用于火花塞的绝缘子和包含绝缘子的火花塞 本发明涉及用作内燃机中混合气体点火源的火花塞和包含在该火花塞中的绝缘子。
构成在诸如汽车引擎的内燃机中使用的火花塞的火花塞用的绝缘子(以下叫做绝缘子)通常是用烧结以三氧化二铝(Al2O3)为基的绝缘材料制成的以三氧化二铝为基的烧结体构成的。这是因为氧化铝陶瓷具有优良的耐热性，优良的机械强度和优良地介电强度等特性。特别是，火花塞用的绝缘子可以曝露在内燃机的燃烧室内由火花放电点烧的气体燃烧(约2000℃到3000℃)所产生的500℃至200℃的高温下。因此，用于火花塞的绝缘子在从室温到上述高温范围内具有良好的介电强度是很重要的。迄今为止，所构成的这种绝缘子(以氧化铝为基的烧结体)是用例如含氧化硅(SiO2)，氧化钙(CaO)和氧化镁(MgO)的三元系(统)作烧结辅助剂，以降低烧结温度并提高烧结性。
但是，只用所述三元系(统)烧结辅助剂所制成的绝缘子的缺点是，三元系(统)烧结辅助剂(主要用硅元素构成)中在氧化铝晶粒的界面上烧结后有低熔点玻璃相存在。因此，当绝缘子露在约700℃的高温下时，由于热作用而使低熔点玻璃相软化，会使绝缘材料的介电强度变坏。因此，为了降低低熔点玻璃相出现，就要减少绝缘子制造中所加的烧结辅助剂的添加量。但是这就出现了不能对绝缘子进行致密化处理的缺点。即使从外表上看起来绝缘子是致密的，但是在氧化铝晶粒的界面中仍存在大量的孔隙，这就有可能损坏绝缘子的介电强度。
为了使绝缘子致密，日本专利申请公开JP-A-62-100474提出，将含氧化铝粉和所述三元系(统)烧结辅助剂的原材料粉造粒制成的有预定颗粒直径的原材料组合物与未造粒的同样的原材料组份混合，以减少存在于氧化铝为基的烧结体的界面上的残留孔隙量。JP-A-62-143866提出，烧结含两种颗粒直径不同的氧化铝粉和所述三元系烧结辅助剂的原材料粉，在减少存在于氧化铝为基的烧结体界面上的残留孔隙量。
为了提高存在于氧化铝晶粒界面上的玻璃相的介电强度，日本特许公报JP-B-7-17436提出，用Y2O3,La2O3，和ZrO2作烧结辅助剂制造以氧化铝为基的烧结体，以减少剩余孔隙量和提高存在于氧化铝晶粒界面上的玻璃相的熔点。而且，日本专利2564842还提出，用铝化合物与有机金属化合物混合的以氧化铝粉为主要成分制成的原材料粉，在三元晶界处Y4Al2O9相均匀地分布在均匀的氧化铝晶粒中，由此，能提高所制成的氧化铝为基的烧结体的介电强度。
近年来，为提高内燃机的输出并减小引擎的尺寸，进气阀和排气阀在燃烧室内占据的空间越来越大，火花塞的尺寸已减小。因此，要求构成火花塞的绝缘子应更薄且介电强度更高。但是，按这种情况，即使按所述的各个专利所述的用以氧化铝为基的烧结体制成的绝缘子也不能满足在高达700℃的高温下有足够的介电强度的要求。而且，这种绝缘子会被介电击穿。
本发明的目的是，提供一种包含以氧化铝为主要成分的绝缘子的火花塞，以减少由于用绝缘材料制成的以氧化铝为基的烧结体界面上存在的剩余孔隙作用造成的介电击穿，与常规材料和这种火花塞中用的绝缘子相比，具有在700℃的高温下更高的介电强度。
为克服所述缺陷，已制成的按本发明用于火花塞的绝缘子包含以Al2O3(氧化铝)为主要成分和至少一种选自(Ca)钙)、Sr(锶)、和Ba(钡)的组分的氧化铝为基的烧结体。氧化铝为基的烧结体，至少部分颗粒包括含组分E和Al的化合物，Al和E的摩尔按其氧化物计算为4.5至6.7，相对密度为90％以上。
本发明最重要的一点是，氧化铝为基的烧结体包含氧化铝为主要成分，并且，至少部分颗粒是含E组分和Al组分，E和Al按其氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)是4.5至6.7。
因此，可以认为，包含按特定摩尔比的特定组分的所述化合物是高熔点化合物，与含氧化铝为主要成份的常规绝缘子比，用有这种化合物制成的颗粒的氧化铝为基的烧结体构成的用于火花塞的绝缘子在700℃的高温下具有极其优良的介电强度。摩尔比(Al2O3/E.O)为4.5至6.7的所述化合物的实例包括，BaAl9.2O14.8(摩尔比是4.6，组分E是Ba)，和BaAl13.2O20.8(摩尔比是6.6；组分E是Ba)。或者，也可用除六铝酸盐及其类似物之外的化合物。
这里所用的术语“颗粒”指在切割绝缘子而得到的切割面上看到的除氧化铝颗粒之外的颗粒。镜面抛光绝缘子的切割表面并用SEM观察切割表面就能很容易地证实这些颗粒的存在。如果需要，可在TEM下观察来证实这些颗粒存在。随后，对这些颗粒进行EDS分析，以证实组分E和Al存在于此。
随后，用各种测试方法证实包含在所述颗粒中的“化合物”存在。例如，将通过在SEM下观察并经EDS分析证实有含组分E和Al的颗粒存在的绝缘子粉碎成粉，之后经X射线衍射看是否出现对应有(Al2O3/E.O)摩尔比为4.5至6.7的化合物的光谱，如果出现了与这种化合物对应的光谱，可以断定有化合物存在。在该X射线衍射中，如果E组分是Ba，可能会出现关于BaAl9.2O14.8(摩尔比为4.6)和BaAl12O19(摩尔比是6.0)和BaAl13.2O20.8(摩尔比是6.6)的极其相似的光谱，因此，有时会无法判定有哪种化合物存在。但是，有所述的任何化合物存在处，只要所述的摩尔比(Al2O3/E.O)在4.5至6.7的范围内，就能提高在700℃的高温上的介电强度。除了X射线衍射法之外，其它方法(例如EPM分析法也能证实所述化合物存在。要注意，就是对同样的绝缘子不同的测试方法也能得出不同的摩尔比。但是，只要所述的摩尔比(Al2O3/E.O)是落入预定范围内，任何测试方法均有提高在700℃的高温下的介电强度的作用。
对颗粒存在的位置无特殊限制。颗粒最好存在于绝缘子内部。在颗粒与颗粒的界面上和/或在氧化铝的三元界面点上更好。而且，这些颗粒不必均匀地存在于以氧化铝为基的烧结体内。为了提高介电强度，这些颗粒可集中存在于所要求的介电强度的位置处。对这些颗粒的形状无特殊限定。
假设所述的摩尔比(Al2O3/E.O)低于4.5或高于6.7时，用这些特定的组分构成的化合物会出现结构缺陷，因此，会损坏在700℃的高温下的介电强度，尽管造成这种现象的原因还不清楚。
而且，按本发明，重要的是，绝缘子不仅包含有组分E和Al按其氧化物计算的(Al2O3/E.O)摩尔比在4.5至6.7的化合物形成的颗粒，而且其相对密度应不小于90％。当绝缘子的相对密度低于90％时，绝缘子中会存在大量的剩余孔隙，而电场则会在这些孔隙中集中。这就对提高在700℃的高温下的介电强度造成负面影响。这里用的术语“相对密度”是指用阿基米德法测到的烧结体密度与烧结体的理论密度的百分比。这里用的述语“理论密度”是指烧结体中含的各种元素量换算成氧化物基本量，之后按混合理论计算出结果，而得到的密度。相对密度越大，烧结体密度也越大，因此，剩余孔隙量越小，即，介电强度越高。
如上所述，与常规的火花塞相比，按本发明的绝缘子在700℃高温下有优良的介电强度。因此，当用于要求薄的绝缘子的小尺寸火花塞时，或用于燃烧室内有高温的高输出的内燃机用的火花塞时，按本发明的绝缘子能有效防止例如介电击穿(即火花塞穿透)的麻烦。
按本发明的用于火花塞的绝缘子，判定是否形成了有助于提高介电强度的含组分E和Al的化合物颗粒，而且组分E和Al按其氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)是否在所述的预定范围内。因此对组分Al和E在氧化铝为基的烧结体中的含量本身没有特殊的限定。为了在700℃下有优良的介电强度，按氧化铝为基的烧结体的重量为100wt％计算，在氧化铝为基的烧结体中包含的组分Al和E的量最好分别在80.0wt％至99.8wt％(在91.0wt％至99.7wt％更好)和0.2wt％至10wt％。
按本发明的用于火花塞的绝缘子，所述颗粒中包含的化合物最好是E.Al12O19相。当获得与X射线衍射光谱的JCPDSL(粉末衍射标准联合技术委员会)卡38-0470号，26-0976号和26-0135号相同的光谱图时，就证实有E.Al12O19相存在。JPSD卡38-0470号，26-0976号和26-0135号分别指示CaAl12O19相、SrAl12O19相，和Ba Al12O19相。
为什么含E.Al12O19晶相的颗粒至少部分存在于氧化铝为基的烧结体中时能提高绝缘子的介电强度的原因还不清楚。在所谓的六铝酸盐晶体结构中，该E.Al12O19晶相是理想的晶体结构，因此，与有缺陷的其它晶体结构相比，它具有高熔点，因此，估计可以提高在700℃的高温下的介电强度。无论是否有其它晶体，只要在绝缘子中(以氧化铝为基的烧结体中)至少局部存在由E.Al12O19相构成的颗粒，就能提高介电强度。
按本发明的用于火花塞的绝缘子还可以包含组分硅(Si)。这种情况下，组分Si和所述E的含量按其氧化物计算的摩尔比最好SiO2/(SiO2+E.O)≤0.8的关系。
组分Si容易熔化，以在烧结过程中形成液相，起到促进绝缘子致密的烧结辅助剂作用。因此，包含组分Si可以有效地提高绝缘子的致密度。
所述组分Si起到促进致密的烧结辅助剂作用，并以低熔点玻璃相存在于氧化铝晶体的颗粒与颗粒之间的界面上。按本发明，当绝缘子有含组分E和Al，而且按其氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)为4.5至6.7的颗粒时，具有能明显提高介电强度的作用。因此，在氧化铝为基的烧结体中颗粒与颗粒间的界面上存在有所述性能的颗粒，与单一的低熔点玻璃相比较，可以提高颗粒与颗粒间的界面的熔点。重要的是，要按所述关系调整Si组分的比例。这是因为，按所述关系调节Si组分的比例可以在烧结过程中有效地生成位于颗粒与颗粒之间的界面上的有所述性能的颗粒。结果，能有效地提高在700℃的高温下的绝缘子的介电强度。
按本发明的火花塞包括轴向中心电极，在中心电极周围按径向设置的金属外壳，在对着中心电极的一端固定到金属外壳的接地电极，和用于火花塞的绝缘子，如上所示，它在中心电极与金属外壳之间在中心电极周围按径向设置。按该设置结构，可以构成有在700℃的高温下具有优良介电强度和不易介电击穿(火花塞穿透)的绝缘子的火花塞。
图1是按本发明的火花塞的一个实施例的总的正视图；
图2A和2B火花塞用的绝缘材料的某些实施例的竖直剖视图；
图3是用于测试在700℃的各个样品的介电强度的仪器示意图；
以下将结合附图说明按本发明的某些实施例。
图1中所示的按本发明的火花塞的一个实施例的火花塞100包括轴向延伸的中心电极3，在中心电极3周围按径向设置的绝缘子2，和支撑绝缘子2的金属外壳4。用例如碳素钢(JIS-G3507)构成金属外壳4。接地电极5的一端5a焊到金属外壳4的前端4a处。接地电极5的另一端朝中心电极前端3a延伸并弯成L形，以相对于中心电极3(在前端3a处)形成预定火花塞间隙g。
按本发明的火花塞的主要部件的绝缘子2有沿其中轴O形成的通孔6。终端引线柱7从通孔的一端进入通孔6中并固定。同样，中心电极3进入通孔6的另一端并固定。通孔6在终端引线柱7与中心电极3之间设置电阻器8。电阻器8分别经导电玻璃层9和10在各个端电连接到中心电极3和终端引线柱7。电阻器8是把玻璃粉和除玻璃粉之外的任何陶瓷粉和导电材料粉混合成电阻组合物，再把该组合物经热压而制成的。或者，采用包括中心电极3和终端引线柱7与单层的导电玻璃密封层构成的一个整体结构，也可省去电阻器8。
绝缘子2有通孔6，其中中心电极6沿其中心轴O固定。绝缘子2通常用本发明的绝缘材料构成。这里用的绝缘材料主要由氧化铝(Al2O3)和选自Ca,Sr和Ba中至少一种的组分E构成的氧化铝为基的烧结体构成。
再看绝缘子2，如图1所示，有在其长度的中间部分径向凸出形成的法兰盘状的凸台2e。绝缘子包括有朝中心电极3的前端卧置的前部的主体2b和比凸台2e薄有凸台2e的向后形成部分。另一方面，绝缘子2包括在凸后2e前面比凸台2e薄的第1轴向部分2g和在第1轴向部分2g前面比第1轴向部分2g薄的第2轴向部分2i。主体2b有涂在主体2b四周上的玻璃釉2d和在其四周的朝后端上形成的波纹部分2c。第1轴向部分2g有基本上是圆柱形的周边。第2轴向部分2i有朝其前端变窄的基本上是圆锥形的周边。
绝缘子2中的通孔6有基本上是圆柱形的第1部分6a，中心电极3穿过它进入通孔6中，和基本上是圆柱形的在第1部分6a后面构成的其直径大于第1部分6a的直径的(在图上朝上看)第2部分6b。如图1所示，终端引线柱7和电阻器8装入第2部分6b中，中心电极3设置成穿过第1部分6a。中心电极3有用于固定电极径向向外凸趣的凸出部分3b。通孔6的第1部分6a和第2部分6b在第1轴向部分中相互连接。在该连接位置形成逐渐变细的或曲线隆起的部分接收表面6c，用于接收中心电极3的电极固定隆起部分3b。
第1轴向部分2g和第2轴向部分2i相互连接的部分2k有台阶式周边。台阶式周边与隆起部分4c啮令，形成的啮合部分构成金属外壳4的内表面上的金属外壳的一部分，通过环形板封装，以防止绝缘子2沿轴滑动。另一方面，在金属外壳4的后开口的内表面与绝缘子2的外表面之间设置环形封装线12，与法盘状的隆起部分2e啮合。在封装线12后面与粉状云母13之间的位置设置环形封装线14。由此，把绝缘子2朝金属外壳4插入通孔中。之后，填堵向内朝封装线14的金属外壳4的开口端，以构成弯曲的表面。形成堵塞部分4b，以把金属外壳4固定到绝缘子4上。
图2A和2B展示出绝缘子2的一些实施例。这些实施例的各部分的尺寸是：*总长L1:30至75mm；*第1轴向部分的长度L2：0至30mm(条件是，除去连接到隆起部分2e的部分2f，而包括连接到第2轴向部分2i的部分2k)。*第2轴向部分2i的长度L3:2至27mm。*主体2b的外径D1:9至13mm。*隆起部分2e的外径D2:11至16mm。*第1轴向部分2g的外径D3:5至11mm。*在底边上的第2轴向部分2i的外径D4:3至8mm。*前端上的第2轴向部分2i的外径D5(条件是，第2轴向部分在其前边缘弯曲或成锥形时，外径包括在包括中心轴O的部分上的弯曲表面或锥形表面的外径)是:2.5至7mm。*通孔6的第2部分6b的内径D6:2至5mm。*通孔6的第1部分6a的内径D7:1至3.5mm。*第1轴向部分2g的厚度t1:0.5至4.5mm；*第2轴向部分2i的底部厚度t2(垂直于中心轴O)：0.3至3.5mm。*第2轴向部分2i的的前端厚度t3(垂直于中心轴O，附带条款是，第2轴向部分在其前边缘弯曲或成锥形时，前端厚度是指在包括中心轴O的部分上的底端处的弯曲表面或锥形表面的厚度)：0.2至3mm。*第2轴向部分2i的平均厚度tA[(t2+t3)/2]是：0.25至3.25mm。
图2A所示绝缘子2的所述各部分的尺寸如下：例如：L1是60mm；L2是10mm；L3是14mm；D1是11mm；D2是13mm；D3是7.3mm；D4是5.3mm；D5是4.3mm；D6是3.9mm；D7是2.6mm；t1是1.7mm；t2是1.3mm；t3是0.9mm；tA是1.1mm。
图2B所示的绝缘子2有第1轴向部分2b，和第2轴向部分2i，两部分的外径均稍大于图2A所示绝缘子的相应部分的外径。各部分的尺寸如下，例如：L1是60mm；L2是10mm；L3是14mm；D1是11mm；D2是13mm；D3是9.2mm；D4是6.9mm；D5是5.1mm；D6是3.9mm；D7是2.7mm；t1是3.3mm；t2是2.1mm；t3是1.2mm；tA是1.65mm。
可用例如以下的方法制造绝缘子2。首先，氧化铝(Al2O3)粉，硅(Si)粉和任选的镁(Mg)组分和E组分混合成原材料粉。之后混合物中加入亲水性粘接剂(例如，聚乙烯醇)和水作为溶剂。之后，搅拌混合物，制成可模塑的基浆。
用氧化铝粉作为原材料粉的主组分时，其平均颗粒直径为2.0μm以下。氧化铝粉的平均颗粒直径超过2.0μm时，烧结体本身不能进行充分的致密化处理。因此，会使绝缘子的介电强度损坏。构成原材料粉的氧化铝粉在以氧化铝为基的烧结体中按其氧化物计算的含量最好是80.0wt％至99.7wt％。在91.0wt％至99.0wt％的范围内更好，以获得高介电强度。
组分E、Si和Mg或按其氧化物形式或其组合氧化物形式使用，以及按其各种无机粉形式使用。例如，氢氧化物粉，碳酸盐粉，氯化物粉，硫酸盐粉，硝酸盐粉和磷酸盐粉。例如，用组分Ca或Ba作为组分E，那么，组分Si和Mg可分别按CaCO3粉或BaCO3粉，SiO2和MgO粉形式混合。这些无机粉在大气中高温烧结时都应是能形成氧化物的形式。
要加入的无机粉中，组分E粉的平均颗粒直径最好在1.0μm以下。组分E的平均颗粒直径超过1.0μm时，组分E和Al不能充分反应，因此，不可能制成包含组分E和Al，而且按其氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)在4.5至6.7的化合物颗粒。氧化铝为基的烧结体中包含的按其氧化物计算的E组分量为0.2至10.0wt％，以获得高的介电强度。
在要加入的无机粉中，要加入的组分Si的量应是按组分Si和E的氧化物计算的摩尔比满足SiO2/(SiO2+E.O)的关系。以所述组分E的氧化物算出的E含量为基础计算出按Si氧化物计算的组分Si的量。可把组分Si和E要加入的量计入组分Al和E按其氧化物计算的总量中。包含在氧化铝为基的烧结体中的组分Mg的含量应是按其氧化物计算的5wt％以下，在3wt％以下更好，以获得高介电强度。包括组分Si和Mg的这些无机粉的平均颗粒直径最好在1μm以下。
对制备可模塑的基浆中用作溶剂的水无特殊限制。也可用制备常规绝缘材料中用的水。粘接剂可用亲水性有机化合物。这里用的亲水性有机化合物包括聚乙烯醇(PVA)，水溶性丙烯酸树脂，阿拉伯树胶，和糊精。这些亲水性有机化合物中PVA最好。对制备可模塑基浆的方法无特殊限制。可用任何混合法把原材料粉，粘接剂和水混合制成可模塑的基浆。以原材料粉的重量为100份、可包含的粘接剂和水的重量分别为0.1至5份(0.5至3份重更好)，和40至120份重(50至100份重更好)。
之后，用喷干法或类似于制备球形颗粒的可模塑基础造粒材料的方法来干燥可模塑的基浆。因此，制成的造粒材料的平均颗粒直径应是30μm至200μm，实际上是50μm至150μm更好。可模塑的基础造粒材料然后经橡胶模压制成作为绝缘材料的初始材料的模压制品。之后，这样制成的模压制品在热固性树脂轮上切去周边，制成有相当于图2A和2B所示形状的外形的制品。之后，制成品在大气中在1500℃至1700℃的温度下烧结1至8小时。模塑制品经上釉，之后，最终烧结成绝缘子2。模塑制品保持在所述烧结温度范围内时，可在所述温度范围内的任选温度保持预定的时间周期，或在所述烧结温度范围内温度按预定的加热计划变化持续预定的时间周期。
以下将说明火花塞100的工作。详细地说，火花塞100经金属外壳4上形成的螺纹部分4d安装到引擎上，它可以用作点燃引入燃烧室的混合气体的点火源。可用按本发明的在700℃高温下有高介电强度的绝缘材料制成火花塞100用的绝缘子。即使用在其燃烧室有高温的高输出引擎中。这样制成的火花塞100也不会被介电击穿(即火花塞穿透)，因此，它具有高可靠性。
如图2A和2B所示，假若在引擎隆起部分2e的前面构成其直径比引擎隆起部分2e的直径小而薄的轴向部分(在这里，是第1轴向部分2g和第2轴向部分2i的的组合)，例如，第2轴向部分2i容易被介电击穿(即火花塞穿透)。因此，按本发明的绝缘材料对这种绝缘子2完全适用。图2A所示绝缘子中，规定第2轴向部分2i的平均厚度为1.1mm。但是，即使在中心电极3周围构成这种小厚度的按本发明的绝缘子，也能有效防止或抑制如介电击穿的麻烦。
按本发明的火花塞的应用不限于图1所示的类型。火花塞可构成为包括在诸如火花隙的前端处面对中心电极的侧面设置的多个接地电极的形式。这种情况下，火花塞可以是包括插在中心电极的侧面与接地电极的前表面之间的绝缘子的前端的半表面放电型。按该装配方式，沿着绝缘子前端表面进行火花放电，与空气放电型火花塞相比，它能增强抗烟雾能力。
以下的实例将证实本发明的作用。
从平均颗粒直径为0.8μm，纯度为99.9％的CaCO3粉；平均颗粒直径为1.0μm，纯度为99.9％的BaCO3粉；和平均颗粒直径为0.8μm，纯度为99.9％的SrCO3粉组成的材料组中选出任何一种作为组分E；和平均颗粒直径为0.6μm，纯度为99.9％的SiO2粉和/或平均颗粒直径为0.3μm，纯度为99.9％的MgO粉，按表1中规定的比例加入平均颗粒直径为0.4μm，纯度为99.8％以上的氧化铝粉中，制成原材料粉。
以原材料粉的重总量为100份，给这样制成的原材料粉中加入2份重的作为亲水性粘接剂的PVA，和70份重的作为溶剂的水。之后，混合物在球磨机中用氧化铝球进行湿磨搅拌，制成可模塑的基浆。之后，这样制成的可模塑的基浆用喷干法干燥，制成球形颗粒的可模塑的基础造粒材料。对造粒材料再粉碎成颗粒直径为10μm至355μm的颗粒料。这样制成的可模塑基础造粒材料放入橡胶压模中。之后，可模塑基础造粒材料在100Mpa的压力下，用用于模具通孔6的橡胶压杆进行橡胶模压。之后，这样制成的模压制品在热固性树脂滚轮上切去周边制成有预定外形的绝缘材料模制品。之后，模制品保持在大气下在表1中规定的烧结温度中(最高的烧结保持温度)72小时，进行烧结。经烧结后的模制品径上釉，之后，最后烧结成图2A所示的绝缘子2。
之后，对这样制成的绝缘子作以下评估。测试相对密度，用阿基米德法测试这些绝缘子的密度(相对密度)。之后，确定测试值与用混合理论得到的理论密度之比。结果列于表2中。
这些绝缘子还要对按氧化物计算的组分进行化学分析。之后，从组合物分析的结果计算出组分Si和E按其氧化物计算的在绝缘子中包含的摩尔比SiO2/(SiO2+E.O)，结果列于表2中。
之后，对在SEM下看到的存在于氧化铝颗粒界面上的颗粒进行EDS分析，以证实在氧化铝为基的烧结体(绝缘材料)中存在至少含组分Al和E的颗粒。结果列于表3中。为了在SEM下观察，绝缘子要切割。之后，对切割面积进行镜面抛光。用JEOL Ltd制造的JSM-840型扫描电子显微镜测试。
如果经EDS分析后证实所述颗粒存在，之后，绝缘子要经粉末X射线衍射，以证实在绝缘子中是否有包含组分Al和E，而且按Al和E的氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)是在4.5至6.7的化合物存在。证实结果列于表3中。粉末X射线衍射结果如果出现了E.Al12O19相的衍射峰，则断定颗粒中包有所述摩尔比(Al2O3/E.O)为6.0，即，E.Al12O19=6(Al2O3)·(E.O)的化合物。如果颗粒尺寸够大，这些颗粒要进行EPMA分析，以确定各种组分的量。为了计算摩尔比(Al2O3/E.O)，结果可还原成氧化物。本例中为了要进行粉末X射线衍射，绝缘子在氧化铝研钵中研磨成能穿过300目筛子的小颗粒。之后，用RU-200T型X射线发生器和RigakuCorp生产的带单色光仪的广角测角仪测试这样制成的粉，测试条件是：管电流为100mA，管电压为40kv，步进为0.01°；扫描速度为2°/分钟。
之后，测试在700℃的介电强度。为了测试介电强度，用与上面所用的相同的可模塑的基础造粒材料制成要测试介电强度的样品。详细的说，在100Mpa的压力下模压制成可模塑的基础造粒材料，这样制成的可模塑的基础造粒材料在所述绝缘子相同的条件下烧结，制成直径为25mm厚度为0.65mm的盘形样品。如图3所示，这些样品夹在电极21a与21b之间，并用氧化铝圆柱形绝缘子22a和22b和密封玻璃23固定。用电加热器24把加热盒25内部加热到700℃。在该条件下，当高压电源(CDI功率源)26加到样品上的电压达到千伏范围至样品出现介电击穿为止，之后测试样品的初始绝缘电阻和介电强度。结果列于表3中。
图1中示出用于构成火花塞100的各种绝缘子。评估这些火花塞100作为实际产品的介电强度。本例中火花塞100的金属外壳4的螺纹的直径是12mm。之后，火花塞100安装在四缸引擎上(位移2000CC)。之后，引擎以6000rpm的高速开足马力连续转动，最高的放电电压固定到35kv和38kv，绝缘子前端(图1中的下部)温度要固定在700℃到730℃的范围内。运转50小时后，在绝缘子上出现击电介穿(即火花塞穿透)时评估测试样品，在表3中用符号O表示经50小时运行后绝缘子上没有出现不正常状态，而用X表示经50小时运行中绝缘子上出现介电击穿。
表1 样品号 组分(重量份) 烧结温 度(℃) Al2O3 SiO2 MgO CaO SrO BaO 1 90.25 2.5 0.25 2 - 5 1,625 2 98.5 - - - - 1.5 1,650 3 90 4 0.5 0.5 - 5 1,625 4 99.2 - 0.1 - - 0.7 1,650 5 95 1 3 1 - - 1,575 6 98.5 - 0.5 - 1 - 1,650 7 98 - 0.5 - - 1.5 1,650 8 93 1 3 - - 3 1,625 9 96 1 - - - 3 1,650 10 95 2.5 0.5 2 - - 1,650 *11 97 - 3 - - - 1,650 *12 95 3.9 - - - 1.1 1,650 *13 95 0.5 0.5 4 - - 1,675
注： *表示对比例
表2 样品号 烧结体组分(wt％)相对密度 (％) SiO2/(SiO2 +E.O) A12O3 SiO2 MgO CaO SrO BaO 1 90.2 2.54 0.26 2.02 - 4.98 93.3 0.38 2 98.4 0.07 - - - 1.49 97.2 0.11 3 89.9 4.04 0.50 0.50 - 4.98 95.1 0.62 4 99.1 0.09 0.11 - - 0.70 98.7 0.25 5 94.9 1.05 2.99 0.99 - - 96.5 0.50 6 98.4 0.06 0.51 - 0.99 - 97.6 0.09 7 97.9 0.05 0.50 - - 1.49 97.8 0.08 8 93.0 1.02 2.99 - - 2.98 95.6 0.47 9 96.0 1.03 - - - 2.98 95.9 0.47 10 94.9 2.56 0.51 2.03 - - 94.3 0.57 *11 96.9 0.06 3.01 - - - 96.5 1.00 *12 94.8 3.93 - - - 1.09 96.1 0.90 *13 94.9 0.49 0.50 4.02 - - 89.3 0.10注： *表示对比样品
表3 样品 号 有含Al和E 的颗粒存在 有摩尔比(Al2O3/E.0)为4.5至6.7的化合物存在 绝缘电阻 (MΩ) 介电强度 (kv/mm) 颗粒的介电 强度 35kv 38kv 1 ○ ○ 2,100 50 ○ ○ 2 ○ ○ 13,000 58 ○ ○ 3 ○ ○ 2,000 51 ○ ○ 4 ○ ○ 7,100 52 ○ ○ 5 ○ ○ 2,500 56 ○ ○ 6 ○ ○ 3,400 58 ○ ○ 7 ○ ○ 2,700 59 ○ ○ 8 ○ ○ 2,800 56 ○ ○ 9 ○ ○ 9,800 62 ○ ○ 10 ○ ○ 4,300 55 ○ ○ *11 × - 320 35 × × *12 × - 2,100 46 ○ × *13 ○ ○ 45 25 × ×
注： *表示对比样品
从表2和3所示的结果表明样品1至10号包含的绝缘材料中所含的氧化铝为基的烧结体有含组分E和Al的并且按E和Al的氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)是4.5至6.7的化合物构成的颗粒，烧结体的相对密度在90％以上，在700℃的高温下的介电强度可达50kv/mm。同样品1至10号的绝缘材料制成的火花塞在35kv至38kv的最高放电电压下绝缘子没出现介电击穿，因此，具有优良的火花塞性能。
检测组合物时发现有些样品在制备过程中没加某些组分。这可以认为，这些组分已经作为在各种原材料中最初包含的杂质而被检测出来。
反之，对比样品11和12的绝缘材料中的氧化铝为基的烧结体没有至少含组份E和Al而且按其氧化物计算的摩尔比(Al2O3/E.O)在4.5至6.7的化合物制成的颗粒，而且在700℃的介电强度小于50kv/mm。样品12在700℃的介电强度低到46kv/mm。证实即使绝缘材料氧化铝为基的烧结体含组分Ba作为组分E，也不能有效地制出由具有所述摩尔比(Al2O3/E.O)为4.5至6.7的化合物构成的颗粒。因为，按氧化物计算的摩尔比SiO2/(SiO2+E.O)超过0.8，这就使它在700℃不能具有足够大的介电强度。
样品13号中含的绝缘材料(氧化铝为基的烧结体中有所述摩尔比(Al2O3/E.O)是4.5至6.7的化合物构成的颗粒，但相对密度在90％以下，是本例的样品中结果最差的样品，即，在700℃的介电强度低到25kv/mm。这就证实，即使绝缘材料中有所述摩尔比(Al2O3/E.O)为4.5至6.7的化合物构成的颗粒，如果绝缘材料的相对密度不在90％以上，也不能具有提高在700℃的高温下的介电强度的作用。
本申请要求的外国优先权的每个外国申请的全部公开内容均引入本文作为参考。