專利名稱：自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自調(diào)節(jié)電阻加熱元件、包括自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的裝置及自調(diào) 節(jié)電阻加熱元件和包括自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
管^1犬護(hù)套種類(tubular sheathed variety)或網(wǎng)印類型(screen printed type) 的現(xiàn)有的電加熱元件不具有自調(diào)節(jié)特性，并且當(dāng)該類電加熱元件被連接到電源 時(shí)，該類電加熱元件將持續(xù)加熱，直到通過(guò)燒壞及自毀而不能繼續(xù)加熱。
通過(guò)將該類電加熱元件與某些形式的溫度敏感控制裝置串聯(lián)來(lái)達(dá)到裝置 中的這些現(xiàn)有元件的安全使用，當(dāng)已經(jīng)達(dá)到預(yù)定溫度等級(jí)時(shí)，溫度敏感控制裝 置有效地切斷電源。
通常，這些溫度敏感控制裝置包括各種配置的雙金屬材料，并依賴于在預(yù) 定溫度或預(yù)定溫度附近雙金屬部件偏斜的性能來(lái)提供"破壞(break)"電源接 觸的機(jī)械動(dòng)作，從而中斷相關(guān)元件的電源。
當(dāng)該種溫度感應(yīng)雙金屬以及其它類似的控制裝置被廣泛使用并被以高的 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)時(shí)，它們普遍是機(jī)械的并且與所有機(jī)械的大量生產(chǎn)的裝置相同都 會(huì)經(jīng)受故障，故障的可能性隨著使用而增加。
該種溫度感應(yīng)控制裝置的操作故障將導(dǎo)致相關(guān)元件的過(guò)熱及自毀，以及對(duì) 于用戶的潛在的災(zāi)難性結(jié)果。
具有自控制特性的電加熱元件是可用的。通常，由以小量其它金屬摻雜的 鈦酸鋇的各種合成物來(lái)制造這些電加熱元件。當(dāng)溫度被增加到居里點(diǎn)附近時(shí)， 它們的電阻增加了 IO的若干次冪，居里點(diǎn)也被已知為"轉(zhuǎn)換"溫度。然而， 該種加熱元件具有嚴(yán)重限制它們的廣泛應(yīng)用和-使用的多個(gè)限制。下面列出某些 限制
-摻雜的鈦酸鋇的主要缺點(diǎn)是內(nèi)在特性在從環(huán)境溫度到"轉(zhuǎn)換，，溫度或 居里點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)，該種材料的電阻率不恒定，而是在溫度增加到高的數(shù)值之前，電阻率隨溫度的增加而逐漸地降低。
另一個(gè)缺點(diǎn)是根據(jù)所使用的摻雜物或摻雜物的化合物的成分和濃度， 該種材料中的電阻的減'J、的速度和幅值有些變化。
作為上述缺點(diǎn)的結(jié)果，由該種合成物制造的加熱元件存在從在環(huán)境溫度中 測(cè)量的溫度到僅在"轉(zhuǎn)換"溫度或居里點(diǎn)之前出現(xiàn)重大減小的操作電阻，減小 量可以與原始電阻的一半一樣大。此外，該減小量以不可預(yù)知的方式出現(xiàn)。
上述故障對(duì)使用該種元件家用電器制造商及其它制造商提出一個(gè)問題確 定用哪個(gè)環(huán)境電阻生產(chǎn)該種元件以使功率輸出最大化。
在說(shuō)明中，考慮使用的現(xiàn)有的元件-以單相230伏AC電源工作的家用水 加熱裝置。230伏裝置允許的最大電流是13安，通過(guò)歐姆定律，這將該種單 個(gè)元件裝置的最大功率輸出限定為大約3千瓦，因此，將所使用的加熱元件的 最小電阻限定為17.7歐姆。
通常，該種現(xiàn)有元件的電阻隨著"^喿作溫度的增加而輕^f款增加，〗旦是^5l增加
大約1-2%。因此，當(dāng)該溫度是最小值并且當(dāng)?shù)竭_(dá)沸點(diǎn)時(shí)從該溫度輕微減小時(shí)，
由元件產(chǎn)生的熱以及對(duì)水的能量傳遞是最大值。
相同的功率和電流限制應(yīng)用到摻雜的鈥酸鋇元件，從而使得17.7歐姆的
最小電阻需要處于"轉(zhuǎn)換"或居里點(diǎn)附近的溫度，從而造成環(huán)境溫度中的更高 的電阻。假設(shè)電阻在比方說(shuō)25 %的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)減小，將需要生產(chǎn)具有23.6 歐姆的環(huán)境電阻的典型的摻雜的鈦酸鋇元件。使用歐姆定律，能夠示出在水加 熱周期的開始，可用的熱能僅為2.24kw,僅當(dāng)?shù)竭_(dá)沸點(diǎn)時(shí)增加到3kw。這是 與家用電器制造商所要求的結(jié)果相反的結(jié)果，在圖1中示出具有12(TC的居里 點(diǎn)"轉(zhuǎn)換，，溫度的摻雜的鈦S吏鋇合成物的電阻-溫度特性的示例。
摻雜的鈦酸鋇元件的另 一個(gè)缺點(diǎn)來(lái)自用于生產(chǎn)該元件的方法。摻雜的鈦酸 鋇主要從組成任意特定部分的大塊基體的單個(gè)粒子之間的晶粒邊界的特征獲 得它們的特定的溫度/電阻特性。從而，根據(jù)所需要的已完成的物體，通常， 通過(guò)在壓榨機(jī)中將適當(dāng)成份的所需要的數(shù)量的細(xì)粉微粒與粘合劑 一起壓制至 適當(dāng)?shù)拇笮『托螤?，然后，在熔爐中以需要的溫度燒結(jié)壓制后的塊以產(chǎn)生均勻 的產(chǎn)品，由此產(chǎn)生由摻雜的鈦酸鋇制成的物體。當(dāng)這是充足的制造方法時(shí)，可 能導(dǎo)致這樣的產(chǎn)品在壓制階段中該產(chǎn)品不是充分密實(shí)的，因此，不存在統(tǒng)一
5的操作特征或具有來(lái)自燒結(jié)階段的殘余的應(yīng)力。作為結(jié)果，在隨后的熱循環(huán)過(guò) 程中，它們易于破裂及出現(xiàn)操作故障。因此，必須預(yù)先檢測(cè)元件以丟棄故障元 件。
發(fā)明人已經(jīng)預(yù)先提出使用兩種不同的金屬氧化物來(lái)產(chǎn)生自調(diào)節(jié)加熱元件。
被公開的申請(qǐng)包括GB2344042、 GB237383及GB2374784。最相關(guān)的是 GB2374783 ，其提出使用在電導(dǎo)金屬基體上沉積的不同的金屬氧化物的連續(xù)的 層，該金屬氧化物層具有不同的成份及氧化程度。實(shí)際上，其提出結(jié)合鈦酸鋇 使用鎳鉻類型的金屬氧化物。值得注意地，該申請(qǐng)及其它申請(qǐng)教授了 一種方法， 其中，使用熱噴涂技術(shù)來(lái)沉積兩種金屬氧化層。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于摻雜的 鈦酸鋇的熱噴涂導(dǎo)致?lián)p壞摻雜物(可能由于汽化)，在較早的申請(qǐng)中應(yīng)用并揭 示的方法不帶來(lái)具有所希望的特性的元件。
本發(fā)明力圖克服或?qū)嵸|(zhì)上減少上述問題，并生產(chǎn)具有所希望的特性的元件。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，包括 -基體，基體是電傳導(dǎo)表面或包括電傳導(dǎo)表面，并且基體包括第一電觸頭； 第一金屬氧化物，具有正的或負(fù)的電阻溫度系數(shù)； 第二金屬氧化物，具有與所述第一金屬氧化物相反的電阻溫度系數(shù)； .在電傳導(dǎo)表面上設(shè)置所述第一或第二金屬氧化物中的一個(gè)，第一或第二
金屬氧化物中的另一個(gè)被電串聯(lián)地設(shè)置在所述第一或第二金屬氧化物上；
-第二電觸頭，第二電觸頭被設(shè)置在沒有被設(shè)置在電傳導(dǎo)表面上的所述金
屬氧化物上，以使電流能夠通過(guò)金屬氧化物在觸頭之間傳遞，
其特征在于，具有的負(fù)電阻溫度系數(shù)的所述金屬氧化物包括摻雜物，所述
摻雜物的量使得在化合物中，第一和第二金屬氧々匕物提供從周圍溫度到預(yù)定操
作溫度的過(guò)程中的實(shí)質(zhì)上不變的組合電阻以及超出操作溫度時(shí)電阻的非常大
的增力口。
通過(guò)提供具有所需要的自控制特性的電加熱元件，產(chǎn)生更安全和更有效的 元件，因?yàn)樗鲈碾娮杪屎碗娮柙趶沫h(huán)境溫度到所需要的操作界限的溫度 范圍中幾乎不變，但是一旦操作溫度稍微超過(guò)預(yù)定的操作界限，則電阻增加10的二次方或更多。
優(yōu)選地，選擇第一和第二金屬氧化物以提供從周圍溫度到預(yù)定操作溫度的 過(guò)程中的不變的組合電阻，以及超出操作溫度時(shí)的電阻的非常大的增加。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一金屬氧化物是至少由鎳、鉻構(gòu)成的氧化物，最好是 至少由鎳、鐵和鉻構(gòu)成的氧化物，第二金屬氧化物是鐵電材料。
優(yōu)選地，鐵電材料是鈣鈦礦類型的晶體結(jié)構(gòu)，鐵電材料的通用分子式是
AB03,其中，A是一、二或三價(jià)陽(yáng)離子，B是五、四或三價(jià)陽(yáng)離子，03是氧 陰離子。
更優(yōu)選地，鐵電材料是摻雜的鋇鈦酸鹽。
典型的摻雜物是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的這些摻雜物，包括鑭、鍶、 鉛、銫、鈰及來(lái)自鑭系和鄰了系的其它元素。
優(yōu)選地，鐵電材料包括顆粒狀微粒，并且更優(yōu)選地，以液體或以糊狀體、 分散體或漿體來(lái)使所述顆粒狀微粒沉積。以不影響其電阻特性的方式沉積鐵電 材料是重要的，電阻特性的特征是所使用的摻雜物被改變。在該方面，由于最 終產(chǎn)品將不具有所希望的特性，因此不使用能夠使摻雜物蒸發(fā)或以其它方式破 壞材料的熱處理。
優(yōu)選地，該微粒是具有20-100微米的大小范圍的細(xì)微粒，并且在具有通 常100到500微米的厚度的層中沉積該微粒。
還通常作為氧-八面體-鐵電已知該種混合的鐵電金屬氧化物，并且這些材 料的特性可以通過(guò)成分的變化而變化，該特性包括初始電阻率、隨著溫度的電 阻率的改變及居里點(diǎn)或"轉(zhuǎn)換"溫度。
所有氧-八面體-鐵電金屬氧化物呈現(xiàn)特性隨著溫度增加到居里點(diǎn)或"轉(zhuǎn) 換，，溫度，電阻率減小(負(fù)的電阻溫度系數(shù))，在本發(fā)明的元件中通過(guò)串聯(lián)設(shè) 置一種或多種不同的金屬氧化物(具有正的電阻溫度系數(shù))來(lái)補(bǔ)償該特性，以 使該電阻率"平衡"。在圖2中對(duì)此進(jìn)行了最清楚的說(shuō)明。
獲取電阻的減小的該平衡補(bǔ)償是不筒單的，包括計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)行為的組 合?？紤]的因素包括-.
所需要的居里點(diǎn)的末端值，
7 要使用的氧-八面體-鐵電金屬氧化物的特性，
要使用的一種摻雜物或多種摻雜物的特性和濃度，
到達(dá)居里點(diǎn)的電阻率和電阻的減小的最終速度，
-為了補(bǔ)償在環(huán)境溫度中的初始電阻水平和到所需要的居里點(diǎn)的相同電阻 的增加速度而必須設(shè)置的熱噴涂電阻性金屬氧化物或金屬氧化物化合物的特 性和成分，
.對(duì)化合物操作完成后的最終溫度差異和兩種連續(xù)的元素層的物理厚度 (及作為結(jié)果的經(jīng)濟(jì)成本)。
誤差度。
達(dá)到熱噴涂電阻性金屬氧化物或金屬氧化物化合物(鎳/鐵/鉻)的所需要
的電阻的初始水平可以任選地包括使用AC或DC的間歇脈沖的高壓電流進(jìn) 行調(diào)節(jié)，這是UK專利申請(qǐng)GB2419505 (PCT/GB2005/003949 )的主題。
從而，鎳/鐵/鉻類型的金屬氧化物層的隨溫度的電阻的增加本質(zhì)上彌補(bǔ)了 摻雜的鈦酸鋇層的隨溫度的電阻的減小，以使得串聯(lián)的兩個(gè)電阻層的組合電阻 從環(huán)境溫度到預(yù)定操作溫度過(guò)程中實(shí)質(zhì)上保持不變，但是在預(yù)定操作溫度、摻 雜的鈦酸鋇的居里點(diǎn)或"轉(zhuǎn)換，，溫度中，該層的電阻增加IO的若干次冪，有 效地將所有組合元件電阻增加到高的水平，從而將熱功率輸出減小到非常低的 水平，并作為自調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)防止在超過(guò)預(yù)定操作水平的溫度中的元件過(guò)熱。
上面假設(shè)，本質(zhì)上，在沉積各個(gè)層過(guò)程中它們的特征電阻率不改變，從而 使得它們將不以初始設(shè)定的那樣來(lái)操作。
摻雜的鈦酸鋇的電阻特性主要來(lái)自在連續(xù)的微粒之間的交界處的晶粒邊 界效果。微粒大小范圍越小，則在鈦酸鋇層的任意特定容積中的該數(shù)量越大， 并且該層的電阻率越大。使用例如火焰噴涂等熱處理來(lái)沉積摻雜的鈦酸鋇的處 理，很可能作為摻雜物的汽化或損壞的結(jié)果，改變?cè)撾娮杼匦?。它也破壞居?點(diǎn)/轉(zhuǎn)換效果。
在優(yōu)選實(shí)施例中，第一和第二金屬氧化物緊密接觸?？蛇x擇地，可以在它 們之間沉積電傳導(dǎo)層。
電傳導(dǎo)基體或表面可以是包括例如鋁、銅、軟鋼或不銹鋼的任意的電傳導(dǎo)金屬或金屬合金。可選擇地，可以使用例如塑料、陶瓷、玻璃或合成物等電絕 緣材料作為基體以及設(shè)置到基體上的電傳導(dǎo)層。該層可以用作金屬氧化物合成 物的 一側(cè)上的電觸頭、在金屬氧化物合成物的另 一側(cè)上設(shè)置的第二觸頭。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種包括本發(fā)明的加熱元件的電氣裝置。 根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種調(diào)節(jié)電阻性金屬氧化物層的電阻的方
法，該方法包括對(duì)該層施加具有高壓電流的間歇性脈沖。該電流可以是AC或 DC電流。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的制造方法，該方 法包括
-對(duì)是電傳導(dǎo)表面或包括電傳導(dǎo)表面的基體設(shè)置具有正的或負(fù)的電阻溫度 系數(shù)的第一金屬氧化物；
■在所述第一金屬氧化物上，設(shè)置具有與所述第一金屬氧化物相反的電阻 溫度系數(shù)并且與所述第 一金屬氧化物電串聯(lián)的第二金屬氧化物；
-在所述第二金屬氧化物上設(shè)置第二電觸頭，以使得電流能夠通過(guò)金屬氧 化物在觸頭之間傳遞，
其特征在于，在特定溫度下沉積具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的所述金屬氧化 物，使得在化合物中，第 一和第二金屬氧化物提供從周圍溫度到預(yù)定操作溫度 過(guò)程中的實(shí)質(zhì)上不變的組合電阻以及超出操作溫度時(shí)的電阻的非常大的增加， 其中所述特定溫度是低于所述溫度時(shí)不破壞存在的摻雜物的溫度。


參考下面的附圖，通過(guò)示例，將進(jìn)一步描述本發(fā)明的各方面，在附圖中
圖l是示出具有12(TC的居里點(diǎn)"轉(zhuǎn)換"溫度的摻雜的鈦酸鋇合成物的電 阻溫度特性的圖表；
圖2是具有對(duì)用于摻雜的鈦酸鋇的數(shù)據(jù)疊加用于Ni/Cr/Fe金屬氧化物的數(shù) 據(jù)以說(shuō)明電阻"平滑，，的相似圖表；以及
圖3是本發(fā)明的加熱元件的平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-說(shuō)明具有120。C的居里點(diǎn)"轉(zhuǎn)換"溫度的鈦酸鋇合成物的電阻溫度特 性。注意，在20。C和100。C之間金屬氧化物具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)，在10(TC
9和140。C之間電阻非常顯著地增加。
在圖2中，示出具有正電阻系數(shù)的鎳、鉻及鐵類型的金屬氧化物的電阻/ 溫度數(shù)據(jù)以及具有160。C的居里點(diǎn)的摻雜的鋇氧化物的電阻/溫度數(shù)據(jù)。在到達(dá) 居里點(diǎn)之前，負(fù)的和正的電阻有效地互相抵消(中間的線)以提供大體上不變 的電阻，然后該電阻在居里點(diǎn)上顯著地增加。電阻的增加是四方晶體形式變?yōu)?立方體形式的結(jié)果，從而鎖住電子并消除傳導(dǎo)。 示例1——構(gòu)成
參考圖3，自調(diào)節(jié)電阻加熱元件(10)包括基體(12),基體(12)包括 電導(dǎo)涂層(12a)，電導(dǎo)涂層(12a)用作合成的金屬氧化物層的一側(cè)上的第一 電觸頭(18)。在上述電導(dǎo)涂層(12a)上設(shè)置的是具有正的電阻溫度系數(shù)的第 一金屬氧化物(14)。覆蓋第一金屬氧化物層并且電串聯(lián)到第一金屬氧化物層 的是具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的第二金屬氧化物層(16)，覆蓋第二金屬氧化物 層(16)的是第二電觸頭(20)。
第一和第二金屬氧化物層互相緊密接觸，但是，在可選擇的示例中，可以
在它們之間提供電接觸層(未示出)。
通過(guò)各個(gè)金屬氧化物層，在第一和第二電觸頭之間能夠傳遞電流。
雖然可以使用任意的電導(dǎo)金屬或金屬合金，但是在所說(shuō)明的實(shí)施例中，支 持基體(12)是其上已經(jīng)沉積了銅層(12a)的圓形瓷磚。示出在電導(dǎo)涂層(12a) 的適當(dāng)?shù)膮^(qū)域上沉積的鎳/鐵/鉻的熱噴涂的電阻式金屬氧化物層(14)，并示出 在銅層(12a)上的第一電觸頭(18)。
在第一金屬氧化物層(14)上設(shè)置并與第一金屬氧化物層(14)電串聯(lián)的 是摻雜的鈦酸鋇層(16)，覆蓋摻雜的鈦酸鋇層(16)的是第二電觸頭(20)。
注意，已經(jīng)沉積各個(gè)層，以使得通過(guò)電阻層來(lái)推動(dòng)在第一和第二觸頭之間 傳遞的電流，并且該電流不能圍繞著例如周界從一個(gè)觸頭到另 一個(gè)觸頭地直接 傳遞。
支持基體可以具有是連續(xù)直的或被彎成螺旋狀或環(huán)形的、從平的圓盤(如 所說(shuō)明的)到包括^求體、半球體及圓的或方形截面的空心管形狀的范圍內(nèi)的廣 泛的各種形狀和配置。
將通過(guò)使將由電加熱元件產(chǎn)生的熱能傳送到要求由相關(guān)的特定裝置加熱的介質(zhì)最佳化的要求來(lái)確定支持基體的形狀。
接觸層可以包括例如銅、鎳、鋁、金、銀、黃銅或傳導(dǎo)聚合體等任意電傳 導(dǎo)材料，并且可以通過(guò)例如(但不限于)火焰噴涂、化學(xué)氣相沉積、磁控賊射 技術(shù)、電解或化學(xué)方法等廣泛的各種方式，使用粘合劑、機(jī)械壓力或磁性方式 來(lái)將接觸層設(shè)置到在適當(dāng)?shù)奈恢蒙显O(shè)置的固體件上。
上述接觸層和金屬氧化物沉積的相關(guān)配置和相關(guān)大小使得當(dāng)在觸頭和基 體之間應(yīng)用電壓時(shí)，防止從接觸區(qū)域到絕緣基體上的傳導(dǎo)基體或傳導(dǎo)層的直接 傳遞的電流。
對(duì)于傳導(dǎo)接觸層，其厚度應(yīng)該使得傳導(dǎo)接觸層能運(yùn)送所需要的最大電流并 允許該厚度在其整個(gè)表面上均勻地分布，以使得對(duì)于金屬氧化物的每一個(gè)單位 區(qū)域，通過(guò)金屬氧化物傳遞的電流在密度上是統(tǒng)一的。該規(guī)定確保在電阻性金 屬氧化物的容積內(nèi)產(chǎn)生的熱能被統(tǒng)一分布，從而在支持基體上的適當(dāng)區(qū)域上產(chǎn) 生統(tǒng)一的溫度，而沒有任何局部熱點(diǎn)。
優(yōu)選但不是必需的，使要安裝外部電源點(diǎn)的接觸層的區(qū)域比剩余區(qū)域更厚 以在電流的平均分布中提供幫助。
支持基體可以包括任意電導(dǎo)金屬或金屬合金或電絕緣材料，并應(yīng)該足夠厚 以在生產(chǎn)和隨后的操作使用中提供元件的空間穩(wěn)定性。
示例2——方法
可以通過(guò)例如將具有正的電阻溫度系數(shù)的電阻性金屬氧化物(14 )熱噴涂 到基體(12)的電傳導(dǎo)表面(12a)上來(lái)制造加熱元件。實(shí)際上，可以通過(guò)使 多個(gè)通道(pass)(根據(jù)所希望的厚度-通常為500|im,從l到10,優(yōu)選2到5， 中的任意個(gè)數(shù)的通道)使用熱噴涂設(shè)備來(lái)設(shè)置金屬氧化物的連續(xù)層。由于電阻 性金屬氧化物沉積物的電阻依賴于厚度，因此可以通過(guò)增加所沉積的層的厚度 來(lái)增加電阻。因此，優(yōu)選沉積若干個(gè)層。
已知由鎳鉻類型構(gòu)成的金屬合金當(dāng)被氧化及熱噴涂時(shí)呈現(xiàn)所希望的特性 隨著溫度的增加電阻率/電阻增加。例如在EP302589、 US5039840及 PCT/GB96/01351中描述了該種金屬合金。如在GB2344042中描述的，在被熱 噴涂為電阻性金屬氧化物沉積的一個(gè)或多層之前，作為預(yù)先的操作，該種鎳鉻 類型金屬合金可以被氧化到所需要的程度，或者可以在熱噴涂操作過(guò)程中將被氧化到所需要的程度。實(shí)際上，為了補(bǔ)償AB03電阻性氧化物層的電阻率和電 阻的不均勻減小，隨著增加的溫度，金屬氧化物合金層的電阻率和電阻的增加 水平和速度是重要的因素。
其它被設(shè)置的電阻性氧化物層優(yōu)選的是摻雜的鈦酸鋇層。不應(yīng)該以高溫沉 積該層，或危及其電阻率。在優(yōu)選實(shí)施例中，以包括鈥酸鋇的細(xì)微粒及所選擇 的用于對(duì)特定的元件設(shè)計(jì)匹配預(yù)定的操作轉(zhuǎn)換溫度的一種摻雜物或幾種#^雜 物的液體或糊狀體、分散體或漿體的形式來(lái)設(shè)置該層。
可以通過(guò)將已經(jīng)被制作為具有合適的居里點(diǎn)特性的所需要的合成物的鈦
分散體或漿體。 -
然后，可以通過(guò)任意的合適方式在第一電阻性金屬氧化物層的上表面上設(shè)
置該糊狀體、分散體或漿體(16),任意的合適方式包括網(wǎng)印、涂抹、K-刮條 涂布(bar coating )、噴涂或隨后平滑(smooth out)的數(shù)量的應(yīng)用，但不限于 此。
液體粘合劑可以是任意合適的合成物，這種合適的合成物具有^f吏互相緊密 接近的前述細(xì)的摻雜的鈦酸鋇微粒粘合的特性，以獲得所需要的晶粒邊界接觸 以及與其它金屬氧化物和第二電觸頭的親密接觸。
實(shí)際上，粘合劑可以是在周圍或提高的溫度(但是，不要太高以至于改變 金屬氧化物的電阻特性)中或通過(guò)被暴露于空氣、光固化或化學(xué)引發(fā)的固化處 理中固化(cure)或加固(set)的粘合劑。
另夕卜，可以通過(guò)改變所設(shè)置的糊狀體、分散體或漿體的微粒大小范圍和厚 度來(lái)控制摻雜的鈦酸鋇層的電阻。
可選擇地，可以在受到控制的溫度和真空下使用磁控濺射來(lái)使層沉積。
第二電觸頭(20)可以被設(shè)置于摻雜的鈦酸鋇層的上表面，以使得在第二 電觸頭(20)和電導(dǎo)涂層(12a)上的電觸頭(18)之間施加電壓源(V)時(shí)， 可以穿過(guò)兩個(gè)電阻層(14, 16)的厚度從第二電觸頭(20)傳遞電流(1)。
第二接觸層可以包括例如銅、鎳、鋁、金、銀、黃銅或傳導(dǎo)聚合體等任意 電傳導(dǎo)材料，并且可以通過(guò)例如(但不限于)火焰噴涂、化學(xué)氣相沉積、^茲控 賊射技術(shù)、電解或化,學(xué)方法以及使用粘合劑、機(jī)械壓力或磁性方式設(shè)置固體件
12等任意合適方式來(lái)將其進(jìn)行設(shè)置。
第二接觸層最好在面積上小于其上沉積第二接觸層的金屬氧化物層，以確 保當(dāng)在觸頭之間施加電壓時(shí)，電流從接觸區(qū)域直接傳遞到絕緣基體上的傳導(dǎo)基 體或傳導(dǎo)層。
接觸層應(yīng)該具有厚度，使得接觸層能運(yùn)送所需要的最大電流并允許該厚度 在其整個(gè)表面上均勻地分布，以使得對(duì)于金屬氧化物的每一個(gè)單位區(qū)域，通過(guò) 金屬氧化物傳遞的電流在密度上是統(tǒng)一的。該規(guī)定確保在組合元件的容積內(nèi)產(chǎn) 生的熱能被統(tǒng)一分布，從而在支持基體上的適當(dāng)區(qū)域上產(chǎn)生統(tǒng)一的溫度，而沒 有任何局部熱點(diǎn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，可以以任意順序來(lái)沉積不同的金屬氧化物。 示例3——可選方法
可以使用不同的技術(shù)以各種方式將自調(diào)節(jié)加熱元件的包括不同層的金屬 氧化物設(shè)置到支持基體。
第一方法是在基體的傳導(dǎo)表面上沉積由例如Ni-Cr-Fe或類似合金產(chǎn)生的 第一金屬氧化物作為一個(gè)完整的層。通過(guò)在給定區(qū)域上以給定配置將該第一金 屬氧化物熱噴涂至所需要的計(jì)算出的厚度來(lái)沉積層。然后，在第一金屬氧化物 上將由例如摻雜的鈦酸鋇產(chǎn)生的第二金屬氧化物噴涂至所需要的計(jì)算出的厚 度及配置，目的是兩個(gè)金屬氧化物"匹配"以產(chǎn)生相關(guān)加熱元件的所需要的組 合特性和特征。
可選擇地，可以使用與第一方法相反的方法，由此，對(duì)支持基體首先設(shè)置 氧_八面體_鐵電氧化物合成物，然后設(shè)置第二合成物金屬氧化物。
換句話說(shuō)，通過(guò)選擇不同的金屬氧化物，可以通過(guò)使用計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)觀測(cè)行 為，確定包括是本發(fā)明的主題的電阻加熱元件類型的各種部件之間的維度和關(guān) 系。
權(quán)利要求
1.一種自調(diào)節(jié)電阻加熱元件(10)，包括·基體(12)，基體(12)是電傳導(dǎo)表面(12a)或包括電傳導(dǎo)表面(12a)，并且基體(12)包括第一電觸頭(18)；·第一金屬氧化物(14)，具有正的或負(fù)的電阻溫度系數(shù)；·第二金屬氧化物(16)，具有與所述第一金屬氧化物相反的電阻溫度系數(shù)；·在電傳導(dǎo)表面(12a)上設(shè)置所述第一或第二金屬氧化物中的一個(gè)，第一或第二金屬氧化物中的另一個(gè)被電串聯(lián)地設(shè)置在所述第一或第二金屬氧化物上；·第二電觸頭(20)，被設(shè)置在沒有被設(shè)置在電傳導(dǎo)表面(12a)上的所述金屬氧化物上，以使電流能夠通過(guò)金屬氧化物在觸頭之間傳遞，其特征在于，具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的所述金屬氧化物包括摻雜物，所述摻雜物的量使得在化合物中，第一和第二金屬氧化物提供從周圍溫度到預(yù)定操作溫度的過(guò)程中的實(shí)質(zhì)上不變的組合電阻以及超出操作溫度時(shí)的電阻的非常大的增加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中，第一金屬氧化物 是至少由鎳、鐵和鉻構(gòu)成的氧化物。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中，第 二金屬氧化物是《失電材料。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中，鐵電材料是鈣鈦 礦類型的晶體結(jié)構(gòu)，鐵電材料的通用分子式是AB03，其中A是一、二或三價(jià) 陽(yáng)離子，B是五、四或三價(jià)陽(yáng)離子，03是氧陰離子。
5. 沖艮據(jù)權(quán)利要求4所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，所述自調(diào)節(jié)電阻加熱元 件是摻雜的鋇鈦酸鹽。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3到5中的任一項(xiàng)所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，所述自 調(diào)節(jié)電阻加熱元件包括顆粒狀^t粒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中，在液體中或以糊狀體、分散體或漿體來(lái)使顆粒狀微粒沉積。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，所述自調(diào)節(jié)電阻加熱元件具有20-100微米的微粒大小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求3到8中的任一項(xiàng)所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中， 鐵電材料存在于具有高達(dá)50(Him的厚度的層中。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中，第 一和第二金屬氧化物緊密接觸。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任一項(xiàng)所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中， 通過(guò)電傳導(dǎo)層來(lái)分隔第一和第二金屬氧化物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任一項(xiàng)所述的自調(diào)節(jié)電阻加熱元件，其中， 電傳導(dǎo)表面(12a)包括金屬或金屬合金。
13. 包括權(quán)利要求1-12中的任一項(xiàng)所述的加熱元件的電氣裝置。
14. 一種調(diào)節(jié)電阻性金屬氧化物層的電阻的方法，包括對(duì)所述層施加具有 高壓電流的間歇性脈沖。
15. —種自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的制造方法，包括 對(duì)是電傳導(dǎo)表面(12a)或包括電傳導(dǎo)表面(12a)的基體(12)設(shè)置具 有正的或負(fù)的電阻溫度系數(shù)的第一金屬氧化物(14);.在所述第一金屬氧化物上，設(shè)置具有與所述第一金屬氧化物相反的電阻 溫度系數(shù)并且與所述第一金屬氧化物電串聯(lián)的第二金屬氧化物(16);.在所述第二金屬氧化物上設(shè)置第二電觸頭，以使得電流能夠通過(guò)金屬氧 化物在觸頭之間傳遞，其特征在于，在一溫度下沉積具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的所述金屬氧化物， 使得在化合物中第 一和第二金屬氧化物提供從周圍溫度到預(yù)定操作溫度中的 實(shí)質(zhì)上不變的組合電阻以及超出操作溫度時(shí)的電阻的非常大的增力口，其中低于 所述一溫度時(shí)存在的摻雜物不被破壞。 、
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，具有正的溫度系數(shù)的金屬氧化 物(14)被設(shè)置為多個(gè)層。
全文摘要
本發(fā)明涉及自調(diào)節(jié)電阻加熱元件、包括自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的裝置及自調(diào)節(jié)電阻加熱元件和包括自調(diào)節(jié)電阻加熱元件的裝置的制造方法。自調(diào)節(jié)電阻加熱元件(10)包括基體(12)，基體(12)包括用作合成物金屬氧化物層的一側(cè)上的第一電觸頭(18)的電傳導(dǎo)涂層(12a)。在上述電傳導(dǎo)層(12a)上設(shè)置具有正的電阻溫度系數(shù)的第一金屬氧化物(14)。具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)并與第一金屬氧化物層電串聯(lián)的第二金屬氧化物層(16)覆蓋第一金屬氧化物層，并且第二電觸頭(20)覆蓋第二金屬氧化物層(16)。以確保元件的電阻性特征不被改變的方式對(duì)元件設(shè)置具有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的第二金屬氧化物層(16)。
文檔編號(hào)H05B3/14GK101589644SQ200780048331
公開日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月4日
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