％，优选80.0wt.％的含量出现。在一个实施例中，用来形成玻璃密封22的玻璃粉的量被选择成使得玻璃粉与导电粒子之间的比值约为4比1。玻璃粉包括研磨玻璃，它可包含多种化学元素，被化学地组合和熔化成单种材料。本领域已知的任何类型的玻璃都可以使用。玻璃密封可以用单种玻璃粉配制，或由混合在一起的、具有不同化学成分和不同特性的多种玻璃粉配制。在示例性实施例中，根据玻璃粉的总重量，玻璃粉的所有组分包括含量为35到40wt.％，优选38.6wt.％的二氧化硅(SiO3)。基于玻璃粉的总重量，玻璃粉还包括：含量为20到28wt.％、优选26.9wt.％的氧化硼(B2O3)；含量为10到15wt.％、优选11.7wt.％的氧化铝(Al2O3)；含量为10.0到15.0wt.％、优选6.0到8.0wt.％、更优选7.3wt.％的氧化铋(Bi2O3)；以及含量为3.0到5.0wt.％、优选4.8wt.％的氧化锌(ZnO)。基于玻璃粉的总重量，玻璃粉还包括含量为2.0到6.0wt.％的碱性金属氧化物，诸如锂(Li)、钠(Na)和钾(K)的氧化物。在示例性实施例中，基于玻璃粉的总重量，玻璃粉包括总量为4.7wt.％的碱性金属氧化物，其中1.5wt.％是氧化锂，3.1wt.％是氧化钠。基于玻璃粉的总重量，玻璃粉还包括含量为3.0到7.0wt.％的碱土金属氧化物，诸如镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)和钡(Ba)的氧化物。在示例性实施例中，玻璃粉包括总量为5.9wt.％的碱土金属氧化物，其中至少2.95wt.％是氧化锶，约1.9wt.％是氧化镁。然而，应当指出，也可以使用其它含量的碱性金属氧化物和碱土金属氧化物。玻璃粉和整个玻璃密封22还可包括少量的其它成分和/或杂质。表1提供用来形成按照本发明的玻璃密封22的一个示例的粉末的组成成分，基于用来形成玻璃密封22的粉末的总重量，以重量百分比(wt.％)来表示。表1成分数量玻璃粉77.85铜屑20钠基膨润土1碳酸锂0.5聚乙二醇0.15糊精0.5表2提供按照本发明的示例性玻璃粉成分，基于玻璃粉的总重量，以重量百分比(wt.％)表示。表2在表2的示例性组成成分中，碱性金属氧化物包括以下组中的一项或多项：氧化锂、氧化钠和氧化钾。在一个例子中，约三分之一的碱性金属氧化物是氧化锂，约三分之二是氧化钠。然而，可以使用任何比值的碱性金属氧化物。示例性组分的碱土金属氧化物包括以下组中的一项或多项：氧化镁、氧化钙、氧化锶和氧化钡。在一个例子中，一半以上的碱土金属氧化物是氧化锶，约三分之一是氧化镁。然而，可以使用任何比值的碱土金属氧化物。然而，本领域技术人员将会理解，作为所列出的那些项的附加项或替代项，可以使用其它类型的碱性金属和碱土金属。按照另一个示例性实施例，玻璃密封22由玻璃粉、导电粒子、膨胀剂和无机粘合剂的混合物制成，但不包括有机粘合剂。该组分适用于某些类型的火花塞，诸如工业火花塞，它们工作的温度比汽车火花塞更高。由于更高的工作温度，玻璃粉具有更高的软化温度。另外，膨胀剂在高温下排出气体，从而它可与玻璃密封相容。按照这个示例性实施例，基于玻璃密封22的总重量，存在的玻璃粉的量使得烘烤过的玻璃密封22包括含量为72.0到82.0wt.％的玻璃。基于用来形成玻璃密封22的粉末的总重量，用来形成玻璃密封22的粉末典型地包括含量为72.0到82.0wt.％的玻璃粉，含量为15.0到25.0wt.％的导电粒子，含量为1.0到5.0wt.％的无机粘合剂，以及含量为0.10到0.50wt.％的膨胀剂。优选地，导电粒子是铜屑，无机粘合剂是膨润土，膨胀剂是碳酸钙。表3提供用来形成按照替换实施例的玻璃密封22的一个示例粉末的组成成分，基于用来形成玻璃密封22的粉末的总重量，以重量百分比(wt.％)表示。表3表4提供在表3所列粉末组分中优选使用的、另一个示例性玻璃粉成分，基于玻璃粉成分的总重量，以重量百分比(wt.％)表示。表4中列出的其他氧化物可包括任何类型的氧化物。表4成分总范围示例含量氧化硅60–7064.6氧化硼17–2522.2氧化铝4–105.2碱性金属氧化物3–107.7碱土金属氧化物0-50.3在表4的示例性成分中，碱性金属氧化物包括以下组中的一项或多项：氧化锂、氧化钠和氧化钾。示例性成分的碱土金属氧化物包括以下组中的一项或多项：氧化镁、氧化钙、氧化锶和氧化钡。在一个示例性实施例中，基于玻璃粉的总重量，玻璃粉包括含量为3.3到4.3wt.％的氧化钠(Na2O)，含量为3.4到4.4wt.％的氧化钾(K2O)，含量为0.2到0.4wt.％的氧化镁与氧化钙的组合(MgO+CaO)，以及总含量为0.0到0.1wt.％的其他氧化物。然而，本领域技术人员可以理解，作为所列出的那些项的附加项或替代项，可以使用其它类型的碱性金属和碱土金属。用来形成导电玻璃密封22的导电材料可以通过使用各种不同的方法，包括本领域熟知的任何方法，来制备。典型地，方法包括获得导电粒子、粘合剂、膨胀剂和玻璃粉；把那些成分混合在一起。一旦这些成分被混合在一起，导电材料就可以被置于绝缘体26的孔中。在一个实施例中，在把导电材料布置在绝缘体26中之前，通过干混合先把材料混合在一起。替换地，材料可以进行湿磨或用水混合以形成悬浮液，然后喷雾干燥，形成多个颗粒状粒子或粉末。喷雾干燥步骤包括把悬浮液放在加热的喷雾干燥器中，其中悬浮液形成含有水的小液滴，水在加热的喷雾干燥器中闪蒸出来，留下小的球形粒子。然而，也可以使用其它方法来提供粒子或粉状形式的导电材料。例如，干粉可以在混合器或搅拌机中进行干混，随后加入少量的水，这使得粉状混合物凝聚成颗粒状粒子，它们随后可被干燥或局部干燥。粒子或粉末相对容易处理，只产生很少粉尘，可以容易地被填塞，或以其他方式置于围绕中心电极24和端子30的、绝缘体26的孔中。在另一个实施例中，导电材料仅被置于中心电极24的周围。粉末也可以放置在其它导电部件的周围，如果想要的话。一旦导电材料被置于绝缘体26的孔中，绝缘体26、中心电极24和导电材料就按照现有技术的任何方法被一起放在炉子中烘烤。在烘烤步骤期间，导电材料的成分熔化和膨胀，填充围绕中心电极24和端子30的、绝缘体26的孔的至少一部分，因此形成导电玻璃密封22，提供中心电极24与绝缘体26之间的密封结合。烘烤温度根据导电材料的成分而变化，具体地，随玻璃粉的成分而变化，但典型的范围从600到1000℃。例如，当玻璃粉包括表2的第一示例成分时，烘烤温度范围从750到800℃，当玻璃粉包括表2的第二示例成分时，烘烤温度范围从650到700℃。当玻璃粉包括表4的替换例成分时，烘烤温度范围是850到900℃。在各种情形下，烘烤温度都高于火花塞20工作期间玻璃密封22的最高温度。在烘烤步骤期间，玻璃粉熔化成各种混合物并形成均匀的材料。在烘烤步骤期间，膨胀剂的至少一部分从固体转化成气体，在材料中生成气泡，这使得材料膨胀。膨胀剂导致材料具有泡沫状的结构。材料的体积和被导电玻璃密封22占据的、孔的体积的增加可以变化。充气孔导致充气孔在烘烤步骤之后和玻璃密封22冷却到室温时仍旧留在导电玻璃密封22中。当火花塞20在内燃机中使用时，充气孔仍旧留在玻璃密封22中。典型地，烘烤过的玻璃密封22包括多个充气孔，基于玻璃密封的总体积，这些孔的含量为25.0到75.0vol.％、优选35.0到45.0vol.％。导电粒子防止由充气孔导致失效的可能性。除了膨胀剂和烧尽的粘合剂的质量变化以外，在烘烤步骤期间，成分基本上没有改变，烘烤过的玻璃密封22具有的成分与开始的粉末基本上相同。图3和3A显示图1的导电玻璃密封22，在烘烤步骤后，导电玻璃密封22包括玻璃21、导电金属粒子23和充气孔25。孔25具有近似的球形，被包括分布在玻璃21中的金属粒子的基质27互相分隔开。金属粒子23分布成在它们之间有充分的电接触，从而玻璃密封22是导电的。虽然孔25彼此靠近，但它们是互相隔离的，所以在它们之间没有气体传输，因此没有气体穿过玻璃密封22传输。如图所示，导电玻璃密封22典型地围绕中心电极24的末端28。然而，玻璃密封22也可以围绕布置在绝缘体26的孔中的其它导电部件，诸如电阻或弹簧。包括本发明的导电玻璃密封22的火花塞20可以具有各种不同的设计，包括但不限于图1和2显示的设计。在图1的示例性实施例中，中心电极24放置在绝缘体26的孔中，位于端子30、弹簧64、电阻24和线36的下方。中心电极24由诸如镍或镍合金那样的导电材料制成。中心电极24具有沿中心轴A从末端28延伸到点火端32的长度，其中中心电极24的大部分长度被绝缘体26包围。中心电极24的末端28通过绝缘体26的、减小的直径支撑和保持在预定的轴向位置。火花塞20的中心电极24还包括在点火端32处的中心点火表面，用于提供火花。中心电极24的点火表面还包括中心点火末端68，该中心点火末端68由比用来形成中心电极24的其它部分的材料相比更持久的材料制成。火花塞20的端子30通过多根线连接到绝缘体26。在图1的实施例中，弹簧62连接端子30与电阻64，线36从中心电极24的末端28向电阻64延伸。导电玻璃密封22填充围绕中心电极24的末端28和线36的、绝缘体26的孔的一部分。在这个实施例中，包装材料66填充线36与电阻64之间的空间。在图2的实施例中，电阻64布置在弹簧62与端子30之间，弹簧62连接电阻64与线36。导电玻璃密封22填充围绕中心电极24的末端28和线36的、绝缘体26的孔的一部分。虽然未示出，包装材料66可以填充线36与弹簧64之间的空间。火花塞20的绝缘体26由绝缘材料制成，典型地是陶瓷材料，例如铝土。在示例性实施例中，绝缘体26沿中心轴A从绝缘体上端38纵向延伸到绝缘体突出端40。绝缘体26还限定围绕孔的绝缘体内表面42，该表面从绝缘体上端38沿轴向延伸到绝缘体突出端40，用于接纳中心电极24、端子30和可能的其它导电部件。绝缘体内表面42限定绝缘体内径Di，绝缘体内径Di延伸穿过且垂直于中心轴A。绝缘体内径Di典型地朝绝缘体突出端40前进，沿绝缘体26的一部分减小，用于支持中心电极24的一部分并将中心电极24保持在预定的轴向位置。示例性实施例的绝缘体26还限定具有绝缘体外径Do的绝缘体外表面44，该表面延伸穿过并垂直于中心轴A。绝缘体外表面44从绝缘体上端38沿纵向延伸到绝缘体突出端40。在示例性实施例中，绝缘体外径Do朝绝缘体突出端40前进，沿靠近绝缘体突出端40的、绝缘体26的一部分减小，以限定绝缘体突出区域46。绝缘体外径Do还在与绝缘体突出区域46间隔开的位置处，大约在绝缘体26的中部，沿朝绝缘体突出端40前进的方向减小，以限定绝缘体下肩部48。绝缘体外径Do还在与绝缘体下肩部48间隔开的位置处，沿朝绝缘体上端38前进的、绝缘体26的一部分减小，以限定绝缘体上肩部50。火花塞20还包括由金属形成且包围绝缘体26的一部分的外壳52。外壳52典型地用来使绝缘体26耦接到内燃机的气缸体(未示出)。外壳52沿中心轴A从外壳上端54延伸到外壳下端56。外壳上端54布置在绝缘体上肩部50与绝缘体上端38之间，并且啮合绝缘体26。外壳下端56靠近绝缘体突出区域46布置，从而至少一部分的绝缘体突出区域46沿轴向延伸到外壳下端56之外。火花塞20还包括由导电材料制成的接地电极58。接地电极58从外壳下端56向中心电极24延伸。接地电极58包括面向中心点火表面的接地点火表面，以提供点火表面之间的火花隙。在图2的实施例中，接地点火表面包括的接地点火尖端70由与用来形成接地电极58的其它部分的材料相比更持久的材料制成。显然，鉴于以上的教导，本发明的许多修正方案和变形例都是可能的，这许多修正方案和变形例可以不同于这里具体地描述的方式被实践，但仍在以下权利要求的范围内。当前第1页1 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