形状、大小预备好模具。将蜡板块置于热 压铸机上在模具中进行热压铸成形，压缩空气压力为0. 4~0. 8MPa，工作时的温度在60~ 70。。。
[0032] 脱模：从模具中取出坯体，得到棒状导电层素坯。
[0033] 预烧结：在气氛炉中把棒状导电层素坯埋入装有经过煅烧的Al2O3细粉的匣体中。 然后逐渐升温，升温速度0. 5°C /min，升到70~80°C保温3~5h，再慢慢升温，升温速度 0. 5°C /min，用以排除坯体中的石蜡和蜂蜡，再升温至1150°C~1250Γ进行，保温预烧3~ 5h，取得棒状导电层材料。在升温过程中，升温速度应缓慢，否则易造成变形和开裂。
[0034] 2、绝缘层YSZ浆料的准备： 原料：取球磨取得的部分上层YSZ的水混合物，即含有粒径为0. 01~0.1 的YSZ的 水混合物；分子量为200~10000的聚乙二醇；无水酒精。
[0035] 将以上各料混合均匀，即为绝缘层YSZ浆料，其中，聚乙二醇占绝缘层YSZ浆料总 质量的〇. 5~10% ;酒精占绝缘层YSZ浆料总质量的0. 1%。
[0036] 3、发热层Sr或Ca掺杂的GdCrO3的浆料制备： 原料：取球磨取得的部分上层YSZ的水混合物，即含有粒径为0. 01~0.1 的YSZ的 水混合物；由Sr或Ca至少一种掺杂的粒径为0. 1~0. 4 μ m Sr或Ca掺杂的GdCrO3粉；分 子量为200~10000的聚乙二醇；无水酒精。
[0037] 将粒径为0· 1~0· 4 μ mSr或Ca掺杂的GdCrO3粉加入到分子量为200~10000的 聚乙二醇及酒精溶液、水中，再加入粒径为0. 1~0. 5 μπι YSZ粉末的水混合物，混合均匀， 即为发热层Sr或Ca掺杂的GdCrO3的浆料。
[0038] 形成的发热层Sr或Ca掺杂的GdCrO3的浆料中，YSZ粉末占发热层浆料总质量的 0. 5~2. 5%，聚乙二醇占发热层Sr或Ca掺杂的GdCrOjP YSZ的浆料总质量的0. 5~15%， Sr或Ca掺杂的GdCrO3粉占发热层浆料总质量的47. 5~49. 5%。
[0039] 4、采用浸涂（dip-coating)工艺制备绝缘层和发热层： 先在多相陶瓷复合材料导电层的外表面用绝缘层YSZ浆料浸涂，厚度为40~1000 μ m， 干燥后，在靠近导电层的端部制出圆环槽，直至露出环状导电层。
[0040] 然后再浸涂一层发热层，Sr或Ca掺杂的GdCr03& YSZ混合的浆料，厚度为400~ 1000 μ m，放入恒温恒湿箱中干燥，即得电热塞半制品。
[0041] 5、空气中共烧结氧化物陶瓷电热塞： 把电热塞半制品埋入装有经过煅烧好的Al2O3细粉的匣体中放入箱式炉中，缓慢升温， 去除所有浸涂层中的有机物，升温速度〇. 5~1°C /min。600°C后，升温速度2~5°C /min， 在1400~1600°C保温1~4h。然后随炉降温，得到柴油发动机氧化物陶瓷电热塞。
[0042] 二、本发明制备的陶瓷电热塞结构如附图1所示： 陶瓷电热塞为多层发热体结构，有导电层1、绝缘层2和发热层3,绝缘层2设置在棒状 导电层1外，发热层3设置在绝缘层2外，在导电层1前部的绝缘层2开设使发热层3和导 电层1相连接的环形槽5,在导电层1的后端设置电极接入端子4。
[0043] 当电极与电热塞壳体间存在电压时，发热层因其有较高的电阻值，从而产生热量 致使温度迅速上升。直径较小颈处为深入到发动机缸体内用来点火的位置。
[0044] 三、检测产品中各层材料含量： 导电层材料：Sr或Ca掺杂的LaCrxCo1九和YSZ ;YSZ占导电层总质量的1~4%。
[0045] 绝缘层材料：YSZ。
[0046] 发热层材料：Sr或(和）Ca掺杂的GdCrOjP YSZ ;YSZ占发热层总质量的1~5%。
[0047] 四、本发明产品与现有铠装金属电热塞的性能对比： 本发明陶瓷电热塞的材料属于多层氧化物陶瓷复合材料，具有耐高温、耐腐蚀、高强 度、抗热震性好的特点，用这种材料制成的电热塞与铠装金属电热塞的性能对比如下表：
五、本发明产品主要是在材料和结构及制备技术上具有创新： 1、发热层采用氧化物陶瓷复合材料，用YSZ和掺杂的GdCrO3B成的复合材料，保证电 传输和机械性能的稳定，同时匹配绝缘层的热膨胀系数。具有耐氧化和耐还原的特点。
[0048] 2、绝缘层使用YSZ材料，在低温下YSZ绝缘，而在高温下，YSZ具有一定的电导率， 是一种高温下的双发热层电热塞。
[0049] 3、热压铸成形与浸涂工艺相结合制备多层复合复相氧化物陶瓷电热塞，结合共 烧结工艺使陶瓷电热塞成型。
[0050] 4、掺杂的GdCrO3耐高温氧化物在陶瓷电热塞的表面共烧结，使产品的耐热性能更 尚。
[0051] 5、导电层采用掺杂Sr或Ca的LaCr1 xC〇x03+YSZ具有较低的电阻，同时与绝缘层 YSZ热膨胀系数匹配。
[0052] 6、采用空气中共烧结电热塞，与其他的陶瓷电热塞气压烧结或低压热等静压工艺 相比，降低了工艺成本。
[0053] 六、本发明产品优势： 1、高温、快速启动；2、极长的使用寿命；3、很高的性价比；4、解决柴油机冷启动故障； 5、降低柴油机起动工况、低转速工况排放40% ;6、是实现柴油车高等级排放的最佳选择；7、 发动机运行更平稳；8、除氧化气氛外，还能用于还原气氛。
【主权项】
1. 一种柴油发动机氧化物陶瓷电热塞，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 XC〇X03和YSZ组成；绝缘层为YSZ ;发热层由Sr或Ca至少一种掺杂的GdCrO 3和YSZ 组成。2. 根据权利要求1所述柴油发动机氧化物陶瓷电热塞，其特征在于在所述导电层中， YSZ占导电层总质量的1~4%。3. 根据权利要求1或2所述柴油发动机氧化物陶瓷电热塞，其特征在于在所述发热层 中，YSZ占发热层总质量的1~5%。4. 如权利要求1所述柴油发动机氧化物陶瓷电热塞的生产方法，其特征在于包括以下 步骤： 1) 将由掺杂Sr或Ca的LaCr1 XC〇X03、YSZ、油酸、石錯和蜂錯混合制成导电层还体，经脱 蜡、预烧结，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GdCrOjP 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 )将半制品于空气气氛中共烧结，取得氧化物陶瓷电热塞。5. 根据权利要求4所述生产方法，其特征在于所述步骤1)中，先将掺杂Sr或Ca的 LaCr1 xCo x03和粒径为0. 1~0. 5 的YSZ混合，烘干，所述烘干的混合物中含水质量小于 0. 1%、YSZ占烘干的混合物总质量的1~4% ;再将烘干的混合物与油酸、熔融的石蜡和蜂 蜡混合均匀，冷却后取得蜡板块；将蜡板块置于热压铸机中加热，在模具中热压铸成形后脱 膜，取得棒状导电层素坯；将棒状导电层素坯埋入装有经过煅烧的Al 2O3细粉中，将棒状导 电层素坯埋入装有经过煅烧的Al2O3细粉中，以0. 5°C /min升温速率升温至70~80°C，保 温3~5h，再以0. 5°C /min的升温速度，用以排除坯体中的石蜡和蜂蜡，升温至1150°C~ 1250°C进行保温预烧3~5h，取得棒状导电层材料。6. 根据权利要求5所述生产方法，其特征在于所述步骤1)中，所述油酸占烘干的混合 物和油酸、石蜡及蜂蜡总质量的0. 2~0. 5% ;所述石蜡占烘干的混合物和油酸、石蜡及蜂蜡 总质量的12~20% ;蜂蜡占烘干的混合物和油酸、石蜡及蜂蜡总质量的0. 1~2%。7. 根据权利要求4所述生产方法，其特征在于所述步骤2)中，所述含有YSZ的绝缘层 浆料由含有粒径为〇. 01~〇. I 的YSZ的水混合物、分子量为200~10000的聚乙二醇 和无水酒精混合组成；所述聚乙二醇占含有YSZ的绝缘层浆料总质量的0. 5~10% ;酒精占 绝缘层YSZ浆料总质量的0. 1% ;浸涂的厚度为40~1000 y m。8. 根据权利要求4所述生产方法，其特征在于所述步骤3)中，所述含有Sr或Ca掺杂 的GdCrOjP YSZ的发热层浆料由粒径为0. 1~0. 4 ym的Sr或Ca掺杂的GdCrO 3粉、分子 量为200~10000的聚乙二醇、酒精溶液和粒径为0. 01~0.1 ym YSZ的水混合物组成，所 述YSZ占发热层浆料质量的0. 5~2. 5%，所述聚乙二醇占发热层浆料质量的0. 5~15%，Sr 或Ca掺杂的6(1〇03粉占发热层浆料质量的47. 5~49. 5%。9. 根据权利要求4或8所述生产方法，其特征在于所述步骤3)中，浸涂的厚度为400~ 1000 U m〇10.根据权利要求4所述生产方法，其特征在于所述步骤4)中，将半制品埋入经过煅烧 的Al2O3细粉中，以0. 5~1°C /min的升温速度将室温升至600°C，然后再以2~5°C /min 的升温速度升温至1400~1600°C，保温1~4h ;随炉降温后，从Al2O3细粉中取出氧化物陶 瓷电热塞。
【专利摘要】一种柴油发动机氧化物陶瓷电热塞及其生产方法，属于柴油发动机行业领域，将由Sr或Ca掺杂的LaCr1-xCoxO3、YSZ、油酸、石蜡和蜂蜡混合制成导电层坯体，绕结取得棒状导电层材料，将含有YSZ的绝缘层浆料浸涂于棒状导电层材料外，干燥后，在导电层的前部制出圆环槽，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，经干燥，再将半制品共烧结，取得氧化物陶瓷电热塞。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，产品具有升温快、温度高、节能环保和使用寿命长等特点。
【IPC分类】C04B41/87, C04B35/622, F02P19/02, C04B41/89, C04B35/50
【公开号】CN105156251
【申请号】CN201510532837
【发明人】仲洪海, 蒋阳, 蒋仁会
【申请人】扬州市飞鹰电子科技有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月27日