电阻加热器及其应用制造技术

一种金属电阻加热器，其包括一种导电金属组元（３３０）（即：具有低的电阻率）和一种电绝缘（即：具有高的电阻率）的所述金属组元（３３０）的氧化物、氮化物、碳化物和／或硼化物衍生物。电阻率部分地通过控制金属组元及其衍生物在沉积期间形成的氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的量来加以控制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电阻加热器领域。
技术介绍
热喷涂 热喷涂是一种在金属或陶瓷上沉积涂层的通用技术。它包括采用粉末作为喂料的系统(例如，电弧等离子体、火焰喷涂以及高速含氧燃料(HVOF)系统)和采用线材作为喂料的系统(例如，电弧线材、HVOF线材以及火焰喷涂系统)。 电弧等离子体喷涂是一种能够在各种基体上沉积材料的方法。DC电弧产生离子化气体(等离子体)，该气体用于以喷漆类似的方式喷涂熔化的粉末材料。 电弧线材喷涂系统的工作过程是通过熔化两根线材(例如，锌、铜、铝或其它金属)的头部并且借助载体气体(例如压缩空气)将获得的熔融液滴输送至待涂覆表面来实现。线材喂料被两线材间的电势差产生的电弧所熔化。 在火焰喷涂中，线材或粉末喂料借助燃烧火焰加以熔化，其通常通过点燃氧气与另一种气体(例如乙炔)的气体混合物来实现。 HVOF使用在小燃烧室点燃的燃烧气体(例如丙烷和氧气)。燃烧室内高的燃烧温度引起气体压力同时增大，进而导致气体由燃烧室中的喷嘴高速喷出。这种热的高速气体用于熔化喂料(例如，线材、粉末或者它们的组合)和以330-1000m/s的速度将熔融液滴输送至基体表面。压缩气体(例如压缩空气)用于进一步加速液滴和冷却HVOF装置。 热喷涂涂层具有独一无二的显微结构。在沉积过程中，每个粒子进入气流中，熔化并且冷却成与其它粒子无关的固态形式。当熔融粒子冲击正在涂覆的基体时，它们冲击(“喷溅”)成扁平的小圆片并且以高的冷却速度凝固。通过在基体上方重复横向往复移动等离子体枪装置，在基体上形成一层又一层涂层，直至获得所要求的涂层厚度，从而使涂层在基体上积累加厚。因为粒子作为薄片急冷金属凝固，因此，获得的显微结构具有层状特征，其近似小圆片的晶粒随机堆叠在基体表面上。 电阻加热器 热喷涂技术已被用来沉积用作加热器的涂层。电阻加热器通过电子与加热器材料的原子碰撞来产生热。热量产生速率是功率，它取决于流过的电流量和材料对电流施加的电阻。加热器的电阻取决于称作“电阻率”的材料性能以及描述电流路径的长度和电流所通过的横截面积的几何因子。 以前，已采用热喷涂沉积电阻涂层。在一个这种实例中，沉积并用作加热器的是金属合金例如80％镍-20％铬。在另一个实例中，在沉积之前，将粉末状金属合金与电绝缘体如氧化铝的粉末混合。然后，使用热喷涂将混合后的材料沉积形成电阻材料涂层。然而，当镍-铬沉积作为电阻加热器时，涂层的体电阻率仍然相当低，因此，这种合金更难于制成一种元件，因为获得足够高的电阻要求很长的电流路径。当沉积氧化物-金属混合物时，电阻层的组成经常存在大范围的不连续性，这使得整个基体范围内的功率分布常常变化较大。 模塑热塑性材料 许多塑料和金属部件通过将熔融金属或聚合物熔体注射进入在钢中加工形成的复杂型腔制备而成，例如，铝汽车变速箱壳和聚碳酸酯计算机外壳。注射成型机械在加热室熔化热塑性粉末并将其送入模具中，使其发生硬化。所述操作在严格控制的温度和时间下进行。在注射成型过程中，重要的是当材料如聚碳酸酯流入并通过模腔空间时维持其处于熔融态。另外，必须控制和调整树脂流动的剪切应力分布，以确保模腔空间的适当填充。如果熔融树脂遇到冷模具时凝固太快，则其将不能穿透细窄的型腔，并且将形成作为两股液流交汇处的弱网结线。所以，为了改善注射成型过程中的热量管理和流动控制，已进行了大量努力。
技术实现思路
本专利技术的特征在于一种金属电阻加热器及其应用。该电阻加热器包括导电(即电阻率低)的金属组元和绝缘(即电阻率高)的该金属组元的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。电阻率部分地通过控制金属组元及其衍生物沉积期间氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的形成量来加以控制。电阻加热器具有众多的工业和商业用途(即模塑的热塑性部件、纸张和半导体晶片的生产)。 因此，在第一个方面，本专利技术的特征在于一种电阻加热器，其包括与电源相连的电阻层。电阻层包括金属组元和一种或多种该金属组元的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。电阻层的电阻率源自于电阻层中存在的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物的量。理想地，电阻加热器沉积在基体例如模具型腔表面上。 在一个实施方案中，该电阻层具有与多个扁平圆盘或小片类似的显微结构，所述圆盘或小片的外部区域是金属组元的氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，内部区域是该金属组元。 在第二个且与之相关的方面，本专利技术的特征在于一种在基体上的电阻加热器，该加热器的制备方法包括如下步骤提供一种基体、一种金属组元喂料和一种包含氧、氮、碳和/或硼的气体；将喂料熔化产生熔融液滴流；使熔融液滴与气体反应，生成金属组元的一种或多种氮化物、氧化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分金属组元与气体反应生成金属组元的所述氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分金属组元则未发生反应；将未反应的金属组元以及该金属组元的氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物沉积在基体上形成电阻层；以及将电阻层与电源相连。 在所述第二个方面的加热器的实施方案中，熔化步骤和反应步骤相互协调，以使电阻层的电阻率为0.0001-1.0Ω·cm(例如，0.0001-0.001Ω·cm，0.001-0.01Ω·cm，0.01-0.1Ω·cm，或者0.1-1.0Ω·cm)。在另一个实施方案中，熔融液滴的平均直径为5-150μm，10-100μm，或者20-80μm。在其它理想的实施方案中，所述方法包括在电阻层表面涂覆陶瓷或金属层，在基体与电阻层之间涂覆电绝缘层和/或在基体与绝缘层之间涂覆粘结层的附加步骤。 在第三个方面，本专利技术的特征在于一种在基体上沉积电阻加热器的方法。该方法包括如下步骤提供一种基体、一种金属组元喂料和一种包含氧、氮、碳和/或硼的气体；将喂料熔化产生熔融液滴流；使熔融液滴与气体反应，生成金属组元的一种或多种氮化物、氧化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分金属组元与气体反应生成金属组元的所述氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分金属组元则未发生反应；将未反应的金属组元以及该金属组元的氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物沉积在基体上形成电阻层；以及将电阻层与电源相连。 在所述第一个、第二个和第三个方面中之任何一个的特殊实施方案中，所述基体是注塑模具，辊子或者半导体晶片处理用的台板(platen)。 在又一个方面，本专利技术的特征在于一种注塑模具，其包括(i)模具型腔表面和(ii)涂层，该涂层包括一个电阻加热器，其继而包含一个与电源相连的电阻层，所述涂层至少存在于所述表面的一部分。所述电阻层包括一种金属组元和金属组元的一种或多种氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物。在一个实施方案中，电阻层的电阻率源自于电阻层中存在的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物的量。理想地，所述模具包括一个流道(runner)，而且，所述涂层至少沉积在所述流道表面的一部分上。 在又一个方面，本专利技术的特征在于一种制备模制产品的方法。该方法包括如下步骤提供一个如上所述的注塑模具；将热塑性熔体注射入模具中；冷却模具中的熔体，形成模塑产品。加热的电阻加热器调整熔体的凝固和冷却。在一个实施方案中，所述电阻加热器采用前述方法制备而成。 在另一个方面，本专利技术的特征在于一种圆柱形辊子，该辊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造室内加热器的方法，包括：　在喷头将包含金属材料的喂料熔融产生熔融液滴流；　控制包含至少一种反应气体的气体流向熔融液滴流的流动，该反应气体与熔融液滴反应以产生具有比该金属材料电阻率更高电阻率的反应产物；并且　将来自该喷头的熔 融液滴流投射到基体上，由此产生用于室内加热器的电阻加热层。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：RC埃勃特，GP玛格南特，WA格利恩，
申请(专利权)人：萨莫希雷梅克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]