《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》是株洲湘火炬火花塞有限責任公司於2012年09月10日申請的發明專利，該專利的公布號為：CN102856792A，專利公布日：2013年01月02日，該專利申請號為201210331764X，發明人是陳光雲，陳件明，王偉強，陳龍。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》將火花塞絕緣體分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體，另一部分為火花塞上部火絕緣體；火花塞發火端絕緣體和火花塞上部火絕緣體分別採用不同配方的氧化鋁陶瓷材料製作；其中，火花塞發火端絕緣體由晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁陶瓷製作，火花塞上部火絕緣體由普通氧化鋁陶瓷製作；兩種不同材料按比例先後填充進模具中，經等靜壓壓製成形後通過燒結製得複合氧化鋁絕緣體。《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》通過採用兩部分不同材料結構的絕緣體，在滿足2012年火花塞高性能要求的前提下，減少了高價材料的用量，相比火花塞絕緣體均使用高性能氧化鋁陶瓷，複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體成本要下降50%以上。
2020年7月14日，《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法
- 公布號：CN102856792A
- 地址：湖南省株洲市荷塘區紅旗北路68號
- 公布日：2013年01月02日
- 發明人：陳光雲，陳件明，王偉強，陳龍
- 申請號：201210331764X
- Int. Cl.：H01T13/38(2006.01)I; H01T21/02(2006.01)I; H01B19/00(2006.01)I
- 申請日：2012年09月10日
- 專利代理機構：上海碩力智慧財產權代理事務所
- 申請人：株洲湘火炬火花塞有限責任公司
- 代理人：王法男
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
火花塞的功能是把高壓導線送來的脈衝高壓電放電，擊穿火花塞兩電極間空氣，產生電火花以此引燃氣缸內的混合氣體，使發動機運轉起來。
由於內燃機燃燒室火花放電產生的高溫燃燒氣體（2000-3000℃），火花塞絕緣體將暴露在約2000℃的燃氣中，且需承受發動機爆發產生5-7兆帕爆發壓力以及高的點火電壓（20-35千伏）。另外，燃氣燃燒產生的SO2、NOx等腐蝕氣體也將對火花塞產生化學腐蝕。因此，火花塞的絕緣體在室溫及其高溫範圍內都應具備優良的使用性能。
氧化鋁陶瓷因其優良的耐熱性、較高的機械強度和絕緣性能以及耐電壓特性等，成為火花塞生產企業首選的絕緣體材料。氧化鋁基絕緣體主要由氧化鋁（Al2O3）組分構成，通常會使用少量燒結助劑如二氧化矽（SiO2）、氧化鈣（CaO）和氧化鎂（MgO）等以降低燒結溫度，提高燒結性能。作為氧化鋁基絕緣體的主要組成部分，氧化鋁原材料本身的性能對火花塞絕緣體性能具有重大的影響作用。
按氧化鋁中Na成分（轉化成Na2O）的不同氧化鋁原材料可分為低蘇打氧化鋁（Na2O含量小於0.1%，質量百分含量，下同）、中蘇打氧化鋁（Na2O含量為0.1-0.2%）和正常蘇打氧化鋁（Na2O含量大於0.2%）。Na+離子具有很高的離子傳導性能，當其大量存在於氧化鋁基絕緣體中時，在500℃以上的高溫下將會引起絕緣體的絕緣電阻、機械強度、耐電壓等特性急劇下降，影響火花塞的點火性能，甚至導致火花塞失效。因此，在火花塞絕緣體的生產過程中，應儘量使用Na成分含量較低的氧化鋁。但在氧化鋁原材料的生產過程中，Na成分的去除將會增加生產成本，因此低蘇打氧化鋁是比較昂貴的。
一般情況下，火花塞絕緣體的機械強度、耐電壓特性等隨著絕緣體中氧化鋁含量的增加而提高，如美國專利ΜS2010/0229813Al介紹的氧化鋁質量百分含量為98.0%和ΜS2011/0251042Al介紹的氧化鋁質量百分含量為99.0%的氧化鋁絕緣體，其高溫機械強度大於400兆帕，介電擊穿電壓達到42千伏/毫米，均都要明顯優於普通氧化鋁絕緣體（氧化鋁含量通常小於95.0%），但氧化鋁含量的增加將會使得絕緣體中燒結助劑含量減少，導致絕緣體的燒結溫度升高，能耗增加、成本上升。
在氧化鋁絕緣體的生產過程中，氧化鋁原材料的原晶粒徑對絕緣體的最終性能具有重要的影響作用。使用原晶粒徑小的氧化鋁原材料，如亞微米級氧化鋁，反應活性高，能夠降低燒結溫度，且能夠抑制絕緣體中晶粒的過分長大，有利於提高火花塞絕緣體的機械強度、耐電壓特性等。但同樣，原晶粒徑小的氧化鋁原材料生產成本較高，價格較昂貴。
近年來（截至2012年），為了滿足節能、環保、安全等要求，內燃機技術尤其是車用汽油機的發展十分迅速。發動機設計趨於緊湊型、小巧型、輕量化，在保證足夠動力性能的同時改善發動機燃油的經濟性，降低發動機油耗。增壓技術的使用，包括渦輪增壓技術和機械增壓技術，能夠有效地提升發動機的升功率，尤其是雙渦輪增壓技術，大大提高了發動機的功率、扭矩。這也使得汽車發動機的壓縮比從傳統的8.5:1提升至了14:1甚至更高，加上增壓比（一般為小於3），汽車發動機壓縮終了壓力從過去的8~10巴提升至2012年的20~40巴左右。另外，還有諸如可變進氣技術、缸內直噴技術GDI、可變壓縮比技術、停缸技術的使用，均使得火花塞工作條件變得更加苛刻，也對火花塞及其絕緣體的使用性能提出了更高的要求。因此，使用原晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的氧化鋁以製備高性能火花塞逐漸成為生產企業必然選擇，但這會造成生產成本的急劇上升；汽車發動機及火花塞的性能指數對比如表一和表二。
表一 汽車發動機的發展
表二 . 汽車發動機的發展導致火花塞的要求對比
火花塞絕緣體性能指標
實踐表明，火花塞在使用過程中，只有火花塞絕緣體的發火端暴露在燃燒塞室中，需承受高溫、高壓、高電壓的衝擊作用，且本身厚度較薄，易引起該部位絕緣體燒損、火花擊穿等現象，導致火花塞失效。同時，也只有火花塞絕緣體的發火端對高溫絕緣電阻有較高的要求。而火花塞絕緣體上部厚度較厚，對該部位絕緣體性能要求較低。因此，若火花塞絕緣體的生產均使用原晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁，不僅會使生產成本急劇上升，同時也會導致功能過剩。
通過中國專利文獻檢索，發現有關於火花塞氧化鋁絕緣體及其製作方法方面的專利，主要有以下幾個：
1、專利號為CN99800197.X，發明名稱為“火花塞、用於火花塞的氧化鋁基絕緣體及用於該絕緣體的生產方法”的發明專利，該專利公開了一種火花塞、用於火花塞的氧化鋁基絕緣體及用於該絕緣體的生產方法，所提出技術方案是在包括氧化鋁作為主要成分的絕緣體中，把絕緣體中的Na成分作為Na2O設定在0.07至0.5wt%的範圍內。儘管Na成分含量高到按常規一直認為超出了常識，但就該範圍的Na成分含量而論，在高溫下的絕緣電阻、機械強度等沒有意外下降，並且能得到性能可與由Na成分含量比上述範圍低的常規低蘇打氧化鋁製成的絕緣體相比較的絕緣體。結果，能使用成本比常規使用的低蘇打氧化鋁低得多的中蘇打氧化鋁和正常蘇打氧化鋁，來代替低蘇打氧化鋁，從而實現火花塞100的絕緣體2、和還有火花塞100的生產成本顯著降低。
2、專利號為CN200980122464.7，發明名稱為《陶瓷火花塞絕緣體及其製造方法》的發明專利，該專利公開了一種用於火花點火裝置的絕緣體，包括：電絕緣陶瓷芯管，其具有接線端、點火端和沿從所述接線端至所述點火端的縱向孔軸延伸的內孔；以及電絕緣陶瓷芯頂部管，其具有第二外表面和第二孔，所述陶瓷芯頂部管的第二外表面與所述陶瓷芯管的接近所述點火端的所述孔嵌套接合併直接粘結。該絕緣體還包括類似的在陶瓷芯管的外表面上的嵌套並直接粘結的肩部管，或在陶瓷芯管的外表面上的嵌套並直接粘結的桿管。該陶瓷可包括氧化鋁基陶瓷，以及其他合適的陶瓷材料，該管可由相同或不同的陶瓷組分製造。《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》還包括通過在燒結期間控制收縮率製造該嵌套的管，直接粘結的絕緣體的方法。
3、專利號為CN201080029677.8，發明名稱為《火花塞》的發明專利，該專利公開了一種具有優異的在高溫下耐電壓特性的火花塞。所述火花塞裝備有中心電極、絕緣體和金屬殼，其特徵在於：所述絕緣體包含氧化鋁基燒結體，所述氧化鋁基燒結體包含矽組分（Si組分），鎂組分（Mg組分），選自鈣組分、鍶組分和鋇組分的至少一種組分，以及稀土元素組分（RE組分）；所述氧化鋁基燒結體的晶界相具有包含所述RE組分的六方鋁酸鹽晶體；在所述氧化鋁基燒結體中，所述RE組分與所述Mg組分的重量比滿足5.4≤（RE氧化物）/MgO≤17.5；在位於所述結晶相中並且用TEM存在六方鋁酸鹽晶體或存在六方鋁酸鹽晶體和Si組分兩者的直徑為0.3納米的圓形光斑中，鹼金屬組分的含量以氧化物換算為0.01-20重量%。
4、專利號為CN201080029969.1，發明名稱為《火花塞及火花塞的製造方法》的發明專利，該專利公開了一種火花塞，其實現了在高溫下的高耐電壓特性，且在高溫下的耐電壓特性不容易降低。《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞的特徵在於，其包括：中心電極、絕緣體和主體配件，所述絕緣體具備含有矽成分、第2族元素成分、和稀土元素成分的氧化鋁基燒結體，作為利用X射線衍射進行分析的結果，所述氧化鋁基燒結體由玻璃相與氧化鋁結晶相形成，用透射型電子顯微鏡觀察所述氧化鋁基燒結體的晶界相，在30個直徑0.3納米的圓形光斑中計算鹼金屬成分與上述稀土元素成分的以氧化物換算的重量比 [鹼金屬/稀土元素] 而獲得的平均值為0.01~1.0。
上述專利雖然都涉及到火花塞氧化鋁絕緣體及其製作方法，但是仔細分析可以看出，這些專利大多仍都是圍繞火花塞氧化鋁絕緣體配方所做的改進，只有專利號為CN200980122464.7的發明專利涉及到絕緣體的結構，但所描述的結構仍只是在普通的結構上重點對成型工藝方法進行改進，所以現有的技術都沒有對根據2012年火花塞的要求，在使用原晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的氧化鋁以製備高性能火花塞造成生產成本的急劇上升的問題加以解決，因此很有必要對此進一步加以研究改進。
發明內容
專利目的
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的目的是，針對以上火花塞氧化鋁絕緣體性能和成本之間的矛盾，提供一種複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體及其製造方法，在提高火花塞使用性能的同時降低生產成本。
技術方案
根據《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的發明目的所提出的技術實施方案是：一種複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體，將火花塞絕緣體分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體，另一部分為火花塞上部絕緣體；火花塞發火端絕緣體和火花塞上部絕緣體分別採用不同配方的氧化鋁陶瓷材料製作；其中，火花塞發火端絕緣體由晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁陶瓷製作，火花塞上部絕緣體由普通氧化鋁陶瓷製作；兩種不同材料按比例先後填充進模具中，經等靜壓壓製成形後通過燒結製得複合氧化鋁絕緣體。
進一步地，所述的火花塞絕緣體分為兩部分是按照火花塞發火端絕緣體與火花塞上部絕緣體1:2-9的比例或能滿足火花塞性能的其他任何比例進行分割。
進一步地，所述火花塞發火端絕緣體的高性能氧化鋁陶瓷氧化鋁的質量百分含量為95.0%~99.9%，其餘成分為常規燒結助劑，使用Na2O質量百分含量小於0.1%的低蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁原材料的原晶粒徑小於1.50微米。按傳統生產工藝，將氧化鋁原材料與燒結助劑混合、球磨、製漿、噴霧乾燥造粒製得粉料待用。
進一步地，所述火花塞發火端絕緣體的氧化鋁原材料使用原晶粒徑約為1微米、Na2O質量百分含量為0.01-0.1%的高活性氧化鋁。
進一步地，所述火花塞上部絕緣體的氧化鋁含量約為85.0-95.0%，使用Na2O含量大於0.1%的中蘇打或正常蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁原材料的原晶粒徑約為3微米。按上述相同生產工藝，製得噴霧乾燥粉料待用。
一種實現上述火花塞絕緣體結構的火花塞絕緣體的製造方法。在火花塞絕緣體毛坯成型時，先按照火花塞絕緣體形狀製作出等靜壓模具，將等靜壓模具以發火端絕緣體朝下的方向垂直豎立放置，將火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構；再將火花塞上部絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構；在150-200兆帕的高壓等靜壓下同時壓制；壓製成型後，磨削成所需火花塞絕緣體的結構，再置於燒結爐內燒結製得複合氧化鋁火花塞絕緣體。
進一步地，火花塞絕緣體毛坯成型時，也可以將等靜壓模具以上部絕緣體朝下的方向垂直豎立放置，也可先將火花塞上部絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構，再將火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構；再將裝有兩種配方氧化鋁陶瓷粉料同時壓制，磨削、燒結製得複合氧化鋁火花塞絕緣體。
改善效果
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的優點在於，《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》通過採用兩種不同材料結構的絕緣體，在滿足2012年火花塞高性能要求的前提下，減少了高價材料的用量，相比火花塞絕緣體均使用高性能氧化鋁陶瓷，複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體成本要下降50%以上。
通過掃描電子顯微鏡顯示燒結後火花塞發火端絕緣體氧化鋁陶瓷晶粒的大小約為2-3微米，500℃的溫度下火花塞的高溫絕緣電阻大於1000兆歐，900℃的溫度下火花塞絕緣體的機械強度達到420兆帕，火花塞絕緣體的介電擊穿電壓達到42千伏/毫米；火花塞上部絕緣體的性能仍與2012年普通火花塞性能相當。
附圖說明
圖1是火花塞結構的半剖主視圖；
圖2是複合氧化鋁基絕緣體結構的半剖主視圖；
圖3是火花塞複合氧化鋁基絕緣體毛坯壓製成型示意圖；
圖4是《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》一個實施例的兩種配方材料不同比例的全剖主視圖；
圖5是《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》另一個實施例的兩種配方材料不同比例的全剖主視圖；
圖6是《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》另一個實施例的兩種配方材料不同比例的全剖主視圖。
技術領域
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》涉及一種火花塞的部件結構及其製作方法，具體說是涉及一種複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法；所述火花塞通過在絕緣體發火端使用高性能氧化鋁陶瓷，絕緣體上部使用普通氧化鋁陶瓷，以提高火花塞性能，降低生產成本。
權利要求
1.《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》其特徵在於，將火花塞絕緣體分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體，另一部分為火花塞上部絕緣體；火花塞發火端絕緣體和火花塞上部絕緣體分別採用不同配方的氧化鋁陶瓷材料製作；其中，火花塞發火端絕緣體由原晶粒徑小於1.50微米、反應活性高、Na2O含量小於0.1%的氧化鋁陶瓷製作；火花塞上部絕緣體由氧化鋁含量為85.0-95.0%，Na2O含量大於0.1%，原晶粒徑為3微米的中蘇打或正常蘇打氧化鋁陶瓷製作；兩部分不同材料按比例先後填充進模具中，經等靜壓壓製成形後通過燒結製得複合氧化鋁絕緣體。
2.如權利要求1所述的複合氧化鋁絕緣體火花塞，所述的火花塞絕緣體分為兩部分是按照火花塞發火端絕緣體與火花塞上部絕緣體1:2-9的比例進行分割。
3.如權利要求1所述的《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》，其特徵在於，所述火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷的質量百分比含量為95.0%~99.9%，其餘成分為常規燒結助劑；按傳統生產工藝，將氧化鋁原材料與燒結助劑混合、球磨、製漿、噴霧乾燥造粒製得粉料待用。
4.如權利要求1所述的《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》其特徵在於，所述火花塞發火端絕緣體的氧化鋁原材料使用原晶粒徑為1微米、Na2O含量為0.01-0.1%的高活性氧化鋁。
5.一種實現權利要求1所述《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》其特徵在於，在火花塞絕緣體毛坯成型時，先按照火花塞絕緣體形狀製作出等靜壓模具，將等靜壓模具以發火端絕緣體朝下的方向垂直豎立放置，將火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構；再將火花塞上部絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構；在150-200兆帕的高壓等靜壓下同時壓制；壓製成型後，磨削成所需火花塞絕緣體的結構，再置於燒結爐內燒結製得複合氧化鋁火花塞絕緣體。
6.一種實現權利要求1所述《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》其特徵在於，火花塞絕緣體毛坯成型時，將等靜壓模具以上部絕緣體朝下的方向垂直豎立放置，先將火花塞上部絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構，再將火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構；再將裝有兩種配方氧化鋁陶瓷粉料同時壓制，磨削、燒結製得複合氧化鋁火花塞絕緣體。
實施方式
下面將結合附圖和實施例對《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》做進一步的描述。
通過附圖可以看出，《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》涉及一種複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體，將火花塞絕緣體分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體，另一部分為火花塞上部絕緣體；火花塞發火端絕緣體和火花塞上部絕緣體分別採用不同配方的氧化鋁陶瓷材料製作；其中，火花塞發火端絕緣體由晶粒徑小、反應活性高、Na2O含量低的高性能氧化鋁陶瓷製作，火花塞上部絕緣體由普通氧化鋁陶瓷製作；兩種不同材料按比例先後填充進模具中，經等靜壓壓製成形後通過燒結製得複合氧化鋁絕緣體。
進一步地，所述的火花塞絕緣體分為兩部分是按照火花塞發火端絕緣體與火花塞上部絕緣體1:2-9的比例或能滿足火花塞性能的其他任何比例進行分割。
進一步地，所述火花塞發火端絕緣體的高性能氧化鋁陶瓷氧化鋁的質量百分含量為95.0%~99.9%，其餘成分為常規燒結助劑，使用Na2O含量小於0.1%的低蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁原材料的原晶粒徑小於1.50微米。按傳統生產工藝，將氧化鋁原材料與燒結助劑混合、球磨、製漿、噴霧乾燥造粒製得粉料待用。
進一步地，所述火花塞發火端絕緣體的氧化鋁原材料使用原晶粒徑約為1微米、Na2O含量0.01-0.1%的高活性氧化鋁。
進一步地，所述火花塞上部絕緣體的氧化鋁含量約為85.0-95.0%，使用Na2O含量大於0.1%的中蘇打或正常蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁原材料的原晶粒徑約為3微米。按上述相同生產工藝，製得噴霧乾燥粉料待用。
一種實現上述火花塞絕緣體結構的火花塞絕緣體的製造方法。在火花塞絕緣體毛坯成型時，先按照火花塞絕緣體形狀製作出等靜壓模具，將等靜壓模具以發火端絕緣體朝下的方向垂直豎立放置，將火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構；再將火花塞上部絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構；在150-200兆帕的高壓等靜壓下同時壓制；壓製成型後，磨削成所需火花塞絕緣體的結構，再置於燒結爐內燒結製得複合氧化鋁火花塞絕緣體。
進一步地，火花塞絕緣體毛坯成型時，也可以將等靜壓模具以上部絕緣體朝下的方向垂直豎立放置，先將火花塞上部絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構，再將火花塞發火端絕緣體的氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構；再將裝有兩種配方氧化鋁陶瓷粉料同時壓制，磨削、燒結製得火花塞複合氧化鋁絕緣體。
結合附圖描述如下：
附圖1給出了火花塞的一般結構圖，從中可以看出火花塞主要包括接線螺桿1、氧化鋁基絕緣體2、金屬殼體3、中心電極4和側電極5。
附圖2給出了《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的氧化鋁基絕緣體為複合氧化鋁基陶瓷的一種結構示意圖：從附圖可以看出，將火花塞絕緣體2分為兩部分，一部分為火花塞發火端絕緣體6，一部分為火花塞上部絕緣體7；其中，火花塞發火端絕緣體6使用高性能氧化鋁陶瓷，火花塞上部絕緣體7使用普通氧化鋁陶瓷。
火花塞發火端絕緣體的高性能氧化鋁陶瓷氧化鋁的質量百分含量為95.0%~99.9%，其餘成分為燒結助劑，氧化鋁原材料使用原晶粒徑約為1微米、Na2O含量為0.01%的高活性氧化鋁。
火花塞絕緣體中氧化鋁質量百分含量的增加，有利於提高氧化鋁基絕緣體的高溫機械強度和耐電壓等特性，《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》發火端絕緣體高性能氧化鋁陶瓷中氧化鋁的質量百分含量最佳值為99.0%。
氧化鋁原材料原晶粒徑細小，所獲得的氧化鋁陶瓷晶粒小、結構緻密，而原材料中Na2O含量較低則有利於火花塞絕緣體高溫絕緣電阻和耐電壓特性的提高。
氧化鋁陶瓷的具體製造步驟如下：將一定比例的氧化鋁原材料與燒結助劑混合、球磨到一定粒徑（D50）；加入少量的分散劑、粘結劑和潤滑劑製得漿料，經噴霧乾燥造粒製得流動性較好的粉料待用。
火花塞上部絕緣體使用普通氧化鋁陶瓷，氧化鋁的質量百分含量為85.0%~95.0%，其餘成分為常規燒結助劑。氧化鋁原材料使用原晶粒徑約為3微米、Na2O含量大於0.1%的中蘇打或正常蘇打氧化鋁原材料。
火花塞上部絕緣體的普通氧化鋁陶瓷，使用原晶粒徑約為3微米的普通氧化鋁，相比細顆粒的氧化鋁原材料，燒結溫度要求更高；而降低絕緣體中氧化鋁的質量百分含量，增加燒結助劑的含量則能夠降低陶瓷絕緣體的燒結溫度。《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》絕緣體上部普通氧化鋁陶瓷中氧化鋁的質量百分含量為95.0%。
火花塞上部絕緣體普通氧化鋁陶瓷使用Na2O含量高、原晶粒徑大的普通氧化鋁原材料將使生產成本急劇下降，提高經濟效益。
按照上述相同的工藝，將氧化鋁原材料和燒結助劑混合後製得噴霧乾燥造粒粉料待用。
附圖3給出了《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的一種加工方式，火花塞複合氧化鋁絕緣體是通過以下步驟製得的：將製得的高性能氧化鋁陶瓷粉料和普通氧化鋁陶瓷粉料分別裝入漏斗一8和漏斗二9中。下料時，漏斗一8先下一部分粉料，如約占毛坯總體積10%—30%的高性能氧化鋁陶瓷粉料14，然後漏斗二9下料至等靜壓模具13填充完畢，如約占毛坯總體積70%-90%的普通氧化鋁陶瓷粉料15。粉料填充完畢，在150-200兆帕的高壓等靜壓下壓制，磨削成規定形狀的絕緣體毛坯，在窯爐中燒結製得複合氧化鋁絕緣體。
為了保證配料的準確，在漏斗一8和漏斗二9下料通道中分別可以設定餵料器10和11；漏斗一8和漏斗二9下料通道匯集到漏斗12中，再通過等靜壓模注料管16注入等靜壓模具13。
當然，在火花塞絕緣體毛坯成型時，也可先將部分上述普通氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體上部結構，再將部分高性能氧化鋁陶瓷粉料填充到等靜壓模具內，用來形成火花塞絕緣體發火端結構。兩種配方氧化鋁陶瓷粉料同時壓制、磨削、燒結製得複合氧化鋁火花塞絕緣體。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》複合氧化鋁絕緣體，絕緣體發火端高性能氧化鋁陶瓷的燒結收縮率為1.195~1.205，絕緣體上部普通氧化鋁陶瓷的燒結收縮率為1.190~1.195，因此在複合氧化鋁基絕緣體發火端和上部的結合處沒有應力產生，兩種配方氧化鋁陶瓷結合緻密。
燒結後，絕緣體發火端的高性能氧化鋁陶瓷晶粒較小，平均粒徑為2~3微米左右，而絕緣體上部的普通氧化鋁陶瓷氧化鋁晶粒較大，平均粒徑達到5~6微米左右。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》中，高性能氧化鋁陶瓷的體積密度達到3.925克/立方厘米，優於普通氧化鋁陶瓷的體積密度3.750克/立方厘米；500℃高溫下，高性能氧化鋁陶瓷的高溫絕緣電阻大於1000兆歐，優於普通氧化鋁陶瓷的分流電阻500兆歐；900℃的高溫下，高性能氧化鋁陶瓷的機械強度達到420兆帕，優於普通氧化鋁陶瓷的機械強度350兆帕；高性能氧化鋁陶瓷的介電擊穿電壓達到42千伏/毫米，優於普通氧化鋁陶瓷的介電擊穿電壓35千伏/毫米。由此可知，高性能氧化鋁陶瓷的性能明顯要優於普通氧化鋁陶瓷。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》中，火花塞氧化鋁絕緣體由兩種配方氧化鋁陶瓷組成：發火端絕緣體高性能氧化鋁陶瓷使用Na2O含量低、原晶粒徑小的高活性氧化鋁原材料，性能優越；上部絕緣體普通氧化鋁陶瓷使用Na2O含量高、原晶粒徑大的普通氧化鋁原材料，價格低廉。因此，《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的複合氧化鋁絕緣體在提高火花塞絕緣體性能的同時能夠降低了生產成本，具有很高的套用價值。《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》中，Na2O含量低、原晶粒徑小的高活性氧化鋁原材料的市場價格是普通氧化鋁原材料的6倍，若複合氧化鋁絕緣體中高性能陶瓷氧化鋁和普通陶瓷氧化鋁所占比例分別為30%和70%，則相比僅用高性能陶瓷氧化鋁一種配方的氧化鋁基絕緣體，複合氧化鋁基絕緣體在保證產品性能的前提下可節約成本58.3%，具有很好的經濟價值。
- 實施例一
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》如附圖4所示，其特徵是火花塞絕緣體由複合氧化鋁陶瓷組成：絕緣體發火端由高性能氧化鋁陶瓷組成，絕緣體上部由普通氧化鋁陶瓷組成。絕緣體發火端高性能氧化鋁陶瓷使用Na2O含量低、原晶粒徑小的高活性氧化鋁原材料，氧化鋁的質量百分含量為99.0%，其餘成分為燒結助劑。絕緣體上部普通氧化鋁陶瓷使用原晶粒徑約為3微米、Na2O含量大於0.1%的中蘇打或正常蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁的質量百分含量為95.0%，其餘成分為燒結助劑。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞複合氧化鋁絕緣體包括以下步驟：將製得的高性能氧化鋁陶瓷粉料和普通氧化鋁陶瓷粉料分別裝入漏斗一和漏斗二中；下料時，漏斗一餵料器先下一部分粉料，如約占毛坯總體積10%的高性能氧化鋁陶瓷粉料，然後漏斗二餵料器下料至等靜壓模具填充完畢，如約占毛坯總體積90%的普通氧化鋁陶瓷粉料。粉料填充完畢，在150-200兆帕的高壓等靜壓下壓制，磨削成規定形狀的絕緣體毛坯，在窯爐中燒結製得複合氧化鋁基絕緣體。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞複合氧化鋁絕緣體，500℃的溫度下火花塞的高溫絕緣電阻大於1000兆歐，900℃的溫度下火花塞絕緣體的機械強度達到420兆帕，火花塞絕緣體的介電擊穿電壓達到42千伏/毫米。相比火花塞絕緣體均使用高性能氧化鋁陶瓷，複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體可節約成本75%。
- 實施例二
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》如附圖5所示，其特徵是火花塞絕緣體由複合氧化鋁陶瓷火組成：絕緣體發火端由高性能氧化鋁陶瓷組成，絕緣體上部由普通氧化鋁陶瓷組成。絕緣體發火端高性能氧化鋁陶瓷使用Na2O含量低、原晶粒徑小的高活性氧化鋁原材料，氧化鋁的質量百分含量為98.0%，其餘為常規燒結助劑。絕緣體上部普通氧化鋁陶瓷使用原晶粒徑約為3微米、Na2O含量大於0.1%的中蘇打或正常蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁的質量百分含量為93.0%，其餘成分為燒結助劑。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞複合氧化鋁絕緣體包括以下步驟：將製得的高性能氧化鋁陶瓷粉料和普通氧化鋁陶瓷粉料分別裝入漏斗一和漏斗二中；下料時，漏斗一餵料器先下一部分粉料，如約占毛坯總體積20%的高性能氧化鋁陶瓷粉料，然後漏斗二餵料器下料至等靜壓模具填充完畢，如約占毛坯總體積80%的普通氧化鋁陶瓷粉料。粉料填充完畢，在150-200兆帕的高壓等靜壓下壓制，磨削成規定形狀的絕緣體毛坯，在窯爐中燒結製得複合氧化鋁基絕緣體。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞複合氧化鋁絕緣體，500℃的溫度下火花塞的高溫絕緣電阻大於1000兆歐，900℃的溫度下火花塞絕緣體的機械強度達到420兆帕，火花塞絕緣體的介電擊穿電壓達到42千伏/毫米。相比火花塞絕緣體均使用高性能氧化鋁陶瓷，複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體可節約成本66.7%。
- 實施例三
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》如附圖6所示，其特徵是火花塞絕緣體由複合氧化鋁陶瓷火組成：絕緣體發火端由高性能氧化鋁陶瓷組成，絕緣體上部由普通氧化鋁陶瓷組成。絕緣體發火端高性能氧化鋁陶瓷使用Na2O含量低、原晶粒徑小的高活性氧化鋁原材料，氧化鋁的質量百分含量為97.0%，其餘成分為燒結助劑。絕緣體上部普通氧化鋁陶瓷使用原晶粒徑約為3微米、Na2O含量大於0.1%的中蘇打或正常蘇打氧化鋁原材料，氧化鋁的質量百分含量為90.0%，其餘成分為燒結助劑。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞複合氧化鋁絕緣體包括以下步驟：將製得的高性能氧化鋁陶瓷粉料和普通氧化鋁陶瓷粉料分別裝入漏斗一和漏斗二中；下料時，漏斗一餵料器先下一部分粉料，如約占毛坯總體積30%的高性能氧化鋁陶瓷粉料，然後漏斗二餵料器下料至等靜壓模具填充完畢，如約占毛坯總體積70%的普通氧化鋁陶瓷粉料。粉料填充完畢，在150-200兆帕的高壓等靜壓下壓制，磨削成規定形狀的絕緣體毛坯，在窯爐中燒結製得複合氧化鋁絕緣體。
《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》的火花塞複合氧化鋁絕緣體，500℃的溫度下火花塞的高溫絕緣電阻大於1000兆歐，900℃的溫度下火花塞絕緣體的機械強度達到420兆帕，火花塞絕緣體的介電擊穿電壓達到42千伏/毫米。相比火花塞絕緣體均使用高性能氧化鋁陶瓷，複合氧化鋁陶瓷火花塞絕緣體可節約成本58.3%。
榮譽表彰
2020年7月14日，《複合氧化鋁絕緣體火花塞及其製造方法》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。
