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JPH04160061A - 酸窒化物セラミック焼結体およびスパークプラグ - Google Patents

酸窒化物セラミック焼結体およびスパークプラグ

Info

Publication number
JPH04160061A
JPH04160061A JP2285427A JP28542790A JPH04160061A JP H04160061 A JPH04160061 A JP H04160061A JP 2285427 A JP2285427 A JP 2285427A JP 28542790 A JP28542790 A JP 28542790A JP H04160061 A JPH04160061 A JP H04160061A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sintered body
ceramic sintered
aln
spark plug
oxynitride ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2285427A
Other languages
English (en)
Inventor
Makoto Sugimoto
誠 杉本
Mamoru Musasa
守 無笹
Hiroyuki Tanabe
田辺 宏之
Masahiro Konishi
雅弘 小西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Priority to JP2285427A priority Critical patent/JPH04160061A/ja
Priority to CA002053706A priority patent/CA2053706C/en
Priority to DE69102754T priority patent/DE69102754T2/de
Priority to EP91309769A priority patent/EP0482897B1/en
Publication of JPH04160061A publication Critical patent/JPH04160061A/ja
Priority to US08/031,931 priority patent/US5370832A/en
Priority to US08/285,832 priority patent/US5702998A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00Sparking plugs
    • H01T13/20Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H01T13/38Selection of materials for insulation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/597Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon oxynitride, e.g. SIALONS

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Spark Plugs (AREA)
  • Inorganic Insulating Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱伝導性に優れるとともに高温で高絶縁性を
必要とするスパークプラグに好適な酸窒化物セラミック
焼結体に関する。
[従来の技術] 酸窒化物セラミック焼結体は、熱伝導性に優れることは
知られている。
[発明が解決しようとする課題] しかるに、酸窒化物セラミック焼結体は、熱間で電気絶
縁性が低下し、高電圧が印加されるとトリーイング劣化
(絶縁碍子表面に樹枝条痕ができそれが成長すること)
を起こし易いという欠点がある。
本発明の目的は、熱伝導性に優れ、かつ高温で高絶縁性
を保つことができる、酸窒化物セラミック焼結体および
スパークプラグの提供にある。
[課題を解決するための手段] 上記課題の達成のため、本発明は以下の構成を採用した
(1)焼結体の成分組成が、Sis Na 、All 
N、kflxos換算で三成分組成図の(上記三成分が
記載順に91.5重量%、1.5重量%、7重量%とな
る点;以下同様)(91,5,1,5,7> A、(9
1,5,2,5,6,0)B、(91,5,3,5,5
,0)C1(83,0,7,0,10,01F、(66
,0゜14.0,20.0)J、(50,0,20,5
,29,0)Ol(41,0,24,0,35,0)T
、(41,0,17,0,42,0)S、(41,0,
IQ、0,49゜0)R1(50,0,8,5,41,
5) M、(66,0,6,0,28,0) Hl(8
3,0,3,0,14,0) D、(91,5,1,5
,7)Aで囲まれる領域内に在り、かつ、焼結助剤とし
て、Y、O,、CaO1La203、MgO,CeO,
,5C203,5rO1Bad、Ndz Osのうち少
なくとも一種を上記三成分の換算合計量の0.3〜15
重量%含有する。
(2)絶縁碍子の少なくとも一部に、上記酸窒化物セラ
ミック焼結体を用いた。
[作用および発明の効果コ (請求項1の作用効果) 酸窒化物セラミック焼結体は、共有結合性が極めて強い
ので、導電性が自由電子に支配されている。このため、
通常、高温になる程、自由電子の運動が活発になり電気
抵抗値が低下する。
しかし、焼結体の成分組成が、Si、N、、Aj N、
An 203換算で三成分組成図の(91,5,1゜5
.7)A、(91,5,2,5,6,0)B、(91,
5,3,5,5,0)C1(83,0,7,0,10,
0) F、(66,0,14,0,20,0)J、(5
0゜0、20.5.29.0) 01(41,0,24
,0,35,0)T、(41,0,17,0,42,0
)S、(41,0,10.0,49.0)R1(5G、
0,8.5,41.5)M、(66,0,6,0,28
,0) Hl(83,0,3,0,14,0)D、(9
1,5,1,5,7)Aで囲まれる領域内に在るので、
焼結体は全てβ−サイアロンとなっている。
β−サイアロンは、Si、N、のSiをAjに、NをO
に置換固溶したものであるから、上記共有結合の性質が
薄れ、イオン結合性でかつAj20、の性質(熱間で電
気抵抗が低下しない)に近づく。
尚、焼結助剤の含有量が、三成分の換算合計量の0.3
重量%未満であると、焼結性が悪く焼結体の焼結密度が
高くならず、吸水性を帯びる。また、15重量%を越え
ると粒界にガラス相が形成されるので強度が著しく低下
する。
(請求項2の作用効果) 絶縁碍子は、高温で高絶縁性を保つことができ、熱伝導
性にも優れるので、トリーイングの発生を防止し、ワイ
ドレンジ化を図ったスパークプラグが提供できる。
[実施例] テストピースが熱間で高抵抗を維持できる、三成分組成
図における領域を求めるために行った実験(製造方法を
含む)を、第1図、第2図および第1表に基づいて説明
する。尚、試料番号A〜Vと第1図中の位置表示A〜V
とを同一にした。
(1)窒化珪素原料(平均粒径1.5μm、酸素濃度1
.0重量%)、窒化アルミニウム原料(平均粒径1.0
μm、酸素濃度1.0重量%)、アルミナ原料(平均粒
径1.0μm) 、Yz Os  (純度99.9%、
比表面積12m”7g)に、エタノール、ワックス系バ
インダーを加え、ナイロン製のポット、ボールで24時
閘混合する。尚、狙い組成に対して、焼成時に、Si、
Yは2.3割消失するので、その消失分を見越して量を
決める。
(2)得られた泥漿を噴霧乾燥させた後、直径50mm
、厚さ3.0mmに金型成形し、約500℃で2時間、
酸化仮焼した後、約2t/Cm2の圧力でCIP成形す
る。
(3)この成形体をBN匣の中に入れ、N2ガスをフロ
ーし、第1表に示す焼成条件で焼成する。
(4)焼成体を直径40mm、厚さ1.ommに切削加
工してテストピースを製造する。このテストピースを用
いて、SL、N4換算含有量、AjN換算含有量、Aj
201換算含有量、Y2O3の含有量(蛍光X線の検量
線に拠る)および700℃における絶縁抵抗値(第1図
の装置に拠る)を各々測定する。尚、第2図において、
100.200は真銅製の電極、300はヒータ、40
0は500V−DCのデジタル抵抗計である。
上記(1)〜(4)の実験により、第1表に示す、試料
番号A〜F、HS−J、M〜0、RS−Tのテストピー
スが700℃における絶縁抵抗値が50MΩ以上となる
ことが判明した。
つぎに、緻密に焼結し、かつ実用的な抗折強度が得られ
る、焼結助剤含有量の範囲を決めるために行った実験を
、第2図および第2表に基づいて説明する。
■窒化珪素原料、窒化アルミニウム原料、アルミナ原料
(全て上記と同様)、各焼結助剤(純度99.9%、)
に、エタノール、ワックス系バインダーを加え、上記と
同様にして混合する。尚、狙い組成に対して、焼成時に
、Si、Yは2.3割消失するので、その消失分を見越
して量を決める。
■得られた泥漿を、直径50mm、厚さ3mmの円板、
及び、縦10mmX横40mm、厚さ5mmに金型成形
し、同様に仮焼した後、同様に成形する。
■この成形体を同じようにBN匣の中に入れ、N2ガス
をフローし、第2表に示す焼成条件で焼成する。
■焼成体を直径40mm、厚さ1.0mm、及び、8m
mX30mmX4mmに切削加工してテストピースを製
造する。このテストピースを用いて、Si3N、換算含
有量、AjN換算含有量、!’dlxos換算含有量、
助剤含有量(蛍光X線の検量線に拠る)、焼結体相対密
度 (アルキメデス法により求めた見掛は密度を理論値で割
って求める)、抗折強度(JISC4104の3点曲げ
試験に拠る)、700℃の絶縁抵抗値(第1図の装置に
拠る)を各々測定する。
上記■〜■に示す実験により、焼結助剤を、各成分換算
含有量の合計量の0.3〜15重量%含有する、第2表
に示す、試料番号a〜hに拠るテストピースが、焼結体
の相対密度が高く、700℃の絶縁抵抗値が全て50M
Ω以上であり、抗折強度が高く、スパークプラグの絶縁
碍子に適していることが判明した。尚、試料ka〜h(
izmも同様)に拠るテストピースの三成分組成は、(
91,5,1,5,7)A、(91,5,2,5,6,
0)B、(91,5,3,5,5゜0)C1(83,0
,7,0,10,0) F、(66、0,14,0,2
0,0) J、(5G、0.20.5,29.0)Ol
(41,0,24,0,35,0)T、(41,0,1
7,0,42,OIS、(41,0,10.0,49.
0)R1(5G、 0.8゜5.41.51 M、(6
6,0,6,0,28,0) Hl(83,0,3,0
,14,0)D、(91,5,1,5,7)Aで囲まれ
る領域内に位置している。
さらに、試料ma〜hと同じ材料で、スパークプラグの
絶縁碍子を製造し、この絶縁碍子の軸孔内に中心電極を
公知の方法であるガラスシールを用いて抵抗体、端子電
極とともに封着し、これを、取付ねじを備えた主体金具
に組み付けたところ、ワイドレンジで、かつ失火が起こ
らないスパークプラグが得られることが判明した。(以
下余白)(よトリ
【図面の簡単な説明】
第1図は焼結体の700℃絶縁抵抗値が50MΩ以上と
なる領域を説明するための三成分組成図である。 第2図はテストピースの700℃絶縁抵抗値を測定する
装置の説明図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)焼結体の成分組成が、Si_3N_4、AlN、A
    l_2O_3換算で三成分組成図の(91.5,1.5
    ,7)A、(91.5,2.5,6.0)B、(91.
    5,3.5,5.0)C、(83.0,7.0,10.
    0)F、(66.0.14.0,20.0)J、(50
    .0,20.5,29.0)O、(41.0,24.0
    ,35.0)T、(41.0,17.0,42.0)S
    、(41.0,10.0,49.0)R、(50.0,
    8.5,41.5)M、(66.0,6.0,28.0
    )H、(83.0,3.0,14.0)D、(91.5
    ,1.5,7)Aで囲まれる領域内に在り、かつ、焼結
    助剤として、Y_2O_3、CaO,La_2O_3、
    MgO,CeO_2、SC_2O_3、SrO、BaO
    、Nd_2O_3のうち少なくとも一種を、上記三成分
    の換算合計量の0.3〜15重量%含有する、酸窒化物
    セラミック焼結体。 2)絶縁碍子の少なくとも一部に、請求項1の酸窒化物
    セラミック焼結体を用いたスパークプラグ。
JP2285427A 1990-10-22 1990-10-22 酸窒化物セラミック焼結体およびスパークプラグ Pending JPH04160061A (ja)

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