由火焰喷射金属／金属氧化物矩阵形成电加热元件的方法技术

一种通过火焰喷射金属／金属氧化物矩阵形成电加热元件的方法，其中火焰喷射金属／金属氧化物矩阵沉积在绝缘或导电衬底之上从而具有比设计使用所需更高的电阻，并且在该矩阵两侧施加间歇脉冲高压ＤＣ电源使得形成穿过矩阵的持续导电通道，从而永久地增大总导电率同时减小金属／金属氧化物矩阵的总电阻以获得所需电阻值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用火焰喷射生产电加热元件的方法。
技术介绍
将连续生产的元件在尽可能接近容差的情况下加工成相同的所需的电阻是所有商业电加热元件生产过程的基本需要。电加热元件生产的传统技术是基于电阻合金的使用，通常是条或丝的形式。通常，使用条型或丝型电阻合金加工的传统加热元件是根据具体的元件设计在比所需电阻增加或减少百分之五的电阻容差内生产的。但是，随着自动化生产技术的提高，近来，传统电阻加热元件的加工容差已经改进到了比所需电阻值增加或减少2.5个百分点的容差的程度。从GB 0992464A可知一种使用脉冲电压改变钽的溅射金属薄膜晶体结构的技术。这种溅射(sputtered)薄膜在最初沉积时具有随机的晶体结构，通常为具有大量晶界的多晶类型。这种薄膜的电阻与多晶金属矩阵内晶界的数量成比例。晶界越多，电阻越高。GB 0992464A的基础是使用热来初始“标准化”多晶结构，这采用了退火工艺的形式，使薄膜重结晶，减少了晶界数量以及由此减小了电阻。退火/标准化工艺并不精确，因此溅射薄膜在受限的程度内经受热处理，直到发生足够的重结晶将电阻减小到稍微高于所需结束值的水平。然后溅射薄膜承受一系列高压脉冲。这些高压脉冲的效果是在晶体薄膜内电阻最高的点处，即在晶界处进行非常局部化的加热，实际上是对薄膜进行局部退火，减少晶界的数量。使用这些高压脉冲之后的基础是在薄膜内进行非常局部化区域的加热，在微小(micro)尺度上形成退火/标准化加热效应，由此改变金属薄膜的晶体结构。在电阻的标准稳定化(stabilising)温度之上对其进行加热的效果称为“增加薄膜电阻系数”，可能是“在薄膜表面及沿其晶界进行氧化的结果(引起)”。从JP 10032951A可知，在小厚膜加热设备的连续运行中可以使用脉冲高压电源，如对印刷头所使用的。尽管没有明确叙述，JP 10032951A中描述的热加热元件似乎可以由通过丝网印刷到氧化铝压电衬底上的半导体材料制成。这种设备的电阻随着温度升高而降低，很难实现小电路的精确温度控制。JP10032951A的技术定义了一种方法，其使用双重电压源作为加热设备运行中连续控制电阻以及用于加热印刷头的加热元件温度和热输出的装置。加热元件的初始能量来自恒流电源，在欧姆定律下，热输出为I2R，对于恒定电流源I，当电阻R保持在均衡值时，热输出相对不变。因此，JP 10032951A涉及的是一种将可变电阻半导体加热元件的电阻保持恒定的方法，该方法通过以下实现1.以低于理想所需的电平，向元件施加恒定电流源，由此根据元件的电阻提供一定量级(level)的热输出；和2.持续地以高电压脉冲的形式施加额外电能，使其处于一定量级和速率足以将印刷头加热器的电阻保持恒定-由此保证操作中温度恒定。近来，生产电加热元件的替代技术已经可用，其将火焰喷射(flame spary)金属氧化物沉积到绝缘衬底或导体衬底上。这些包括称为类型1元件的元件类型，其中电流从一个电接头到第二个横向穿过电阻氧化物沉积；以及称为类型2元件的元件类型，其中电流从一个接触表面向另一个垂直穿过电阻氧化物的厚度；还有称为类型3元件的元件类型，其中原始电阻氧化物层与具有自调节特性的第二氧化物层复合，电流从一个接触面经过上述两个氧化物层的厚度流向第二接触面，该两个氧化物层起到了串联电阻的作用。非常关键的是，由电阻金属氧化物的火焰喷射沉积工艺生产的等效电阻加热元件应能够加工成相同的容差，以在相同的商业市场上得到稳定的接受。以传统的电阻加热元件，很容易证明，对于使用的特定设计的电阻合金丝或条，这些丝或条的电阻直接依赖于具体元件中使用的材料的重量。同样的原理适用于通过金属氧化物火焰喷射沉积所加工的元件。但是，本专利技术的专利技术人从长期的一系列实验验证明白，尽管通过金属氧化物火焰喷射沉积形成的连续电元件重量能够保持在比加或减百分之一更佳的容差内，但是喷射电阻却改变得比所需设计值增加或减少了百分之十。而且，电阻变化与重量变化并不一致，而是似乎相互独立的。有几种可能的实验方法给予了特别考虑，其中通过测量加工过程中连续元件的电阻并在每个元件达到指定电阻级别时停止处理，来控制各种生产工艺参数。虽然这种方案起到一定作用，但它并不圆满，并未考虑对大量、批量生产工艺的应用。还发现了一种替代技术，其基于对通过电阻氧化物矩阵进行传导的方法进行了改变。以下事实是被广泛接受并可容易证明的，对于给定长度的丝型或条型传统电阻合金材料，横截面积越大电阻越小，而且相反地导电率越大。该事实被接受的原因是，更大的横截面积提供了更多电子的传导通道从合金晶体矩阵中穿越。同样的理论适用于通过金属氧化物火焰喷射沉积形成的元件。但是，火焰喷射金属氧化物矩阵横截面的冶金检测表明它包括被氧化物区围绕的金属区，而且穿过这种矩阵的可能的传导通道是从一个金属区经过氧化物中间层通向下一金属区。通常，位于金属区之间的金属氧化物在它们的纯净形式下是室温下的绝缘体，以此为基础，形成的喷射金属/金属氧化物矩阵不应在低电压下表现出导电性质，例如在室温240v交流电压下，这是它们的特性。详细的实验和理论工作已经表明在火焰喷射金属/金属氧化物矩阵内导电的方法最可能是因为包围金属区的氧化物层内自由电子的存在，它们从金属区跃迁在氧化物内形成力场，并且在这些力场重叠或接触的地方，电子在外加电压的方向流动。自由电子从金属区向包围的氧化物矩阵跃迁最可能起因于以下事实，即包括金属区的金属的功能函数(work functions)基本上小于包括了包围矩阵的氧化物的功能函数。另外，包括了包围金属区的氧化物矩阵的氧化物并不是理想配比成分，晶体矩阵结构也不规则。火焰喷射工艺依赖于喷射到表面的熔化或半熔化粒子，在该表面上粒子发生变形与其他粒子互相连结并被迅速淬火。因此，完全可能的是，火焰喷射沉积形成的随机多晶金属/金属氧化物结构不处于电平衡状态下，因此，金属和金属氧化物之间的功能函数之差导致了电子从金属区向外迁移到金属氧化物矩阵中，形成了电力场，电子迁移密度依赖于相应功能函数之差。还完全可能的是，火焰喷射金属/金属氧化物矩阵的导电率依赖于火焰喷射金属氧化物矩阵内邻近或重叠电力场的数量。还完全可能的是，火焰喷射金属/金属氧化物矩阵可能形成在没有足够邻近重叠电力场的地方，因此，对于给定的金属/金属氧化物体积，导电率过低，或者相反地说，电阻过高；对于特定设计的由所述火焰喷射沉积工艺制造并使用了预定体积金属/金属氧化物的电阻加热元件，可以使用一种方法使这些金属氧化物矩阵体积内独立的力场变得互相联系，由此将金属氧化物矩阵的导电率增加到所需的等级。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种通过火焰喷射金属/金属氧化物矩阵形成电加热元件的方法，其中火焰喷射金属/金属氧化物矩阵沉积在绝缘或导电衬底之上从而具有比设计使用所需更高的电阻，并且在该矩阵两侧施加间歇脉冲高压DC电源使得形成穿过矩阵的持续导电通道，从而永久地增大总导电率同时减小金属/金属氧化物矩阵的总电阻以获得所需电阻值。应当理解，对于特定设计和配置的使用火焰喷射金属/金属氧化物矩阵的电阻加热元件，应用在绝缘或导电衬底上的火焰喷射金属/金属氧化物矩阵的初始电阻高于所需电阻是氧化物矩阵内没有足够邻近或重叠立场提供所需导电率和电阻的结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过火焰喷射金属／金属氧化物矩阵形成电加热元件的方法，其中火焰喷射金属／金属氧化物矩阵沉积在绝缘或导电衬底之上从而具有比设计使用所需更高的电阻，并且在该矩阵两侧施加间歇脉冲高压ＤＣ电源使得形成穿过矩阵的持续导电通道，从而永久地增大总导电率同时减小金属／金属氧化物矩阵的总电阻以获得所需电阻值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里博德曼，
申请(专利权)人：二D热度有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]