專利名稱：用于電熱塞的多層熱元件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造燃料點火電熱塞的方法，具體的說，是涉及一種用于 電熱塞的多層熱元件的制造方法。
背景技術(shù)：
電熱塞應用于需要燃燒強烈熱源的地方。例如，電熱塞可作為直接燃燒 點火器用于空間加熱器和工業(yè)爐，以及當柴油機必須冷起動時作為燃燒初始 的輔助。電熱塞還可以作為加熱器在燃料電池中發(fā)揮作用，并從排氣系統(tǒng)中 除去燃燒劑。
關(guān)于柴油機應用的例子，在起動過程，特別是寒冬條件下，油滴將不會 像它們在正常運行速度下一樣很好的霧化，燃燒過程產(chǎn)生的多數(shù)熱量，浪費 在寒冷的燃燒室壁。因此，需要一些額外熱量的形態(tài)來輔助初始燃燒。電熱 塞，位于進氣歧管或燃燒室，是常用的在寒冷的起動條件下提供輔助熱能的方 法。
電熱塞熱元件最高可達到的溫度取決于所提供的電壓，和所用元件的阻
抗性能。通常的范圍是1,000 - 1，30(TC。用于電熱塞的組成的材料的應選 擇能耐熱、能承受來自燃燒產(chǎn)物的化學腐蝕，以及承受高強度的振動和燃燒 過程產(chǎn)生的熱循環(huán)。
為提高性能，耐久性和效率，人們始終在探索能用于電熱塞總成中的新 材料。例如，特種金屬和陶瓷材料已被應用于電熱塞。這些外來材料具有很 多益處，然而高生產(chǎn)設(shè)置下難于制造。有時，它們與其他材料不完全相適應， 導致變形或其他問題。特種金屬存在的另一個普遍的問題是由于麻煩的和低 效的制造技術(shù)，在組成層狀時，特種金屬所表現(xiàn)的公差變化。
因此，需要提供一種制造電熱塞的方法，特別是應用特種金屬材料的電 熱塞的熱元件部分，導致精確成型，耐用的單塊集成結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括一種用于燃料點火電熱塞的多層熱元件的成型方法。該方法 包括如下步驟預成型至少三層帶有不同導電率的層，使其總成構(gòu)成一個電 阻器。這三層包括導電芯體、非導電的絕緣層以及電阻層。該方法進一步還 包括裝配初級結(jié)構(gòu)(precursor structure),把芯體大體上封裝在絕緣層之 中，然后在絕緣層外部加上電阻層的步驟。接著初級結(jié)構(gòu)被壓縮，其后進行 一個燒結(jié)步驟，其中已壓縮的初級結(jié)構(gòu)成型為單塊集成的熱元件，其芯體粘 結(jié)在絕緣層，而絕緣層粘結(jié)于電阻層。
本發(fā)明還公開了一種成型電熱塞的方法。該方法包括預成型導電芯體， 預成型非導電的絕緣層，以及預成型電阻層。裝配初級結(jié)構(gòu)，把芯體大體上 封裝在絕緣層之中，然后在絕緣層外部加上電阻層。接著初級結(jié)構(gòu)被壓縮， 其后進行一個燒結(jié)歩驟，其中所壓縮的初級結(jié)構(gòu)成型為單塊集成的熱元件， 其芯體粘結(jié)在絕緣層，而絕緣層粘結(jié)于電阻層。還有一個導電殼，燒結(jié)的熱 元件插入所述殼中。在所述殼和熱元件的電阻層之間建立電傳導連接。
本發(fā)明提供了一種新的改進的裝配單塊熱元件的方法，通過預成型導電 芯體、絕緣層和電阻層，其后把預成型件組裝成一個初級結(jié)構(gòu)。初級結(jié)構(gòu)被 壓縮至克服任何裝配公差，使組成成分更接近幾乎全致密。燒結(jié)工序增加了 不同層間彼此粘結(jié)的效果，因而得到一個單塊的合成物。這樣的熱元件能夠 在苛刻的公差要求下制造出來，大量多種材料可適于電熱塞應用。例如，預 成型芯體，絕緣層和電阻層，可以由普通金屬，特種金屬，陶瓷或這些材料 的混合，或其他適合的材料制成。


為便于理解本發(fā)明的這些以及其他特征和優(yōu)點，以下結(jié)合具體實施例和 附圖對本發(fā)明進行詳細描述，其中
圖1是本發(fā)明的安裝在柴油機預燃室中的電熱塞的一個實施例的簡化剖 面視圖2是按照本發(fā)明的電熱塞總成的剖面圖3所示的是按照本發(fā)明的電熱塞制造方法的流程圖4A-4E是以一種簡化的方式示意出按照本發(fā)明從預成型材料開始到完 整的電熱塞結(jié)束的成型操作過程；
圖5A-5D是類似于圖4A - 4D，但是又一種可選的用于壓縮初級結(jié)構(gòu)的 技術(shù)的示意圖6A-6E是與圖4A-4D相似的視圖，描述了另一種可替換的熱元件組成 結(jié)構(gòu)；
圖7所示的另一種可選的熱元件組成的縱向截面視圖； 圖8是大體上沿8-8線的截面視圖。
具體實施例方式
參考附圖，其中所有的幾副附圖中，相同的數(shù)字標記指示相同的或?qū)?的零件，圖1中，柴油機通常以10來表示。柴油機IO包括在氣缸中往復運 動的活塞12。氣缸是由模具14成形。氣缸蓋16覆蓋于缸體14上，封閉燃 燒室。進氣歧管貫通氣缸蓋16，并包括一個燃油發(fā)射器18，以一定的時間間 隔，傳遞充滿的霧化燃料到燃燒室。電熱塞，通常由數(shù)字20指示，包括位置 固定的高溫端22，例如，位于預燃室24內(nèi)。圖1所示的這些零件的布置是 一種用于柴油機典型的配置方式。然而，按本發(fā)明的電熱塞同樣適用許多其 他類型的柴油機。而且許多其他類型的裝置可利用本發(fā)明的電熱塞20，如空 間加熱器，工業(yè)用電爐，燃料電池，排氣系統(tǒng)，等等。因此本發(fā)明的電熱塞 20不局限于應用于柴油機中。
現(xiàn)在參考圖2，其所示的是電熱塞20的剖面圖。這里，高溫端22構(gòu)成 了熱元件的遠端，熱元件通常用26表示。熱元件26是組合結(jié)構(gòu)，從中空殼 28的末端伸出，例如通過銅環(huán)30和釬焊接頭32。通過這些裝置，熱元件26 既可以保證相對于殼28固定在適當位置，又可以與其保持電傳導關(guān)系。熱元 件26的近端連接于中心導線34上，通過如錐形連接或釬焊連接。中心導線 34的近端支撐接線端36，該接線端36用于連接來自點火系統(tǒng)的電導線(未示 出)。中心導線34和接線端36通過氧化鋁粉絕緣層38，環(huán)氧樹脂40和塑料 墊圈42，保持與導電殼28電絕緣。當然，多種可替換的材料可適于保持中 心導線34和接線端36在其適當位置并與導電殼28電絕緣。殼28的外部具
有工具安裝部(tool fitting ) 44和螺紋46。當然，依賴于不同的材料以 及打算應用的場合，電熱塞20可以有多種的形式和結(jié)構(gòu)。
總體來說，熱元件26在通過耐阻材料的電流的作用下運行。電流通過中 心導線34被引入熱元件26。電流流過熱元件26，進入通常是金屬的殼28， 通過氣缸蓋16或本裝置的其他部件接地。
現(xiàn)在參考圖3和圖4A-4E，更詳細的描述了制造熱元件26的方法，該 方法包括如下步驟預成型一個導電芯體48，預成型非導電絕緣層50，預成 型電阻層52。接著，通過把芯體48幾乎完全封裝在絕緣層50之內(nèi)，然后再 在絕緣層50的外部提供或設(shè)置電阻層52來安裝初級結(jié)構(gòu)。然后擠壓初級結(jié) 構(gòu)，接著再燒結(jié)，形成一個單塊的熱元件26，該熱元件26的芯體48粘結(jié)到 絕緣層50，絕緣層50又粘結(jié)到電阻層52。還包括一個導電殼28，己燒結(jié)的 熱元件26插入到殼28中。因此在殼28和熱元件的電阻層52之間就建立了 電傳導連接。更確切地，熱元件26包括直接附加在中心導線34上的導電芯 體48。如上所述，這種連接可以通過錐形連接或釬焊連接，或其他適合的安 裝方式實現(xiàn)。芯體48可以大體上采用圓柱體，沿長度的任一位置具有大體上 圓形的截面。然而，其他截面形狀也是可行的。例如，芯體48可以是橢圓的， 或其他在截面上軸向?qū)ΨQ的形狀，或非軸向?qū)ΨQ的形狀。再例如，芯體48 可以是中空的。任何適合的材料均可以用于芯體48，如金屬，傳導陶瓷制品， 金屬陶瓷合成物，以及從包括MoSU TiN, ZrN， TiCN and TiB2族中選出的 組合物。金屬包括鉑，銦，錸，鈀，銠，金，銅，銀，鴿，和上述提到的這 些元素的合金。合成物也可以由帶有電絕緣介質(zhì)的絕緣微?；旌衔镏瞥伞?br> 優(yōu)選的，但不是必須的，芯體48完全的被非導電的絕緣層50包圍。例 如，絕緣層50由包括Si3N4,金剛砂，鋁氮化物，氧化鋁，硅和氧化鋯的一 組材料制成。硼氮化物添加劑，鉭，鈮，釔鋁石榴石(yUriumaluminmn garnet, YAG)的合成物，釔，鎂，鈣，鉿，原子序數(shù)58至81間的稀土元素均可用 于后續(xù)的燒結(jié)過程。用于絕緣層50的材料的其他例子，包括鎂晶石，多鋁紅 柱石，堇青石，硅酸鹽玻璃和硼氮化物。這些都是可用的材料組分的舉例， 實際上，絕緣層50可以由任何一種適合的純化合物或混合物組成。絕緣層也 可以是導電和非導電粒子的合成物，其中導電粒子應低于滲透限度。
按照圖3-6的實施方式，絕緣層50是完全被電阻層52所包圍的。圖7 和8所示的另一種可替換的實施方式中，電阻層252不是管狀的，而是由包 括一條或多條設(shè)于絕緣層250的外部的條紋所替代。同樣，在本發(fā)明的范圍 內(nèi)的其他結(jié)構(gòu)也是可行的。電阻層52可以由任一種已知的具有阻抗性或適度 的電傳導性能的材料和合金制成。如圖4B所示，芯體48，絕緣層50，電阻 層52是預成型，然后裝配成一個初級結(jié)構(gòu)。
至少一個，但優(yōu)選的是所有的預成型件，例如芯體48，絕緣層50和電 阻層52是由低于致密的導電，非導電和電阻材料的基底粉末(ground base powder)合成物預成型的，視情況而定，其與有機粘結(jié)劑(例如蠟狀物)和潤 滑劑混合。粘結(jié)劑可以是包括多種材料的混合物，使微粒粘結(jié)在一起?？伤?劑是可有可無的。粘結(jié)劑可采用水，有機溶劑，或油。這些組分可以按一定 比例混合，產(chǎn)生糊狀或面團狀物質(zhì)，能夠被擠壓，模壓，注塑，沖壓，旋轉(zhuǎn) 等。在預成型的條件下，優(yōu)選的，這些制品是自維持的(self-supporting)， 能夠從一種裝配狀態(tài)轉(zhuǎn)換到下一個，而不會破壞或損壞形狀。
接著，已裝配好初級結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)移到閉鎖式?jīng)_模54，在沖頭56的影響下， 壓縮以減少它的尺寸維度，增大它的整體的密度。擠壓初級結(jié)構(gòu)的模腔58 具有對應于所期望的熱元件的電熱塞的最終的形狀和尺寸的形狀和尺寸。因 此當沖擊件(ram) 56把初級結(jié)構(gòu)強力推入到型腔58時，相對應的層48， 50， 52大體保持完整，無裂口。而且，每一層48， 50， 52按照它的密度成比例 的被濃縮和壓平。壓縮步驟可以在周圍環(huán)境溫度，或高于或低于周圍環(huán)境溫 度下完成，和/或通過一系列的順序沖模。理想的，但不是必須的，初級結(jié)構(gòu) 的每一層中可達到一致的密度。而且，在閉鎖式?jīng)_模54之中，施于各層48， 50， 52的壓縮將導致邊界層的混合和一些受約束的扭曲變形，以增強壓縮效 果，在層48， 50， 52間的接觸面產(chǎn)生冶金材料結(jié)合。
然后，整個已壓縮的初級結(jié)構(gòu)從閉鎖式?jīng)_模54中取出，被稱為"生坯件 (green part)"。所述"生坯件"被轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，在燒結(jié)爐里組分材料將 被燒結(jié)， 一些殘余粘結(jié)劑和潤滑劑被排出。燒結(jié)工序有效地把合成物轉(zhuǎn)化成 整體結(jié)構(gòu)，例如，多種不同的材料被轉(zhuǎn)變成一個具有實質(zhì)上一致的結(jié)構(gòu)和作 用的整體元件。在熱元件26被用于電熱塞之前，必須在芯體48和電阻層52
之間建立電連接。完成這個步驟的一個方法是通過磨削或剪切工序去除圓端
部，在此位置安裝如圖4E所示的導電端60。這個步驟在燒結(jié)之前或之后進 行均可，導電端60能有效的把電流從芯體48傳導到電阻層52，并順次電連 接殼28。其他的預燒結(jié)和/或燒結(jié)后工序也是可適用的，如在熱元件26的近 端內(nèi)的錐形凹口 62的成型，該錐形凹口 62容納形狀相匹配的中心導線34。 錐形的凹口 62應謹慎的成型，以在中心導線34和電阻層之間保持絕緣。其 他的燒結(jié)后工序包括打磨或拋光。
由于初級結(jié)構(gòu)含有潤滑劑和/或粘結(jié)劑，優(yōu)選的，從已完成的熱元件26 中去除全部或部分的潤滑劑和/或粘結(jié)劑。關(guān)于何時和怎么去除這些潤滑劑和 /或粘結(jié)劑，存在不同的選擇。例如潤滑劑，主要用來使壓縮步驟中受到的工 作應力更容易，可在燒結(jié)步驟中從初級結(jié)構(gòu)中蒸發(fā)出去，或者當其還是生坯 件狀態(tài)時在單獨的烘干操作中去除。例如，在燒結(jié)之前進行熱分解工序可以 去除大多數(shù)的潤滑劑。潤滑劑也可以使用溶解或毛細作用方法去除。同樣， 粘結(jié)劑主要是用來在芯體48，絕緣層50，電阻層52預成型狀態(tài)保持形狀， 便于在把這些零件裝配成初級結(jié)構(gòu)之前的處理。在初級結(jié)構(gòu).被壓縮生坯件狀 態(tài)之后所需要的粘結(jié)劑大量減少，在燒結(jié)之后根本就不再需要。因此， 一些， 但優(yōu)選的不是所有的，粘合劑可以在燒結(jié)步驟之前通過熱化，溶解，或毛細 作用的方法去除，在燒結(jié)步驟過程中，不會殘留粘結(jié)劑。有時，也可通過中 間工序中去除潤滑劑或粘結(jié)劑，有利于提高燒結(jié)前的處理或修整工序。也可 以將燒結(jié)步驟改為與低溫(例如200-500C)熱解狀態(tài)相結(jié)合，以便能在達到 實際的燒結(jié)溫度之前，去除潤滑劑和、或粘結(jié)劑。
參考圖5A-5D，所示的是一個可替換的壓縮初級結(jié)構(gòu)的方法。這里，一 個擠壓模64替代了圖4C中所示的閉鎖式?jīng)_模54，其包括一個出口孔66，給 予壓縮初級結(jié)構(gòu)一個設(shè)定的形狀。與閉鎖式?jīng)_模的方法相似，可選的，擠壓 模64被加熱。擠出形狀可以是圓形的或任何其他適合的截面。例如，它可 以是給出一個特殊的適于熱元件26的形狀，以提高強度或獲得其他目的。例 如，熱元件26可以擠壓成一個空氣動力學的形狀，其輪廓特性能幫助控制空 氣，燃料和/或燃燒氣體的流動。也可以為其他目的而設(shè)定特殊的形狀。如圖 5D所示，由于是連續(xù)的擠壓成型件，得到的生坯件具有沿其整個長度一致的
截面形狀。然后生坯件被轉(zhuǎn)移到燒結(jié)爐中，在此會發(fā)生一些收縮，而不同層
的比例尺寸保持相對的完整。如上述圖4E中所示的另外的最后工序也可以在 此完成。
圖5C中所示的壓縮技術(shù)的一個顯著的優(yōu)點是由于擠出成型作為制造方 法固有的效率。通常擠壓模64比閉鎖式?jīng)_模54成本要低，但產(chǎn)品生產(chǎn)能力 要快?？商娲]鎖式?jīng)_模54和擠壓模64的方法也可以應用在此，例如壓縮 步驟可以通過等靜壓技術(shù)(isostatic pressure),其是在燒結(jié)金屬和陶瓷制 品中所熟知的技術(shù)。其他的壓縮初級結(jié)構(gòu)的方法包括在壓輥之間旋轉(zhuǎn)初級結(jié) 構(gòu)，沖壓，鍛造，注塑等。任一種壓縮技術(shù)在普通的周圍環(huán)境，冷卻的或升 高的溫度環(huán)境中操作。而且去除潤滑劑和部分粘結(jié)劑的步驟對應不同壓縮工 具相匹配完成。
圖6A—6E所示的是按照本發(fā)明的成型熱元件126的又一種步驟和配置的 變換。為方便起見，前綴1加在對應的數(shù)字前便于討論和區(qū)分這種替換的配 置與前述實施例中對應的特征。因此，如圖6A所示，預成型元件包括芯體 148，絕緣層150，和電阻層152。在本實施例中，芯體148被制成帶有肩狀 延伸部168。絕緣層150具有互補形的開口 170，用于接收延伸部168和允許 芯體148與電阻層152的直接接觸。因而，這種布置描述了一種在芯體148 與電阻層152之間建立電連接的可替換的方法，不需要附加如圖4E所示的單 獨的導電端60。
圖6A還顯示了一種預成型的傳導套172，其和芯體148，電絕緣層150， 電阻層152安裝在一起構(gòu)成如圖6B所示的初級結(jié)構(gòu)。傳導套172大體上包覆 初級結(jié)構(gòu)中的電阻層152。傳導套172可以由高導電材料制成，例如金屬或 者金屬合金。傳導套172與芯體148，電絕緣層150，電阻層152—樣，由導 電粉末和有機粘結(jié)劑以及潤滑劑混合物預成型。所述粉末和有機粘結(jié)劑以及 潤滑劑在模具中壓制，形成如圖6A所示的自維持物件，例如形狀保持。用于 預成型工序的模具可以是閉鎖式?jīng)_模，擠壓模，搗實模板，注射成型或壓 鑄成型，或任何其他適于產(chǎn)生壓縮的self-supporting物件的成型技術(shù)。接 著四層的初級結(jié)構(gòu)置于如圖6C所示的擠壓模164，經(jīng)過壓縮步驟產(chǎn)生高密度 的生坯件，如圖6D所示。然后所述生坯件被燒結(jié)，接下來需要進行一個或多 個要求的后序工序。例如，參考圖6E，在燒結(jié)步驟之后需要去除部分的傳導 套172，以使熱元件126的高溫端122產(chǎn)生適當?shù)奈锢砗碗娦阅??？商鎿Q的，在一些優(yōu)選的情況下，如去除傳導套172的工序可以在燒結(jié)前的生坯件上完
成，而且在其近端成型錐形凹口 162，用于接收中心導線34的錐形端。
按照上述方法制造的熱元件26， 126將產(chǎn)生改進的單一結(jié)構(gòu)，特別是傳 導的高精確度，高產(chǎn)量制造過程。該方法可用于非常薄的材料層的成型，由 于各自層截面區(qū)域被減小，而保持層狀結(jié)構(gòu)并使層厚度保持它們相對的特性。 而且，由于壓縮和燒結(jié)步驟增強了不同層間的機械和/或材料結(jié)合，合成的單 塊熱元件26， 126顯示出在電熱塞20的苛刻的工作環(huán)境下的耐受力。盡管展 示了上述特定的材料和結(jié)構(gòu)以及相應的附圖，本發(fā)明的方法可以采用多種形 式和材料組成可以廣泛的變化以滿足不同的規(guī)格和應用條件。而且，額外的 層可以合為一體設(shè)計。
預成型層可以由任一種常用于陶瓷制品的成型方法。各自的粉末通常是 碾碎的，以減小微粒尺寸并削弱微粒的任何聚集。所述粉末與例如水之類的 液體介質(zhì)和適當?shù)恼辰Y(jié)劑和潤滑劑混合，通過這樣的方式，制成適合的供給 原料來制造預成型結(jié)構(gòu)。 一種方法是準備包括粉末，液體，粘結(jié)劑和潤滑劑 的熱塑性粘團，通過注塑產(chǎn)生預成型層。另一種方法是形成一個塑料粘團， 通過模內(nèi)壓制這個粘團使其成形為預成型層。第三種方法是處理粉末，液體 介質(zhì)，粘結(jié)劑和潤滑劑成一個粒狀供給原料，接著在模內(nèi)壓成預成型層。第 四種方法，是準備糊狀物，然后擠出成形預成型層，其尤其適于成型芯體。
可以想象，以這種方式設(shè)計的熱元件，其外部傳導層或電阻層不完全圍 住絕緣層。例如，如圖7和8所示，這里前綴2用于前面介紹過的相應的技 術(shù)特征的指示數(shù)字前。預成型絕緣層面250的外表面可以有一個或多個槽74， 預成型的外傳導或電阻層252的形狀適于安裝槽74。因此在最后的壓縮裝配 之后，接下來的燒制中，電熱塞的外表面包括一個或多個由外面的傳導或電 阻層252組成的傳導路徑和絕緣層250的暴露部分。雖然圖7 — 8中所示的電 阻層252只有兩個槽74和相應的條紋，但一個或多個均是可行的，而且槽 74可以是如圖示是縱直的，也可以是螺旋形的彎曲的，或其他形狀。
顯然的，根據(jù)以上描述可以對本發(fā)明做各種改良和變換。因此，可以理 解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，除上述特定實施例外，本發(fā)明可以采用其他 方式實施，而不限于上述說明書中所描述。
權(quán)利要求
1. 一種用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，包括如下步驟預成型導電芯體；預成型具有外表面的非導電的絕緣層；預成型電阻層；通過將所述芯體大體封裝在絕緣層之中并將所述電阻層應用于絕緣層的外表面，來裝配初級結(jié)構(gòu)；壓縮所述初級結(jié)構(gòu)；以及燒結(jié)所述經(jīng)壓縮的初級結(jié)構(gòu)使其形成單塊的熱元件，該熱元件具有粘結(jié)到絕緣層的芯體，所述絕緣層粘結(jié)到電阻層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型芯體的步驟包括將導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑混合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型芯體的步驟包括在模具中壓制導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤 滑劑，使其形成一個自維持件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型絕緣層的步驟包括將非導電粉末與有機粘結(jié)劑、潤滑劑混 合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型絕緣層的步驟包括在模具中壓制非導電粉末、有機粘結(jié)劑 和潤滑劑，使其形成一個自維持件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型電阻層的步驟包括將電阻粉末和有機粘結(jié)劑、潤滑劑混合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型電阻層的步驟包括在模具中壓制電阻粉末、有機粘結(jié)劑和 潤滑劑，使其形成一個自維持件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括通過擠出模加壓初級結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括在閉鎖式?jīng)_模中加壓初級結(jié)構(gòu)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括等靜壓加壓初級結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括在壓輥中旋轉(zhuǎn)所述初級結(jié)構(gòu)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，所述預成型芯體、絕緣層和電阻層的步驟各自包括混合粉末和有機粘 結(jié)劑和潤滑劑，更進一步包括去除己壓縮的初級結(jié)構(gòu)中至少部分的潤滑劑。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，所述去除潤滑劑的步驟與所述燒結(jié)步驟同時進行。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，所述去除潤滑劑的步驟先于所述燒結(jié)步驟進行。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，在燒結(jié)步驟前還包括去除已壓縮的初級結(jié)構(gòu)中部分的粘結(jié)劑。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，還包括預成型導電套的步驟，所述裝配初級結(jié)構(gòu)的步驟還包括在所述 壓縮步驟之前，把電阻層基本上封裝在導電套中。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，所述預成型導電套的步驟包括混合導電粉末和有機粘結(jié)劑和潤滑劑。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，所述預成型套的步驟包括在模具中壓制導電粉末和有機粘結(jié)劑和潤 滑劑，使其形成一個自維持件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，所述預成型導電套的步驟包括在所述燒結(jié)步驟之后去除一部分的套， 以形成熱元件的高溫端。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，還包括在芯體和電阻層之間建立電連接的步驟。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，所述在芯體和電阻層之間建立電連接的步驟包括在燒結(jié)步驟后附加 導電片。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特征 在于，還包括如下步驟.-提供一個殼；把已燒結(jié)的熱元件插入到殼中； 在殼和電阻層之間建立電傳導連接。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法，其特 征在于，還包括插入中心導線到殼中，在芯體和中心導線之間建立電傳導連 接，在中心導線和殼之間建立電絕緣屏蔽。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電熱塞的多層熱元件的成型方法,其特征 在于，進一步包括，在絕緣層的外表面成型至少一個槽，所述裝配初級結(jié)構(gòu) 的步驟包括在所述壓縮步驟前把電阻層插入到槽中。
25. —種電熱塞的成型方法，包括根據(jù)下步驟 預成型導電芯體；預成型具有外表面的非導電的絕緣層； 預成型電阻層；通過將所述芯體大體封裝在絕緣層之中并將所述電阻層應用于絕緣層的 外表面，來裝配初級結(jié)構(gòu)； 壓縮所述初級結(jié)構(gòu)；燒結(jié)所述經(jīng)壓縮的初級結(jié)構(gòu)使其形成單塊的熱元件，該熱元件具有粘結(jié) 到絕緣層的芯體，所述絕緣層粘結(jié)到電阻層；提供一個殼，把己燒結(jié)的熱元件插入到所述殼中；以及 在所述殼和熱元件的電阻層之間建立電傳導連接。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型芯體的步驟包括混合導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型芯體的步驟包括在模具中壓制導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑，使其形成 一個自維持件。
28. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型絕緣層的步驟包括混合非導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型絕緣層的步驟包括在模具中壓制非導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑，使其 形成一個自維持件。
30. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型電阻層的步驟包括混合導電粉末和有機粘結(jié)劑和潤滑劑。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型電阻層的步驟包括在模具中壓制導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑，使其形 成一個自維持件。
32. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括通過擠出模壓縮初級結(jié)構(gòu)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括在閉鎖式?jīng)_模中壓縮初級結(jié)構(gòu)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述壓縮初級結(jié)構(gòu)的步驟包括使初級結(jié)構(gòu)形成一個自維持件。
35. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述壓縮 初級結(jié)構(gòu)的步驟包括在壓輥中旋轉(zhuǎn)所述初級結(jié)構(gòu)。
36. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型芯體、絕緣層和電阻層的步驟各自包括混合粉末和有機粘結(jié)劑和潤滑劑， 更進一步包括去除已壓縮的初級結(jié)構(gòu)中至少部分的潤滑劑。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述去除潤滑劑的步驟與所述燒結(jié)歩驟同時進行。
38. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述去除潤滑劑的歩驟先于所述燒結(jié)步驟進行。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，在燒結(jié)歩驟前還包括去除已壓縮的初級結(jié)構(gòu)中部分的粘結(jié)劑。
40. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，還包括預成型導電套，所述裝配初級結(jié)構(gòu)還包括在所述壓縮步驟之前，把電阻層基本 上封裝在套中。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成型導電套的步驟包括混合導電粉末和有機粘結(jié)劑和潤滑劑。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成型套的步驟包括在模具中壓制導電粉末、有機粘結(jié)劑和潤滑劑，使其形成一 個自維持件。
43. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述預成 型導電套的步驟包括在所述燒結(jié)步驟之后去除一部分的套，以形成熱元件的 高溫端。
44. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，還包括在 芯體和電阻層之間建立電連接。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，所述在芯體和電阻層之間建立電連接的步驟包括在燒結(jié)步驟后附加導電片。
46. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，進一步包括，在絕緣層的外表面成型至少一個槽，所述裝配初級結(jié)構(gòu)的步驟包括在所 述壓縮步驟前把電阻層插入到槽中。
47. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，還包括根據(jù)下步驟提供一個殼；把已燒結(jié)的熱元件插入到所述殼中；以及 在所述殼和電阻層之間建立電傳導連接。
48. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的電熱塞的成型方法，其特征在于，還包括插 入中心導線到殼中，在芯體和中心導線之間建立電傳導連接，在中心導線和 殼之間建立電絕緣屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種單塊的多層的熱元件(26，126，226)，組成電熱塞總成(20)的高溫端(22，122，222)。熱元件(26，126，226)包括導電芯體(48，148，248)，其由絕緣層(50，150，250)環(huán)繞，順次支撐電阻層(52，152，252)?？蛇x的套(172)環(huán)繞電阻層(152)。這些層結(jié)構(gòu)由事先的預成型工序制成，然后裝配在一起形成一個初級結(jié)構(gòu)。所述初級結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到模(54，64，164)內(nèi)，在此壓縮成所謂的生坯件，具有相對熱元件成品(26，126，256)成比例尺寸維度。單獨的層基本保持完整，而一些邊界層的混合可增強材料與材料間的粘結(jié)性。燒結(jié)生坯件使不同的材料粘結(jié)在一起，形成一個實質(zhì)的實體。經(jīng)過不同的必須的后序工序，熱元件(26，126，226)裝配形成電熱塞(20)。
文檔編號B28B1/00GK101389454SQ200680053569
公開日2009年3月18日 申請日期2006年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者吉姆·梅, 小威廉·J·沃克, 約翰·W·霍夫曼 申請人:費德羅—莫格爾公司