MXPA06013887A - Sistemas de encendido. - Google Patents

Abstract

Se proveen sistemas de encendido resistivo que comprenden un sustrato de metal con un elemento de encendido resistivo asociado (26) en conexion electrica a traves de soldadura blanda (24) aplicada al sustrato de metal; los sistemas de encendido de la invencion pueden permitir la fabricacion significativamente simplificada asi como la produccion de rendimiento notablemente mas alta de encendedores mas robustos; en sistemas preferidos, el material de soldadura blanda (24) se aplica al sustrato de metal para unir el encendedor (26) y el sustrato de metal, lo que puede permitir la aplicacion de una cantidad relativamente precisa de soldadura de metal en un area definida del sustrato de metal.

Description

SISTEMAS DE ENCENDIDO SOLICITUD RELACIONADA La presente solicitud reclama el beneficio de la solicitud provisional de E.U.A. con número 60/575,666, presenta el 28 de mayo del 2004, que se incorpora aquí por referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere generalmente a encendedores resistivos y, muy particularmente, a sistemas de encendido resistivo que incluyen un sustrato de metal tal como un bastidor de terminal con un elemento de encendido resistivo alojado en conexión eléctrica a través de soldadura aplicada a sustrato de metal. En sistemas preferidos, el material de soldadura se aplica al sustrato de metal antes de unir un encendedor de cerámica y sustrato de metal, lo que puede permitir la aplicación de una cantidad relativamente precisa de soldadura en un área definida de sustrato de metal.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los materiales de cerámica se han utilizado con gran éxito como encendedores en chimeneas, estufas y secadoras de ropa encendidas con gas. Un encendedor de cerámica típicamente incluye un elemento de superficie caliente en cerámica que tiene una porción extrema conductora y una porción altamente resistiva. Cuando los extremos del elemento son conectados a terminales electrificadas, la porción altamente resistiva (o "zona caliente") aumenta en temperatura. Véanse, generalmente, patentes de E.U.A Números 3,875,477, 3,928,910, 3,974,106, 4,260,872, 4,634,837, 4,804,823, 4,912,304, 5,085,237, 5,191 ,508, 5,233,166, 5,378,956, 5,405,237, 5,543,180, 5,785,911 , 5,786,565, 5,801 ,361 , 5,820,789, 5,892,201 y 6,028,292. Puesto que estos encendedores son resistivamente calentados, cada uno de sus extremos debe ser eléctricamente conectado a una terminal conductora, típicamente una terminal de alambre de cobre. Sin embargo, hay problemas asociados con la conexión del elemento de superficie caliente de cerámica a las terminales. Un problema ha sido unir el material de cerámica y el alambre de terminal que no se unen bien entre sí. Véase el documento EP0486009, que usa una combinación de soldadura blanda y soldadura eléctrica para fijar la cerámica y el alambre de terminal. Por varias razones, sin embargo, el uso de soldadura eléctrica es menos deseable ya que incluye un procedimiento relativamente laborioso y ocasiona daño frecuente del elemento de encendido de cerámica por la aplicación de soldadura eléctrica de alta temperatura (v.gr., 1600-1800°C). Se han hecho esfuerzos para manejar problemas causados por conexiones de soldadura. Por ejemplo, la patente de E.U.A. 5,564,618 de Axelson reconoció que el desacoplamiento de CTE entre la soldadura blanda y la soldadura fuerte causaba rompimiento durante el paso de soldadura, y se buscó reducir al mínimo la soldadura blanda al utilizar un enfoque de tamizado en seda. La patente de E.U.A. 6,440,578 reporta ciertos materiales de soldadura que se dice que proveen propiedades de unión mejoradas. Véase también la patente de E.U.A. 6,635,358. Otros esfuerzos han buscado eliminar la soldadura de los sistemas de terminación de encendedor de cerámica, pero estos enfoques generalmente tienen ya sea sistemas frágiles o temporales. Véase, por ejemplo, el documento GB 2,059,959, que describe una redundancia de soporte mecánico para el elemento de superficie caliente-terminal eléctrica que indica que la conexión sin soldadura reportada es relativamente insegura.

La patente de E.U.A. 5,804,092 reporta un cierto sistema de encendido de cerámica modular, en el cual el elemento de superficie caliente de cerámica es conectado en un receptáculo que tiene un contacto conductor en el mismo. Un encendedor de cerámica altamente útil que no utiliza soldadura eléctrica para conexiones eléctricas se describe en la patente de E.U.A. 6,078,028 de Saint-Gobain Industrial Ceramics, Inc. Métodos altamente útiles adicionales para producir encendedores de cerámica se describen en las patentes de E.U.A. 5,564,618 y 5,705,261 y la solicitud publicada de E.U.A. 2003/0080103. Además de las dificultades para fijar de manera segura conexiones eléctricas a elementos del encendedor de cerámica, el procedimiento de fijación puede ser laborioso. Véase, por ejemplo, patentes de E.U.A. 6,440,578 y 6,635,358. Por lo tanto, sería deseable tener nuevos encendedores de cerámica que pudieran proveer propiedades de rendimiento incrementadas. Sería particularmente deseable tener nuevos métodos y sistemas que pudieran proveer una conexión eléctrica segura a un encendedor de cerámica. También seria particularmente deseable tener nuevos métodos y sistemas mejorados para producir encendedores de cerámica.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Ahora, los inventores de la presente proveerán un nuevo sistema de encendido que incluye un sustrato de metal con un elemento de encendido resistivo en conexión eléctrica a través de soldadura blanda aplicada a sustrato de metal. Los inventores de la presente han encontrado los sistemas de encendido de la invención capaces de ser fabricados en forma significativamente simplificada y con una producción de rendimiento notablemente mayor de encendedores más robustos. Muy particularmente, en un aspecto preferido, se proveen sistemas de encendido resistivo que comprenden un sustrato de bastidor de terminal, un encendedor resistivo y material de soldadura blanda. El material de soldadura blanda se aplica al sustrato de bastidor de terminal antes de unir el encendedor y el bastidor de terminal, que permite la aplicación de una cantidad relativamente precisa de soldadura blanda en un área definida de sustrato de bastidor de terminal. Los métodos preferidos incluyen la aplicación de una soldadura blanda sin pasta, particularmente una lámina delgada o tira de soldadura blanda a una lámina de soldadura de plomo seguida por la formación de bastidores de terminal individuales tal como mediante estampado de metal u otro procedimiento. Estos métodos y sistemas de la invención pueden proveer ventajas significativas sobre enfoques de la técnica que han aplicado pasta de soldadura blanda a un dispositivo de bastidor de terminal/encendido ensamblado. Entre otras cosas, dicha aplicación de pasta de soldadura blanda es de mano de obra intensiva y puede dar como resultado una cantidad de deposición variable en cada dispositivo. La aplicación de pasta manual con pistola de tipo pegamento u otro dispositivo de suministro puede variar con la cantidad, presión, sitio de deposición exacto y ángulo, etc. Además, las características de un material de pasta de soldadura blanda pueden variar con las condiciones ambientales tales como temperatura y humedad dando por resultado variabilidad adicional entre ensambles fabricados. Preferiblemente, el bastidor de terminal formado u otro sustrato de metal comprende un material de soldadura blanda en un área de bastidor de terminal definida que se acopla con un área de zona conductora de un elemento de encendido alojado dentro del bastidor de terminal. El tratamiento térmico provee reflujo de soldadura blanda que une al bastidor de terminal y al encendido a través de la soldadura blanda. Los sistemas de la invención pueden permitir la deposición de una fuente de soldadura blanda que es consistente con respecto a la colocación y masa, que puede ser importante para la fabricación de un sistema robusto de bastidor de terminal/encendido. La soldadura blanda puede ser depositada en un área definida elevada por arriba de una superficie de bastidor de terminal por lo que la soldadura blanda sólo puede hacer contacto con un área central de una superficie del encendedor coincidente. Dicho acoplamiento más preciso de la fuente de soldadura blanda y centro de encendido puede reducir la probabilidad de material de soldadura blanda de extenderse a un borde de elemento de encendido, que puede deformar y debilitar la unión de soldadura blanda/cerámica subsecuentemente formada. De hecho, se ha encontrado que los sistemas de encendido preferidos de la invención pueden presentar uniones de bastidor de terminal/encendedor de cerámica excepcionalmente robustas. Véase, por ejemplo, los resultados comparativos del ejemplo 3, que siguen. Una variedad de materiales de soldadura blanda se pueden utilizar en los sistemas de la invención incluyendo composiciones basadas en cobre y plata. Los inventores de la presente han encontrado que las composiciones de soldadura blanda que comprenden una porción sustancial de plata (v.gr., 60 ó 70 % en peso de la composición de soldadura blanda total siendo plata) puede proveer una unión particularmente robusta entre encendedor de cerámica y sustrato de metal que es resistente a altas temperaturas. Por lo tanto, en aspecto, se proveen sistemas de encendido que tienen composiciones de soldaduras de latón con alto contenido de plata, incluyendo sistemas de encendido que comprenden una composición de soldadura blanda que tiene un contenido de plata en exceso de 60 o 70% en peso. Los sistemas preferidos incluyen sistemas de encendido resistivo que comprende un sustrato de metal, un elemento resistivo y un material de soldadura blanda que tiene un contenido de plata de por lo menos aproximadamente 70, 80, 90 ó 95% en peso con base en el peso total del material de soldadura blanda. Una amplia variedad de elementos de encendido se pueden utilizar en el sistema de la invención. Los encendedores de cerámica típicos útiles para sistemas de la invención contienen porciones tanto de zona caliente como fría. Las zonas calientes están compuestas de una composición concrecionada que contiene tanto un material conductor como un material aislante, así como, opcionalmente pero típicamente, un material semiconductor. Las porciones de zona conductora o fría de encendedores de cerámica de la presente invención contendrán una composición concrecionada de componentes similares como las zonas calientes del encendedor, pero concentraciones comparablemente más altas del material conductor.

Los sistemas de encendido de la invención tendrán utilidad significativa en un gran número de aplicaciones, incluyendo, v. g., encendido para unidades de calentamiento de gas para edificios residenciales y comerciales, dispositivos de cocina tales como un quemador de estufa o de horno y otro aparato que requiere encendido rápido de combustibles de gas y líquido. Los sistemas de encendido preferidos de la invención son altamente adecuados a ambientes de alta temperatura tales como aquellos que pueden implicar exposiciones prolongadas a más de 650°C. Por lo tanto, los sistemas de encendido preferidos de la invención serán útiles para proveer encendido en sistemas de horno incluyendo hornos de autolimpieza, celdas de combustible y similares. Como se indicó anteriormente, la invención es útil para adherir una alta variedad de elementos de encendedor resistivo a sustratos de metal y es particularmente útil para adherir encendedores de cerámica a sustratos de bastidores de terminal. Como se hace referencia aquí, el término bastidor de terminal incluye una gran variedad de sustratos de empaque y puede incluir esencialmente cualquier sustrato de metal o material que es adherido al mismo a través de una composición de soldadura blanda o que está de otra manera asociado con un elemento de encendido, incluyendo v.gr., tiras de metal (v.gr., tiras lineales o no lineales tales como una tira en forma de U), lengüetas de metal y similares. Otros aspectos de la invención se describen más adelante.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 ilustra un sustrato de bastidor de terminal parcialmente procesado; La figura 2 ilustra un sustrato de bastidor de terminal procesado útil en un sistema de encendido de la invención. La figura 3 muestra una vista despiezada de dos terminales de sustrato de bastidor de terminal de la figura 2; La figura 4 muestra una vista lateral de un elemento de fijación con soldadura blanda; La figura 5 muestra una vista lateral de un sistema de encendido de conformidad con la invención; La figura 6 muestra una vista superior de un sistema de encendido de conformidad con la invención; La figura 7 muestra un elemento de encendido de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se describió antes, ahora los inventores de la presente proveen nuevos sistemas de encendido resistivo que incluyen un sustrato de metal con un elemento de encendido alojado o de otra manera asociado con y en conexión eléctrica a través de soldadura blanda aplicada al bastidor de terminal. Los sistemas de encendido de la invención permiten la fabricación significativamente simplificada así como la producción de rendimiento notablemente más alto de encendedores más robustos. Los sustratos de metal preferidos incluyen sustratos de bastidor de terminal que alojarán uno o más elementos de encendido. En sistemas preferidos, el material de soldadura blanda utilizada está adecuadamente en forma de tira o de cinta o en forma de lámina delgada y en cualquier caso es distinta a la forma de pasta (las pastas de soldadura blanda a menudo tienen una consistencia similar a la arcilla y son insuficientemente firmes para formar un material de tira o lámina delgada). Dichos materiales de soldadura blanda sin pasta preferidos se pueden aplicar convenientemente a un sustrato de sistema de encendido (v.gr., sustrato de bastidor de terminal) tal como mediante la unión por compresión como se describió antes, que puede proveer uniones robustas de encendido/sustrato de metal después de reflujo de soldadura blanda. Como se indicó anteriormente, aunque la siguiente descripción a menudo se refiere en particular a un sustrato de bastidor de terminal, la descripción se aplica igualmente al uso de materiales de sustrato de metal que pueden ser convencionalmente o consistentemente referidos como bastidores de terminal e incluyen v.gr., tiras de metal lineales o no lineales. Haciendo referencia ahora a los dibujos, la figura 1 ¡lustra una lámina 10 útil para formar bastidores de terminal u otros sustratos de metal para elementos de encendido de la invención. La lámina 10 puede ser una variedad de materiales y es típicamente metal tal como acero inoxidable, aluminio, varias aleaciones y similares, siendo un material preferido el acero inoxidable. Un material de sustrato de metal particularmente preferido es una lámina de acero inoxidable 430. En un método preferido, los canales paralelos 12A, 12B se forman a lo largo de la longitud de una lámina de sustrato de bastidor de terminal de metal, v.gr., mediante un procedimiento de corte con una herramienta de corte apropiada para proveer un canal configurado para recibir una composición de soldadura blanda. Las dimensiones adecuadas de los canales 12A y 12B pueden variar ampliamente. Por lo menos para ciertos sistemas, la profundidad y anchura máximas de los canales puede ser cada uno de aproximadamente 0.0025 a 0.010 cm, y preferiblemente de aproximadamente 0.0025 a 0.0076 cm, siendo una profundidad y anchura particularmente preferida 0.0050. Preferiblemente, la anchura del canal será menor que la anchura de un elemento de encendido (v.gr., menor que la anchura de una extremidad de zona fría de encendido) para evitar migración de soldadura blanda a los bordes del elemento de encendido durante el reflujo. La forma del lecho del canal también puede variar adecuadamente, v.gr., empleando la herramienta de corte particular. Un lecho del canal curvo (es decir, forma de sesión transversal en U) puede ser preferida para muchas aplicaciones. Los materiales de soldadura blanda se pueden aplicar a los canales 12A y 12B por cualquiera de una variedad de métodos. Por ejemplo, en un método de aplicación, una cinta o tira en forma de lámina delgada de soldadura blanda se aplica y se presiona en o se une por compresión a las superficies en depresión de los canales 12A y 12B. Las láminas delgadas de soldadura blanda están comercialmente disponibles. Alternativamente, una pasta de soldadura blanda se puede suministrar desde una pistola de pegamento u otro aparato de suministro para por lo menos llenar sustancialmente cada uno de los canales 12A y 12B con soldadura blanda, aunque dicha aplicación de pasta manual es considerablemente menos preferida como se describió antes. Preferiblemente, la soldadura blanda se aplica en una cantidad suficiente para llenar el canal (v. g., canales 12A y 12B mostrados en la figura 1 ) y se extiende por arriba de la superficie plana de la lámina 10. Al extenderse por arriba de la superficie plana del sustrato 10, la soldadura blanda aplicada puede hacer buen contacto mecánico con un elemento de encendido. La aplicación de soldadura blanda de profundidad con la invención también puede permitir fácilmente la deposición de una capa de soldadura blanda muy delgada, tal como una capa de soldadura blanda que tiene un espesor (altura) de aproximadamente 0.0127 cm o menos o incluso aproximadamente 0.010 o aproximadamente 0.0076 cm o menos o aproximadamente 0.0050 cm o menos. Dichas capas de soldadura blanda delgada pueden proveer ventajas significativas incluyendo el incremento de la integridad de la unión de encendido/sustrato de metal. En particular, un volumen o espesor de soldadura blanda inferior reducirá la deformación resultante de las diferencias de coeficientes de expansión térmica entre la soldadura blanda y el elemento de encendido de cerámica. Las referencias que se hacen aquí al espesor de la capa de soldadura blanda indican la altura vertical máxima de la capa de soldadura blanda, tal como la distancia desde el punto más bajo de un canal 12A ó 12B hasta el punto más alto de la capa (el punto más alto mostrado como 26B en la figura 4). Se pueden utilizar una amplia variedad de materiales de soldadura blanda. Los materiales de soldadura blanda adecuados deben ser capaces de formar una conexión eléctrica con porciones conductoras de un encendedor de cerámica. Típicamente las soldaduras blandas adecuadas contienen un metal activo que puede humedecerse y reaccionar con los materiales de cerámica y por lo tanto proveer adherencia por metales llenadores de la soldadura blanda. Ejemplos de metales activos específicos incluyen titanio, zirconio, niobio, níquel, paladio y oro. Además de uno o más de dichos metales activos, la soldadura puede contener uno o más metales llenadores tales como cobre, plata, indio, estaño, zinc, plata, cadmio y fósforo. Los materiales de soldadura preferidos incluyen mezclas de cobre/plata con metales activos de titanio y/o níquel. Una variedad de soldaduras de latón adecuadas están comercialmente disponibles tales como Cerametial y Lucanex disponibles de Lucas-Milhaupt, Inc. en Cuadahy, Wisconsin, que contienen titanio y llenadores de plata y cobre. Como se describió antes, las composiciones de soldadura blanda que están predominantemente compuestas de plata son preferidas para muchas aplicaciones y pueden proveer uniones notablemente robustas entre un encendedor de cerámica y sustrato de bastidor de terminal de metal.

Para dichas composiciones de soldadura de metal con alto contenido de plata, preferiblemente por lo menos aproximadamente 60% en peso de la composición de soldadura blanda total es plata, muy preferiblemente por lo menos aproximadamente 70, 80, 90 ó 95% en peso de la composición de soldadura blanda total es plata, siendo el resto de los materiales tales como cobre y/o níquel y uno o más metales activos tales como titanio. Uniones de bastidor de terminal/encendedor de cerámica particularmente robustas se han provisto con composiciones de soldadura blanda que tienen un contenido de plata en exceso de 90 ó 95% en peso, basado en el peso total de la composición de soldadura blanda. Después de que se ha aplicado la soldadura blanda a la lámina 10, la lámina puede ser adecuadamente maquinada tal como a través de un procedimiento de estampado de metal para formar una lámina 14 que contenga una pluralidad de elementos de bastidor de terminal adjuntos opuestos 16, ilustrados en las figuras 2 y 3. Como se describió antes, el material de soldadura blanda puede ser depositado y el bastidor de terminal puede ser configurado a través de un procedimiento de estampado u otro método de formación para proveer la fuente de soldadura blanda surgida desde el bastidor de terminal para acoplarse con el área de zona conductora del elemento de encendido pero sin contacto con el borde de elemento de encendido (es decir, bordes de encendido 26A como se ilustran en la figura 7, formados por el ángulo de 90° entre la superficie inferior del encendedor (que se acopla con la soldadura blanda aplicada) y la pared lateral del encendedor). En un sistema preferido, antes del reflujo de la soldadura blanda, un depósito de soldadura blanda elevado no excederá 0.05 mieras de un borde de un elemento de encendido acoplado. Aunque una variedad de configuraciones de bastidor de terminal se puede formar en una lámina 10 y utilizar de conformidad con los sistemas de la invención, los bastidores de terminales preferidos están adaptados para enganchar confiablemente un elemento de encendido de cerámica. Por lo tanto, como se puede ver en forma más particular en la figura 4, el elemento de bastidor de terminal 16 incluye una cara 18 con abertura 20 a través de la cual es insertado un encendedor de cerámica (no mostrado en la figura 4) en la dirección ilustrada X. A través del acoplamiento de ajuste a presión, la pestaña 22 puede retener un encendedor de cerámica insertado dentro del bastidor del terminal 16. Como se muestra en la figura 4, el elemento de bastidor de Terminal 16 contiene una almohadilla de soldadura blanda aplicada 24 que está preferiblemente configurada para facilitar el alojamiento de un elemento de encendido de cerámica dentro del bastidor de terminal 16. Por lo tanto, como se ilustra en la figura 4, el lado próximo de la almohadilla de soldadura blanda 24A tiene una superficie lateral inclinada hacia arriba sin bordes agudos que pudieran inhibir la inserción fácil de un elemento de encendido en el bastidor de terminal. El espesor adecuado de la almohadilla de soldadura blanda (mostrada como "y" en la figura 4) puede variar y debe ser suficiente para proveer un enganche seguro del encendedor y elemento de bastidor de terminal después de tratamiento térmico (reflujo). Como se describió antes, la aplicación de un material de lámina delgada o cinta de soldadura blanda u otro material de tira (no pasta) puede permitir la deposición de una capa de soldadura blanda delgada que pueda incrementar la integridad de la unión de metal/soldadura blanda/cerámica. Espesores generalmente adecuados "y" pueden ser de aproximadamente 250 mieras o menos, muy preferiblemente de aproximadamente 150 mieras o menos, y un área de superficie superior expuesta (superficie superior "z" mostrada en la figura 4) de menos de aproximadamente 4 mm2, muy preferiblemente menos de aproximadamente 3.6 ó 3 mm2. Como se describió antes, las referencias aquí al espesor de una capa de soldadura blanda (incluyendo el valor y) indican la altura vertical máxima de la tapa de soldadura blanda, tal como la distancia desde el punto inferior 12A o 12B hasta el punto más alto de la capa mostrada en 26B en la figura 4. Como se ilustra generalmente en las figuras 5 y 6, el elemento de encendido de cerámica insertado 26 se aloja debajo de la pestaña 22 y por arriba de la almohadilla de soldadura blanda 24. La conexión eléctrica al sistema de bastidor de terminal/encendido se puede hacer mediante un alambre de terminal que se extiende al ensamble y la cara áspera de la soldadura blanda 28. Para fusionar la soldadura blanda al encendedor de cerámica, el elemento de bastidor de terminal con encendido alojado es calentado preferiblemente bajo presiones reducidas. Por ejemplo, la fusión de la soldadura blanda, el encendedor alojado dentro del elemento de bastidor de terminal se puede calentar a aproximadamente 800°C o más durante 5 ó 10 minutos preferiblemente bajo presiones reducidas tales como 103 o menos. La figura 7 muestra un encendedor de cerámica preferido 26 útil para sistemas de la invención que incluyen una porción de zona caliente 30 en contacto con, y dispuesta entre, zonas frías 32A y 32B. El área ranurada 34 está colocada por debajo de la zona caliente 30 y entre las zonas frías 32A y 32B. Alternativamente, más que el área ranurada 34, el encendedor puede comprender un disipador térmico de cerámica (no mostrado) interpuesto entre las zonas frías 32A y 32B y en contacto con la zona caliente 30. Los sistemas de la zona fría 30a y 30b están ubicados distales de la zona caliente 12. Como se muestra en la figura 7, los extremos distales de la zona fría 30a y 30b pueden contener depresiones 36a y 336b que se acoplen con las áreas de soldadura blanda del elemento de bastidor de terminal. Como se describió anteriormente, se puede utilizar una amplia variedad de encendedores en sistemas de la invención, por ejemplo, para muchas aplicaciones, sustancialmente encendedores en forma de U tales como aquellos ilustrados en las figuras 6 y 7 serán adecuados. Otras configuraciones de encendido tales como elementos que son lineales sin porción media cortada (es decir, diseño sin ranura), como se ilustra mediante los encendedores descritos en la patentes de E.U.A. 6,002,107, 6,028,292 y 6,278,087 también serán adecuadas para muchas aplicaciones. Cada diseño tiene una zona fría altamente conductora y zonas calientes más altamente resistivas, como se describió antes. Las dimensiones adecuadas de las zonas fría y caliente se describe en las patentes de E.U.A. 5,191 ,508, 6,002,107, 6,028,292 y 6,278,087. En forma más particular, las dimensiones de la región de zona caliente pueden variar de manera adecuada. En el diseño de encendido generalmente rectangular ilustrado en las figuras 6 y 7, la longitud de trayectoria de zona caliente (ilustrada como la distancia "p" en la figura 7) será suficiente para evitar cortos eléctricos u otros defectos. En un sistema preferido, esa distancia "p" es 0.05 cm. La altura del puente de zona caliente (ilustrada como distancia "p" en la figura 7) también debe ser de tamaño suficiente para evitar efectos de encendido, incluyendo calentamiento localizado excesivo, que puede dar por resultado la degradación y falla del encendedor. Las "extremidades" de zona caliente que se extienden hacia abajo de la longitud del encendedor serán limitadas a un tamaño suficiente para mantener la longitud de trayectoria eléctrica de zona caliente global (p en la figura 7) hasta dentro de una dimensión preferida, tal como aproximadamente 2.5 ó 2 cm o menos. La composición de la zona caliente 30, zonas frías 32A y 32B y disipador de calor (si se utiliza) de un encendedor de cerámica de la presente invención pueden variar adecuadamente. Las composiciones preferidas para esas regiones se describen en la patente de E.U.A. 6,582,629 de Lin et al., patente de E.U.A. 5,786,565 de Willkens et al y patente de E.U.A. 5,191 ,508 de Axelson et al. En forma más particular, la composición de la zona caliente 30 debe ser tal que la zona caliente presente una resistividad a alta temperatura (es decir, 1350°C) de entre aproximadamente 0.01 ohm-cm y aproximadamente 3.0 ohm-cm, y una resistividad a temperatura ambiente de entre aproximadamente 0.01 ohm-cm y aproximadamente 3 ohm-cm. Una zona caliente preferida 40 contiene una composición concrecionada de un material eléctricamente aislante, un conductor metálico y, en una modalidad aún preferida opcional, un material semiconductor también. Como se usa aquí, el término "material eléctricamente aislante" o variaciones del mismo se refiere a un material que tiene una resistividad a temperatura ambiente de por lo menos aproximadamente 1010 ohm-cm, entre los términos "conductor metálico", "material conductor" y variaciones de los mismos significan un material que tiene una resistividad a temperatura ambiente de menos de aproximadamente 10'12 ohm-cm, y los términos "cerámica semiconductora", "material semiconductor" o variaciones de los mismos denotan un material que tienen una resistividad a temperatura ambiente de entre aproximadamente 10 y 108 ohm-cm. En general, una composición ilustrativa para una zona caliente 30 incluye a) entre aproximadamente 50 y aproximadamente 80% en volumen (% en vol. o v/o) de un material eléctricamente aislante que tiene una resistividad de por lo menos aproximadamente 1010 ohm-cm; b) entre aproximadamente 5 y aproximadamente 45 v/o de un material semiconductor que tiene una resistividad de entre aproximadamente 10 y aproximadamente 108 ohm-cm; y c) entre aproximadamente 5 y aproximadamente 25 v/o de un conductor metálico que tiene una resistividad de menos de aproximadamente 10"2 ohm-cm. Preferiblemente, la zona caliente 30 comprende 50-70 v/o del material eléctricamente aislante, 10-45 v/o del material de cerámica semiconductor, y 6-16 v/o de material conductor. Típicamente, el conductor metálico se selecciona del grupo que consiste de disiliciuro de molibdeno, disiliciuro de tungsteno, nitruros tales como nitruro de titanio, y carburos tales como carburo de titanio, siendo el disiliciuro de molibdeno un conductor metálico generalmente preferido. En ciertas modalidades preferidas, el material conductor es MoSi2, que está presente en una cantidad de aproximadamente 9 a 15% en volumen de la composición global de la zona caliente, muy preferiblemente de aproximadamente 9 a 13% en volumen de la composición global de la zona caliente. Los materiales semiconductores generalmente preferidos, cuando se incluyen como parte de la composición global de las zonas caliente 30 y fría 32A, 32B incluyen, pero no se limitan a carburos, particularmente carburo de silicio (impurificado y no impurificado), y carburo de boro. El carburo de silicio es un material semiconductor generalmente preferido. Los componentes de material eléctricamente aislante adecuados de composiciones de zona caliente incluyen, pero no se limitan a, uno o más óxidos de metal tales como óxido de aluminio, un nitruro tal como nitruro de aluminio, nitruro de silicio o nitruro de boro; un óxido de tierras raras (v.gr., ¡tria); o un oxinitruro de tierras raras. El nitruro de aluminio (AIN) y óxido de aluminio (Al203) son generalmente preferidos. Las composiciones de zona caliente particularmente preferidas de la invención contienen un óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio, disiliciuro de molibdeno y carburo de silicio. En por lo menos ciertas modalidades, el disiliciuro de molibdeno está preferiblemente presente en una cantidad de 9 a 12% en volumen. Como se describió anteriormente, los encendedores de la invención típicamente también contienen por lo menos una o más regiones de zona fría de baja resistividad 32A, 32B en conexión eléctrica con la zona caliente. Típicamente, una zona caliente está dispuesta entre 2 zonas frías 32A, 32B, que están compuestas generalmente de v.gr., AIN y/o Al203 u otro material aislante; SIC u otro material semiconductor; y MoSi2 u otro material conductor. Preferiblemente, las regiones de zona fría 32A, 32B tendrán un porcentaje significativamente más alto de los materiales conductor y/o semiconductor (v.gr., SIC y MoSi2) que están presentes en la zona caliente. Por consiguiente, las regiones de zona fría típicamente tienen sólo aproximadamente 1/5 a 1/1000 de la resistividad de la región de zona caliente, y no aumenta la temperatura a los niveles de la zona caliente. Muy preferido es donde la resistividad a temperatura ambiente de las zonas frías es de 5 a 20 % de la resistividad a temperatura ambiente de la zona caliente. Una composición de zona fría preferida para usarse en encendido de la invención comprende aproximadamente 15 a 65 v/o de óxido de aluminio, nitruro de aluminio u otro material aislante, y aproximadamente 20 a 70 v/o MoSi2 y SiC u otro material conductor y semiconductor en una relación en volumen de aproximadamente 1 :1 a aproximadamente 1 :3. Muy preferiblemente, las zonas frías comprenden aproximadamente 15 a 50 v/o de óxido de aluminio y/o nitruro de aluminio, aproximadamente 15 a 30 v/o de SiC y aproximadamente 30 a 70 v/o de MoSi2. Para facilidad de fabricación, la composición de zona fría está formada preferiblemente de los mismos materiales que la composición de zona caliente, pero con las cantidades relativas de materiales semiconductores y conductores siendo mayores en las zonas frías que en la zona caliente. El disipador de calor eléctricamente aislante, si se utiliza, debe estar compuesto de una composición que provea masa térmica suficiente para mitigar enfriamiento de conexión de la zona caliente. Además, cuando está dispuesto como un inserto entre dos extremidades conductoras como se describió antes (en lugar de las ranuras 34 mostradas en la figura 7), el disipador de calor debe proveer soporte mecánico para las porciones de zona fría extendidas, lo que sirve para hacer el encendedor más áspero. Preferiblemente, dicho disipador de calor eléctricamente aislante tiene una resistividad a temperatura ambiente de por lo menos aproximadamente 104 ohm-cm y una resistencia de por lo menos aproximadamente 150 MPa. Muy preferiblemente, el material del disipador de calor tiene una conductividad térmica que es no tan alta como para calentar el disipador de calor completo y transferir calor a las terminales, y no tan baja como para negar su función de disipación de calor benéfica. Las composiciones de cerámica adecuadas para un disipador de calor incluyen composiciones que comprenden por lo menos aproximadamente el 90% en volumen de por lo menos uno de nitruro de aluminio, nitruro de boro, nitruro de silicio, alúmina y mezclas de los mismos. En donde se utiliza una composición de zona caliente de AIN-MoSi2 - SIC, un material de disipador de calor que comprende por lo menos 90% en volumen de nitruro de aluminio y hasta 10% en volumen de alúmina se puede preferir para características de expansión térmica y densificación compatibles. Los encendedores de cerámica de la invención se pueden utilizar con una variedad de voltajes incluyendo, pero sin limitarse a, voltajes nominales de 6, 8, 12, 24, 120, 220, 230 o 240 volts. El procesamiento de componente de cerámica (es decir, condiciones de procesamiento y concrecionamiento de cuerpo crudo) y la preparación del encendedor de la cerámica densificada se puede hacer por métodos convencionales. Típicamente, dichos métodos se llevan a cabo de acuerdo sustancial con la patente de E.U.A. 5,786,565 de Willkens et al; patente de E.U.A.5,405,237 de Washbum; y patente de E.U.A. 5,191 ,508 de Axelson et al., cuyas descripciones se incorporan aquí por referencia. Véase también ejemplo 1 que sigue para condiciones ilustrativas.

Por ejemplo, un lingote formado de encendedores de cuerpo crudo puede ser sometido a un primer prensado en caliente (v.gr., menos de 1500°C tal como 1300°C), seguido por un segundo concrecionamiento a alta temperatura (v.gr., 1800°C ó 1850°C). El primer concrecionamiento en caliente provee una densificación de aproximadamente 65 ó 70% en relación con la densidad teórica, y el segundo concrecionamiento a temperatura más alta provee una densificación final de más de 99% en relación con la densidad teórica. En los métodos de producción de encendido preferidos se provee una lámina de lingote que comprende una pluralidad de elementos de encendido "latentes" fijados o físicamente unidos. La lámina de lingote tiene composiciones de zona caliente y fría que están en un estado crudo (no densificado a más de aproximadamente 96% ó 98% de densidad teórica), pero preferiblemente han sido concrecionados a más de aproximadamente 40% ó 50% de densidad teórica y adecuadamente hasta 90 ó 95% de densidad teórica, muy preferiblemente hasta aproximadamente 60 a 70% de densidad teórica. Dicha densificación parcial se logra adecuadamente mediante un tratamiento de prensado en caliente, v.gr., menos de 1500°C, tal como 1300°C, durante aproximadamente una hora bajo presión tal como 210.9 kg/cm2 y bajo atmósfera de argón. Se ha encontrado que si las composiciones de zona caliente y frías son densificadas a más de 75 u 80% de la densidad teórica, el lingote será difícil de cortar en los pasos de procesamiento subsecuentes. Además, si las composiciones de las zonas caliente y fría son densificadas a menos de aproximadamente 50%, las composiciones a menudo se degradan durante el procesamiento subsecuente. La porción de zona caliente se extiende a través de una porción del espesor del lingote, siendo el resto la zona fría. El lingote puede ser de una variedad relativamente amplia de formas y dimensiones. Preferiblemente, el lingote es en forma adecuada sustancialmente cuadrado, un cuadrado de 22.86 cm, u otras dimensiones de formas adecuadas tales como rectangular, etc. El lingote es entonces preferiblemente cortado en porciones tales como con una herramienta de corte de diamante. Preferiblemente esas porciones tienen dimensiones sustancialmente iguales. Por ejemplo, con un lingote de 22.86 x 22.86, preferiblemente el lingote es cortado en tercias, en donde cada una de las secciones resultantes es de 22.86 cm x 7.62 cm. El lingote es posteriormente cortado (adecuadamente con una herramienta de corte de diamante) para proveer encendedores individuales. Un primer corte será a través del lingote, para proveer separación física de un elemento de encendido a partir de un elemento adyacente. Cortes alternos no serán a través de la longitud del material de lingote, para permitir la inserción de la zona aislante (disipador de calor) en cada encendido. Cada uno de los cortes (tanto cortes pasantes como cortes no pasantes) pueden ser separados, v.gr., por aproximadamente 0.508 cm. Después de la inserción de la zona del disipador de calor, los encendedores entonces pueden ser densificados, preferiblemente a más de 99% de la densidad teórica. Dicho concrecionamiento adicional es preferiblemente conducido a altas temperaturas, v.gr., a o ligeramente por arriba de 1800°C, bajo una prensa isostática caliente. Los diversos cortes hechos en el lingote se lograrán adecuadamente en un proceso automatizado, en donde el lingote es colocado y cortado por una herramienta de corte por un sistema automatizado, v.gr., bajo control de computadora. El elemento de encendido densificado entonces se puede montar en un sustrato de bastidor de terminal como se describió anteriormente y fijado al mismo con soldadura blanda. Se pueden proveer conexiones eléctricas al encendido por contacto de alambres de terminal con la soldadura blanda, como se describió anteriormente. Como se indicó antes, los encendedores de la invención se pueden usar en muchas aplicaciones, incluyendo aplicaciones de encendido de combustible de fase de gas tales como chimeneas y aparatos de cocina, calentadores de tablero, calentadores de agua y estufas. Los encendedores de la invención también se pueden utilizar en otras aplicaciones, incluyendo para usarse como un elemento de calentamiento en una variedad de sistemas. Muy particularmente, un encendido de la invención se puede utilizar como una fuente de radiación infrarroja (es decir, la zona caliente provee una salida de infrarrojo) v.gr., como un elemento de calentamiento tal como en una chimenea o como un conector luminiscente, en un dispositivo de monitoreo y detección incluyendo dispositivos de espectrómetro, y similares. Además, como se describió anteriormente, los encendedores de cerámica preferidos de la invención serán útiles a ambientes de temperatura alta, v.gr., en exceso de aproximadamente 650°C, 700°C, 750°C u 800°C. Por ejemplo, los sistemas de encendido preferidos de la invención serán útiles para encendido en hornos de auto-limpieza, celdas de combustible, y similares. Los siguientes ejemplos no limitantes son ilustrativos de la invención. Todos los documentos aquí mencionados se incorporan aquí por referencia en su totalidad.

EJEMPLO 1 Fabricación del encendedor Los encendedores usados en sistemas de la invención pueden prepararse como sigue. Las composiciones de zona caliente y zona fría se preparan como sigue. La composición de zona caliente comprende 70.8 % en volumen (con base en la composición de zona caliente total) AIN, 20 % en volumen (con base en la composición de zona caliente total) SiC, y 9.2 % en volumen (con base en la composición de zona caliente total) MoSi2. La composición de zona fría comprende 20% en volumen (con base en la composición de zona fría total) AIN, 20% en volumen (con base en la composición de zona fría total) SiC, y 60% en volumen (con base en la composición de zona fría total) MoSi2. La composición de zona fría se carga en un dado de prensa de dado caliente y la composición de zona caliente se carga en la parte superior de la composición de zona fría en el mismo dado. La combinación de composiciones se densifica en conjunto bajo calor y presión para proveer el encendedor.

EJEMPLO 2 Construcción del sistema de encendido Un sistema de encendido de la invención se prepara como sigue.

Se forman canales paralelos en una lámina de acero inoxidable 430 para la configuración de canales dobles como se muestra generalmente en la figura 1. Una lámina delgada de soldadura blanda de plata es unida por compresión a lo largo de los canales dobles y la lámina con soldadura blanda es estampada con metal para proveer la lámina de una pluralidad de bastidores de terminal fijados como se muestra en la figura 2. La lámina delgada de soldadura blanda es de aproximadamente 96 por ciento en peso de contendido de plata, siendo el resto titanio y cobre. Encendedores de cerámica concrecionada de pasador configurados como se muestra generalmente en las figuras 5 y 6 (disponibles de Saint-Gobain Corporation, Worcester, MA) se insertan en los elementos de bastidor de terminal de la lámina y los elementos separados para cada encendedor. Los encendedores discretos son después fusionados (reflujo de soldadura blanda) calentando los encendedores alojados a aproximadamente 800°C durante 10 minutos en un horno de vacío a aproximadamente 1 x 10*3 torr.

EJEMPLO 3 Evaluaciones de la composición de soldadura blanda Se realizaron pruebas de doblez con encendedores de cerámica alojados en elementos de bastidor de terminal con soldadura blanda en reflujo para evaluar diferentes materiales de soldadura blanda. Los elementos de encendedor de cerámica probados generalmente idénticos se montaron en bastidores de terminal idénticos del diseño descrito en el ejemplo 2 anterior pero con diferentes materiales de soldadura blanda. Los encendedores alojados se fijaron en un extremo y después se doblaron hacia abajo mediante una sonda aplicada al extremo del encendedor no fijado. El elemento de encendido que tenía la soldadura blanda tendida con contenido de plata alto (aproximadamente 96 por ciento en peso de plata de la composición total) presentó los resultados de prueba de doblez más altos. La soldadura blanda tendida de CuSiN (menos de 70 por ciento en peso de plata) mostró los siguientes resultados mejores y una mejora sobre la unión de encendido/bastidor de terminal formada con una pasta de una soldadura blanda de cobre/plata (no lámina delgada tendida). El modo de falla para el encendedor con la soldadura blanda tendida con alto contenido de plata (96 por ciento en peso) se rompió del elemento de encendido de cerámica. El modo de falla para los otros dos encendedores alojados probados fue un asidero de cerámica en el punto de unión de la soldadura blanda. La invención se ha descrito en detalle con referencia a modalidades particulares de la misma. Sin embargo, se apreciará que los expertos en la técnica, al considerar esta descripción, pueden hacer modificaciones y mejoras dentro del espíritu y alcance de la invención.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un sistema de encendido resistivo que comprende un sustrato de metal, un elemento resistivo y un material de soldadura blanda, en donde el material de soldadura blanda se aplica al sustrato de metal antes de unir el encendedor y el sustrato de metal.

2.- Un sistema de encendido resistivo que comprende un sustrato de metal, un elemento de encendido resistivo y un material de soldadura blanda que no es pasta.

3.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el material de soldadura blanda se aplica mediante ajuste por presión al sustrato de metal.

4.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el material de soldadura blanda es elevado por arriba del sustrato de metal para acoplarse con el encendedor.

5.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el material de soldadura blanda no se extiende hasta un borde del encendedor.

6.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque la soldadura blanda tiene una cara vertical inclinada antes de la curación.

7.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque el encendedor es unido al sustrato de metal sin soldadura fuerte.

8.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque la soldadura blanda comprende plata.

9.- El sistema de encendido de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque, el encendedor comprende un área en depresión para acoplarse con el material de soldadura blanda.

10.- El sistema de encendido de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado además porque el sustrato de metal es un sustrato de bastidor de terminal.

11.- Un método de encendido con combustible gaseoso, que comprende: aplicar una corriente eléctrica a través de un encendido de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.

12.- Un método de encendido que comprende regiones de zona caliente y fría, la zona fría comprendiendo un área en depresión.

13.- El elemento de encendido de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque el área en depresión está configurada para recibir material de soldadura blanda.

14.- Un sistema de encendido resistivo que comprende un sustrato de metal, un elemento resistivo y una capa de material de soldadura blanda, la capa de material de soldadura blanda teniendo un espesor de aproximadamente 0.0127 cm o menos antes del reflujo.

15.- Un sistema de encendido resistivo que comprende a sustrato de metal, un elemento resistivo, y material de soldadura blanda que tiene un contenido de plata de por lo menos aproximadamente 80 por ciento en peso con base en el peso total del material de soldadura blanda.

16.- Un método para producir un sistema de encendido que comprende: aplicar un material de soldadura blanda a un sustrato de metal; y por lo tanto asociar un elemento de encendido resistivo con el sustrato de metal.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el material de soldadura blanda es unido por compresión a uno o más canales en el sustrato de metal.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque una tira de material de soldadura blanda se aplica al sustrato de metal.

19.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el sustrato de metal es un sustrato de bastidor de terminal y el elemento de encendido es alojado dentro del sustrato.

20.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el sustrato de metal es un material de tira de metal.