[发明专利]加热装置、其应用、欧姆电阻涂层、使用冷喷涂沉积该涂层的方法以及用于其中的颗粒混合物

说明书

一种新型加热装置(60)及其应用。加热装置(60)包含欧姆电阻涂层(30)，并且使用“冷喷涂”方法由颗粒(18；20)的新型混合物制成。所述欧姆电阻涂层具有在2至300微米之间厚度的层(32)，并且包含一种或多种延性或延展性金属(18)；以及包含下列一种或多种的颗粒(20)：电阻性金属氧化物、碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物或硫化物。所述一种或多种延性或延展性金属(18)将颗粒(20)结合到基底(40)的表面(42)。

技术领域

本发明涉及加热装置及其应用。它还涉及欧姆电阻涂层，使用“冷喷涂”将涂层沉积在基底上的方法以及用于其中的颗粒混合物。

该新型加热装置包括加热元件，该加热元件包含欧姆电阻涂层。使用本领域中称为“冷喷涂”或“固态”沉积的低成本制造方法来生产该加热装置和涂层。该方法沉积一种新型的颗粒混合物，该颗粒混合物包括：(i)延性或延展性的金属，该金属在与基底碰撞时变形，从而附着至表面，以及(ii)包含一种或多种电阻性金属氧化物、碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物或硫化物的颗粒，其结合从而在基底上产生欧姆电阻涂层。延性或延展性金属与电阻颗粒的典型比率为2:1至1:2。

技术人员将能够区分通过冷喷涂产生的涂层与通过“熔化”颗粒产生的涂层，将图4a-c与图5进行比较，因为在显微镜下，“冷喷涂”涂层的异质性小于通过熔化颗粒的工艺产生的涂层。

然后，可以用交流或直流电源对加热元件供电，从而以欧姆方式加热所述涂层。

背景技术

使用沉积技术生产表面涂层加热元件的各种技术是已知的，所述沉积技术将一种或多种金属和/或氧化物、碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物和硫化物加热到足够高的温度，典型高于3000℃，以使沉积过程能够经由半熔融相进行。由于高的工作温度，这样的工艺对基底提出限制，并且具有成本问题，使得用于许多应用的物品的生产极其昂贵。

这些半熔融相应用使用粉末或丝线原料，它们特别包括使用一系列氧-燃料燃烧气体的火焰喷涂、高速氧-燃料技术(HVOF)和等离子体喷涂装置，各自都在逐渐升高的工作温度和/或动能输入下运行。这些技术在商业上很成熟，但在它们应用中存在限制，特别是因为，作为高温应用，来自制造过程的基底中的内在应力的无控释放可能会产生问题。这可导致不稳定和畸变，特别是当关注较大的表面长度和/或面积(即一平方米或更大的量级)时，特别是在薄基底的情况下。既定的习惯和做法是在高温喷涂过程中使用水冷台板、干冰浴等冷却此类敏感基底，以便冷却被喷涂的物品。这些措施并不总是可行的，或者增加了沉积过程的复杂性。因此，生产率和生产成本都会受到不利影响，同时产生劣质物品的风险增加。

在PCT/GB2005/003949、PCT/GB2007/004999和PCT/GB2009/050643中，申请人描述了使用火焰喷涂技术生产电加热元件。虽然意图制造各种物品，例如家用白色家电、商用炊具和使用超高真空设施的大型科学应用，但申请人发现了巨大的新市场机会，例如，基于将超薄表面涂层加热元件施加到特别是高等级建筑面板上，其包括在一个或两个表面上均具有薄陶瓷涂层的低碳钢芯，即使在适当的电负载下加热至高温(例如400℃)时，这种涂层也具有高的介电电阻强度。

目前的认知是，脆性或硬质金属化合物或盐(例如一种或多种金属氧化物和/或碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物和硫化物)不能通过半熔融相施加以外的任何方式沉积在基底上，因为所述化合物或盐(具有磨蚀性)否则会破坏它们所沉积的表面。事实上，当使用冷喷涂施加时的公认工业惯例是：包括低百分比的脆性金属氧化物以制备和清洁被处理的表面，以便更好地“锁定”随后施加的延性金属颗粒。申请人通过如下方式克服了该问题：在低于延性或延展性金属的熔点的温度下将它们与延性或延展性金属共沉积，以及使用足够的延性或延展性金属(典型为至少30％重量，更具体为至少40％重量)以便将一种或多种金属氧化物和/或碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物和硫化物结合到基底的表面。

一般的现有技术属于以下两组之一：

高温、热喷涂技术(非冷喷涂)和产品，包括：