專利名稱：電阻加熱器及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電阻加熱器領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
熱噴涂 熱噴涂是一種在金屬或陶瓷上沉積涂層的通用技術(shù)。它包括采用粉末作為喂料的系統(tǒng)(例如，電弧等離子體、火焰噴涂以及高速含氧燃料(HVOF)系統(tǒng))和采用線材作為喂料的系統(tǒng)(例如，電弧線材、HVOF線材以及火焰噴涂系統(tǒng))。
電弧等離子體噴涂是一種能夠在各種基體上沉積材料的方法。DC電弧產(chǎn)生離子化氣體(等離子體)，該氣體用于以噴漆類似的方式噴涂熔化的粉末材料。
電弧線材噴涂系統(tǒng)的工作過程是通過熔化兩根線材(例如，鋅、銅、鋁或其它金屬)的頭部并且借助載體氣體(例如壓縮空氣)將獲得的熔融液滴輸送至待涂覆表面來實現(xiàn)。線材喂料被兩線材間的電勢差產(chǎn)生的電弧所熔化。
在火焰噴涂中，線材或粉末喂料借助燃燒火焰加以熔化，其通常通過點燃氧氣與另一種氣體(例如乙炔)的氣體混合物來實現(xiàn)。
HVOF使用在小燃燒室點燃的燃燒氣體(例如丙烷和氧氣)。燃燒室內(nèi)高的燃燒溫度引起氣體壓力同時增大，進(jìn)而導(dǎo)致氣體由燃燒室中的噴嘴高速噴出。這種熱的高速氣體用于熔化喂料(例如，線材、粉末或者它們的組合)和以330-1000m/s的速度將熔融液滴輸送至基體表面。壓縮氣體(例如壓縮空氣)用于進(jìn)一步加速液滴和冷卻HVOF裝置。
熱噴涂涂層具有獨一無二的顯微結(jié)構(gòu)。在沉積過程中，每個粒子進(jìn)入氣流中，熔化并且冷卻成與其它粒子無關(guān)的固態(tài)形式。當(dāng)熔融粒子沖擊正在涂覆的基體時，它們沖擊(“噴濺”)成扁平的小圓片并且以高的冷卻速度凝固。通過在基體上方重復(fù)橫向往復(fù)移動等離子體槍裝置，在基體上形成一層又一層涂層，直至獲得所要求的涂層厚度，從而使涂層在基體上積累加厚。因為粒子作為薄片急冷金屬凝固，因此，獲得的顯微結(jié)構(gòu)具有層狀特征，其近似小圓片的晶粒隨機(jī)堆疊在基體表面上。
電阻加熱器 熱噴涂技術(shù)已被用來沉積用作加熱器的涂層。電阻加熱器通過電子與加熱器材料的原子碰撞來產(chǎn)生熱。熱量產(chǎn)生速率是功率，它取決于流過的電流量和材料對電流施加的電阻。加熱器的電阻取決于稱作“電阻率”的材料性能以及描述電流路徑的長度和電流所通過的橫截面積的幾何因子。
以前，已采用熱噴涂沉積電阻涂層。在一個這種實例中，沉積并用作加熱器的是金屬合金例如80％鎳-20％鉻。在另一個實例中，在沉積之前，將粉末狀金屬合金與電絕緣體如氧化鋁的粉末混合。然后，使用熱噴涂將混合后的材料沉積形成電阻材料涂層。然而，當(dāng)鎳-鉻沉積作為電阻加熱器時，涂層的體電阻率仍然相當(dāng)?shù)?，因此，這種合金更難于制成一種元件，因為獲得足夠高的電阻要求很長的電流路徑。當(dāng)沉積氧化物-金屬混合物時，電阻層的組成經(jīng)常存在大范圍的不連續(xù)性，這使得整個基體范圍內(nèi)的功率分布常常變化較大。
模塑熱塑性材料 許多塑料和金屬部件通過將熔融金屬或聚合物熔體注射進(jìn)入在鋼中加工形成的復(fù)雜型腔制備而成，例如，鋁汽車變速箱殼和聚碳酸酯計算機(jī)外殼。注射成型機(jī)械在加熱室熔化熱塑性粉末并將其送入模具中，使其發(fā)生硬化。所述操作在嚴(yán)格控制的溫度和時間下進(jìn)行。在注射成型過程中，重要的是當(dāng)材料如聚碳酸酯流入并通過模腔空間時維持其處于熔融態(tài)。另外，必須控制和調(diào)整樹脂流動的剪切應(yīng)力分布，以確保模腔空間的適當(dāng)填充。如果熔融樹脂遇到冷模具時凝固太快，則其將不能穿透細(xì)窄的型腔，并且將形成作為兩股液流交匯處的弱網(wǎng)結(jié)線。所以，為了改善注射成型過程中的熱量管理和流動控制，已進(jìn)行了大量努力。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特征在于一種金屬電阻加熱器及其應(yīng)用。該電阻加熱器包括導(dǎo)電(即電阻率低)的金屬組元和絕緣(即電阻率高)的該金屬組元的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。電阻率部分地通過控制金屬組元及其衍生物沉積期間氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的形成量來加以控制。電阻加熱器具有眾多的工業(yè)和商業(yè)用途(即模塑的熱塑性部件、紙張和半導(dǎo)體晶片的生產(chǎn))。
因此，在第一個方面，本發(fā)明的特征在于一種電阻加熱器，其包括與電源相連的電阻層。電阻層包括金屬組元和一種或多種該金屬組元的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。電阻層的電阻率源自于電阻層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，電阻加熱器沉積在基體例如模具型腔表面上。
在一個實施方案中，該電阻層具有與多個扁平圓盤或小片類似的顯微結(jié)構(gòu)，所述圓盤或小片的外部區(qū)域是金屬組元的氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，內(nèi)部區(qū)域是該金屬組元。
在第二個且與之相關(guān)的方面，本發(fā)明的特征在于一種在基體上的電阻加熱器，該加熱器的制備方法包括如下步驟提供一種基體、一種金屬組元喂料和一種包含氧、氮、碳和/或硼的氣體；將喂料熔化產(chǎn)生熔融液滴流；使熔融液滴與氣體反應(yīng)，生成金屬組元的一種或多種氮化物、氧化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分金屬組元與氣體反應(yīng)生成金屬組元的所述氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分金屬組元則未發(fā)生反應(yīng)；將未反應(yīng)的金屬組元以及該金屬組元的氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物沉積在基體上形成電阻層；以及將電阻層與電源相連。
在所述第二個方面的加熱器的實施方案中，熔化步驟和反應(yīng)步驟相互協(xié)調(diào)，以使電阻層的電阻率為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)。在另一個實施方案中，熔融液滴的平均直徑為5-150μm，10-100μm，或者20-80μm。在其它理想的實施方案中，所述方法包括在電阻層表面涂覆陶瓷或金屬層，在基體與電阻層之間涂覆電絕緣層和/或在基體與絕緣層之間涂覆粘結(jié)層的附加步驟。
在第三個方面，本發(fā)明的特征在于一種在基體上沉積電阻加熱器的方法。該方法包括如下步驟提供一種基體、一種金屬組元喂料和一種包含氧、氮、碳和/或硼的氣體；將喂料熔化產(chǎn)生熔融液滴流；使熔融液滴與氣體反應(yīng)，生成金屬組元的一種或多種氮化物、氧化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分金屬組元與氣體反應(yīng)生成金屬組元的所述氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分金屬組元則未發(fā)生反應(yīng)；將未反應(yīng)的金屬組元以及該金屬組元的氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物沉積在基體上形成電阻層；以及將電阻層與電源相連。
在所述第一個、第二個和第三個方面中之任何一個的特殊實施方案中，所述基體是注塑模具，輥子或者半導(dǎo)體晶片處理用的臺板(platen)。
在又一個方面，本發(fā)明的特征在于一種注塑模具，其包括(i)模具型腔表面和(ii)涂層，該涂層包括一個電阻加熱器，其繼而包含一個與電源相連的電阻層，所述涂層至少存在于所述表面的一部分。所述電阻層包括一種金屬組元和金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物。在一個實施方案中，電阻層的電阻率源自于電阻層中存在的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物的量。理想地，所述模具包括一個流道(runner)，而且，所述涂層至少沉積在所述流道表面的一部分上。
在又一個方面，本發(fā)明的特征在于一種制備模制產(chǎn)品的方法。該方法包括如下步驟提供一個如上所述的注塑模具；將熱塑性熔體注射入模具中；冷卻模具中的熔體，形成模塑產(chǎn)品。加熱的電阻加熱器調(diào)整熔體的凝固和冷卻。在一個實施方案中，所述電阻加熱器采用前述方法制備而成。
在另一個方面，本發(fā)明的特征在于一種圓柱形輥子，該輥子包括外表面、包圍空心輥心的內(nèi)表面以及包含與電源相連的電阻層的電阻加熱器。所述電阻層包括一種金屬組元和金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物，其沉積在柱形輥子的外表面和/或內(nèi)表面上。
在又一個方面，本發(fā)明的特征在于一種在制造期間干燥紙張的方法。該方法包括如下步驟提供水含量大于約5％的紙張和一個或多個前述圓柱形輥子；用電阻加熱器加熱輥子；將紙張與輥子接觸適當(dāng)時間，使紙張中的水含量干燥至低于約5％。
在另一個方面，本發(fā)明的特征在于一種半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)，其包括確定反應(yīng)室的封閉結(jié)構(gòu)；固定在反應(yīng)室內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)將待處理的半導(dǎo)體晶片固定在反應(yīng)室內(nèi)；包含與電源相連的電阻層的電阻加熱器，所述電阻層包括一種金屬組元和金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。在一個實施方案中，加熱器置于反應(yīng)室頂部，這樣，晶片一邊(典型地，已進(jìn)行拋光)可以與加熱器相鄰或接觸。在另一個實施方案中，加熱器置于反應(yīng)室底部，這樣，晶片一邊(拋光或未拋光)可以與加熱器相鄰或接觸。在又一個實施方案中，加熱器同時置于反應(yīng)室頂部和底部。
在又一個方面，本發(fā)明的特征在于一種加熱半導(dǎo)體晶片的方法，其包括如下步驟提供一種半導(dǎo)體晶片和一種上述的半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)；以及采用電阻加熱器對晶片進(jìn)行加熱。
在前述方面中之任何一個的各個實施方案中，電阻層的電阻率為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)，并且，從電源施加至電阻層的電流導(dǎo)致電阻層產(chǎn)生熱量。優(yōu)選地，電阻層能夠產(chǎn)生的可持續(xù)溫度高于200，350，400，500，1200或2200。在各種其它實施方案中，電阻加熱器包括位于基體與電阻層之間的電絕緣層(例如，包含氧化鋁或二氧化硅的薄層)，位于絕緣層與基體之間的粘結(jié)層(例如，包含鎳-鉻合金或者鎳-鉻-鋁-釔合金的薄層)，位于電阻層與基體之間的熱反射層(例如，包含氧化鋯的薄層)，位于電阻層表面的陶瓷層(例如，包含氧化鋁的薄層)和/或位于電阻層表面的金屬層(例如，包含鉬或鎢的薄層)。理想地，電阻加熱器中的金屬組元是鈦(Ti)、硅(Si)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鈷(Co)、鎳(Ni)或者它們的合金或組合。本文介紹其它合適的金屬組元。
本發(fā)明的一個特殊實施方案包括使用位于加熱器上方或下方的絕緣層，以便在電阻層與相鄰的導(dǎo)電元件之間實現(xiàn)電絕緣。可以添加附加涂層以便按照選擇的圖案反射或者發(fā)散加熱器的熱量。也可以包括一個或多個涂層來改善各元件之間的熱匹配性，以防止熱膨脹系數(shù)不同的不同涂層發(fā)生彎曲或斷裂。也可以使用改善各層與基體之間的結(jié)合性的涂層。
所謂“金屬組元”，指的是能夠與氣體反應(yīng)形成氧化物、碳化物、氮化物和/或硼化物的金屬、準(zhǔn)金屬(metalloid)或者它們的復(fù)合物。
所謂“金屬組元喂料”，指的是其物理形態(tài)適合用于熱噴涂的金屬組元。示例性物理形態(tài)包括，不受此所限，線材、粉末和錠材。
示例性金屬組元包括，不受此所限，過渡金屬如鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)和過渡金屬合金；高反應(yīng)性金屬如鎂(Mg)、鋯(Zr)、鉿(Hf)和鋁(Al)；難熔金屬如鎢(W)、鉬(Mo)和鉭(Ta)；金屬復(fù)合物如鋁/氧化鋁和鈷/碳化鎢；以及準(zhǔn)金屬如硅(Si)。
所謂“基體”，指的是其上沉積電阻層的任何物體。該基體可以是，例如，裸露的陶瓷，或者其可以是表面上存在的一個或多個涂層，例如電絕緣層。
所謂“熱塑性材料”，指的是加熱時能夠軟化或熔化而冷卻時又能再次硬化的材料。示例性熱塑性材料包括金屬和熱塑性有機(jī)聚合物?！盁崴苄匀垠w”是軟化或熔化的熱塑性材料。
所謂“循環(huán)時間”，指的是在一個循環(huán)中的某一點與下一個循環(huán)中的同一點之間的時間間隔。例如，注射成型的循環(huán)時間測定為將熱塑性熔體注射入模具中兩次操作之間的時間。
所謂“流道(runner)”，指的是將熱塑性熔體從模具入口送入模腔中的通道。
通過優(yōu)選實施方案的描述，以及通過權(quán)利要求，其它的特征和優(yōu)點將明顯可見。



圖1示出了一種HVOF線材系統(tǒng)2，該系統(tǒng)使用金屬線材4作為喂料，通過燃燒燃料氣體6來熔化喂料。反應(yīng)氣體8與熔融喂料反應(yīng)并且將熔融液滴送至基體10，產(chǎn)生涂層12。
圖2示出了一種等離子體噴涂系統(tǒng)100，其使用金屬粉末110作為喂料，并且產(chǎn)生的氬120/氫130等離子體熔化粉末。通過噴嘴150將另一種反應(yīng)氣體140送至熔融液滴處。熔融液滴作為涂層160在基體170上沉積。
圖3示出了一種設(shè)計用于輥子200內(nèi)表面的噴涂沉積的電阻加熱器。電阻層210以環(huán)狀圖案沉積，以便產(chǎn)生平行加熱的電阻加熱器。
圖4示出了包括電阻加熱器的注塑模具的橫截面。金屬模具300的表面包括幾個涂層結(jié)合層310，電絕緣和絕熱層320，金屬電阻層330，電絕緣和導(dǎo)熱層340，以及金屬層350。端子360通過端子絕緣體370與模具絕緣，該端子將電阻層連接至電源。

具體實施例方式 我們已發(fā)現(xiàn)一種金屬電阻層(及其制備方法)，該層包括導(dǎo)電的金屬組元和電絕緣的該金屬組元的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。我們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)該電阻層與電源相連時，能夠起加熱器的作用。
為了沉積施加電壓時會生熱的涂層，該涂層必須具有由希望的功率水平?jīng)Q定的電阻。電阻R由施加電壓V和希望的功率值P，依據(jù)如下公式計算出 R＝V2/P 電阻與加熱器涂層的幾何形態(tài)-電流路徑長度L和電流通過的橫截面面積A-有關(guān)，也與材料的電阻率ρ有關(guān)。其關(guān)系式為 R＝ρL/A 因此，為了設(shè)計在給定功率水平和給定幾何形狀條件下，在給定電壓下工作的涂層，僅僅需要依據(jù)下式確定材料的電阻率 ρ＝R A/L＝V2A/PL 本發(fā)明中，電阻率部分地通過控制金屬組元及其衍生物沉積期間的氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的形成量來加以控制。
電阻率是一個控制變量，這一點很重要，因為它代表為加熱器設(shè)計者又提供了一個附加自由度。大多數(shù)情況下，加熱器材料，例如尼克洛姆鎳鉻耐熱合金(nichrome)的電阻率是一固定值。在這種情況下，加熱器設(shè)計者必須調(diào)整加熱器幾何形狀(L和A)以獲得要求的功率。例如，如果要求通過纏繞尼克洛姆鎳鉻耐熱合金線來加熱一根管子，則設(shè)計者必須選擇通過電流的橫截面面積A所要求的正確直徑和電流總路徑長度L所要求的纏繞間隔。
現(xiàn)在，我們介紹電阻層、其作為涂層組件的應(yīng)用以及其作為電阻加熱器的應(yīng)用。
金屬組元及其氧化物、氮化物、碳化物和硼化物 本發(fā)明的金屬組元包括能夠與氣體反應(yīng)形成氧化物、碳化物、氮化物、硼化物或者它們的組合的任何金屬或準(zhǔn)金屬。示例性金屬組元包括，不受此所限，過渡金屬如鈦(Ti)、釩(V)、鈷(Co)、鎳(Ni)和過渡金屬合金；高反應(yīng)性金屬如鎂(Mg)、鋯(Zr)、鉿(Hf)和鋁(Al)；難熔金屬如鎢(W)、鉬(Mo)和鉭(Ta)；金屬復(fù)合物如鋁/氧化鋁和鈷/碳化鎢；以及準(zhǔn)金屬如硅(Si)。這些金屬組元的電阻率典型地為1-100×10-8Ω·cm。在涂覆過程(例如熱噴涂)中，將金屬組元的喂料(例如，粉末、線材或者實心棒材)熔化，產(chǎn)生例如液滴并且暴露在含氧、氮、碳和/或硼的氣體中。這種暴露使得熔融的金屬組元與氣體反應(yīng)，在液滴的至少部分表面上生成氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物，或者它們的組合。
已反應(yīng)的金屬組元的性質(zhì)取決于沉積中使用的氣體的量和性質(zhì)。例如，使用純氧導(dǎo)致形成金屬組元的氧化物。另外，氧、氮和二氧化碳的混合物導(dǎo)致形成氧化物、氮化物和碳化物的混合物。每種產(chǎn)物的確切比例取決于金屬組元的固有性能以及氣體中氧、氮和碳的比例。采用本文所述方法制備的涂層的電阻率為500-50000×10-8Ω·cm。
示例性的氧化物類型包括TiO2，TiO，ZrO2，V2O5，V2O3，V2O4，CoO，Co2O3，CoO2，Co3O4，NiO，MgO，HfO2，Al2O3，WO3，WO2，MoO3，MoO2，Ta2O5，TaO2和SiO2。示例性的氮化物包括TiN，VN，Ni3N，Mg3N2，ZrN，AlN和Si3N4。理想的碳化物包括TiC，VC，MgC2，Mg2C3，HfC，Al4C3，WC，Mo2C，TaC和SiC。示例性的硼化物包括TiB，TiB2，VB2，Ni2B，Ni3B，AlB2，TaB，TaB2，SiB和ZrB2。其它的氧化物、氮化物、碳化物和硼化物已為本領(lǐng)域的專業(yè)人員熟知。
氣體 為了獲得金屬組元的氧化物、氮化物、碳化物或硼化物，與所述組元反應(yīng)的氣體必須含有氧、氮、碳和/或硼。示例性氣體包括氧氣、氮氣、二氧化碳、三氯化硼、氨、甲烷和乙硼烷。其它氣體已為本領(lǐng)域的專業(yè)人員熟知。
熱噴涂 本發(fā)明的涂層中的電阻層和其他層理想地采用熱噴涂裝置進(jìn)行沉積。示例性的熱噴涂裝置包括，不受此所限，電弧等離子體、火焰噴涂、Rockide系統(tǒng)、電弧線材和高速含氧燃料(HVOF)系統(tǒng)。
典型的HVOF線材系統(tǒng)包括一個噴涂槍或者噴涂頭，三種獨立氣體在此處匯聚一起(參見圖1)。丙烷氣體和氧氣一般用作燃料氣體，選擇作為反應(yīng)劑氣體的氣體用來加速噴槍中的熔融液滴和使噴嘴冷卻。通常，后一功能通過使用空氣來實現(xiàn)。氣體通過流量計和調(diào)壓計或者通過質(zhì)量流動控制計送入噴嘴，從而使得每種氣體的流動具有可控性和獨立性。如果要求輸送較少的反應(yīng)劑氣體，則可以將其與非反應(yīng)性氣體如氬混合，這樣，氣體的量和流動足于能夠以適當(dāng)?shù)乃俣炔倏v噴槍。該混合可以采用流量計和調(diào)壓計、質(zhì)量流動控制計或者通過使用預(yù)先混合的氣瓶來實現(xiàn)，每種方法一般均為本領(lǐng)域的專業(yè)人員所熟知。喂料，這種情況下為線材，借助控制材料送至噴槍的速度的線材送料裝置送至噴槍頭。噴槍本身可以連至運動控制系統(tǒng)如線性轉(zhuǎn)換器或多軸機(jī)器人。
理想地，對熱噴涂裝置的構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計，使反應(yīng)氣體能夠噴射進(jìn)入噴涂熔體流中。對于燃燒系統(tǒng)和電弧線材系統(tǒng)，這種噴射可以通過使用氣體作為加速劑來實現(xiàn)。對于等離子體系統(tǒng)，如果等離子體氣體也沒有作為反應(yīng)氣體，則該氣體可以使用附加的噴嘴(參加圖2)進(jìn)行噴射。添加用于噴射反應(yīng)氣體的附加噴嘴對于其它系統(tǒng)也是可行的。
沉積層的組成可能受使用的熱噴涂裝置類型的影響。例如，與其它技術(shù)相比，HVOF系統(tǒng)能夠很快地散射出液滴，而且，這些液滴隨后暴露在反應(yīng)劑中的時間較短，因此，與氣體反應(yīng)的程度較小。此外，與其它系統(tǒng)沉積的涂層相比，HVOF沉積的涂層的結(jié)合強(qiáng)度更高。
電阻層可以依據(jù)確定的圖案沉積在基體上。此圖案可以例如通過一個可去除的掩罩(mask)加以確定。構(gòu)圖的應(yīng)用使得在一種或多種基體上能夠制造出不止一種空間間隔的電阻層。構(gòu)圖的涂層也使得能夠?qū)w局部區(qū)域中的發(fā)熱進(jìn)行控制。
顯微結(jié)構(gòu) 熱噴涂沉積涂層的特征性層狀顯微結(jié)構(gòu)是噴涂過程的直接結(jié)果。熱噴涂過程由喂料產(chǎn)生熔融液滴流，它們被加速并且朝向基體運動。液滴典型的運動速度為每秒幾百米，它們沖擊基體并且以接近每秒一百萬度的速度極快速地冷卻。這一冷卻速度導(dǎo)致凝固極快進(jìn)行。此外，在沖擊期間，液滴變形成小片形，并且，隨著噴涂頭在基體上前后往返運動，變形的液滴相互堆疊一起，增厚涂層。因此，顯微結(jié)構(gòu)形成一種層狀構(gòu)造，所有的扁平粒子均與基體平行排列，而與沉積線垂直。
如果沉積的材料不與熔體流中存在的氣體反應(yīng)，則涂層的組成與喂料的組成一致。然而，如果熔融液滴在沉積期間與環(huán)境氣體反應(yīng)，則涂層的組成便與喂料的組成不同。所述液滴可以獲得由反應(yīng)產(chǎn)物構(gòu)成的表面涂層，其厚度取決于例如反應(yīng)速度、所處的溫度和氣體的濃度。某些情況下，液滴完全反應(yīng)；而在其它情況下，液滴中心處存在大量的未反應(yīng)金屬。獲得的涂層的顯微結(jié)構(gòu)是一種層狀結(jié)構(gòu)，其由具有復(fù)雜組成的各個粒子構(gòu)成。這種涂層具有減小的體積分?jǐn)?shù)的未反應(yīng)金屬，余下部分均為反應(yīng)產(chǎn)物，它們一般包圍在每個片狀粒子中的未反應(yīng)金屬的周圍。
當(dāng)選澤添加至熔體流中的氣體來形成電阻率高得多的反應(yīng)產(chǎn)物時，則獲得的涂層具有比純金屬組元高的體電阻率。另外，當(dāng)控制氣體的濃度，由此控制反應(yīng)產(chǎn)物的濃度時，則能夠成比例地控制涂層的電阻率。例如，在純氧氣中噴涂的鋁的電阻率比在空氣中噴涂時高，原因是涂層中的氧化鋁濃度較高，而氧化鋁的電阻率非常高。
空間可變的電阻率 本發(fā)明也提供一種涂層的制備方法，該涂層的電阻率作為在基體上位置的函數(shù)進(jìn)行變化，例如，其是一種連續(xù)梯度函數(shù)或者分段函數(shù)。例如，距離變化1，10或者100cm，涂層的電阻率可以增大或減少50，100，200，500或者1000％。所使用的裝置包括熱噴涂槍和氣體源。氣體源包括可以任意混合的兩種或多種氣體。通過控制熱噴涂槍中使用的氣體組成，則可以控制涂層的組成，以及電阻率。例如，逐漸增加氣體中的反應(yīng)劑(例如，氧氣)，可導(dǎo)致涂層的電阻率逐漸增大。這種逐漸增加可用于制備在基體上具有電阻率梯度的涂層。類似地，通過適當(dāng)控制氣體混合物，可以形成其它的電阻率圖案，例如分段函數(shù)。氣體混合物可以包括一種以上的反應(yīng)性物質(zhì)(例如氮氣和氧氣)或者一種反應(yīng)性物質(zhì)和一種惰性物質(zhì)(例如，氧氣和氬氣)。也可以采用計算機(jī)控制氣體的混合。
應(yīng)用 涂層基體上的涂層可以包含本發(fā)明的電阻層。此外，涂層中可以存在其它層以提供附加的性能。另外的涂層的實例包括，不受此所限，粘結(jié)層(例如，鎳-鋁合金)、電絕緣層(例如，氧化鋁、氧化鋯或氧化鎂)、電接觸層(例如，銅)、熱絕緣層(例如，二氧化鋯)、熱發(fā)射層(例如，氧化鉻)、改善熱膨脹系數(shù)不同的涂層間熱匹配性的層(例如，位于氧化鋁與鋁之間的鎳)、導(dǎo)熱層(例如，鉬)以及熱反射層(例如，錫)。這些層可以位于電阻層與基體之間(例如，粘結(jié)層)或者位于遠(yuǎn)離基體的電阻層一側(cè)之上。電阻層也可以沉積在沒有電絕緣層的非傳導(dǎo)表面上。
加熱器電阻層通過將電源與該層相連制成電阻加熱器。使電流通過電阻層，然后就會出現(xiàn)電阻生熱。電源與電阻層之間的連接例如由釬焊接頭、焊絲或者通過使用各種機(jī)械接頭的物理接觸來實現(xiàn)。這些電阻加熱器在要求局部加熱的場合特別有利。
A.注塑模具 本發(fā)明的電阻加熱器的一個應(yīng)用是在注射成型中。注塑模具有型腔，在力作用下，熱塑性材料的熔體進(jìn)入型腔中。一旦材料冷卻硬化，則可以將其從模具中取出，而且，該過程可以重復(fù)進(jìn)行。在本發(fā)明的注塑模具的至少部分型腔表面上存在含有電阻加熱層的涂層。電阻加熱層可以用金屬層(例如鉬或鎢)進(jìn)行覆蓋。在模具的型腔以及在通向型腔的管路中設(shè)置加熱器層的目的是為了更好地控制凝固過程和縮短循環(huán)時間。緊鄰熔體的加熱器可以用來保持熔體處于熱態(tài)，以使其流動性更好、壓力更低，也可以在凝固階段以可控方式對熔體進(jìn)行冷卻。
B.加熱的輥子 在包括造紙、印刷、層壓的許多工業(yè)以及紙、膜和箔的轉(zhuǎn)化工業(yè)都使用加熱的輥子。本發(fā)明的電阻加熱器的用途之一是造紙中的干燥器(參見圖3)。造紙的幾個步驟包括成型、壓制和干燥。干燥步驟典型地是將壓制步驟殘留的水(典型地約30％)去除，將水含量典型地降至約5％。干燥步驟典型地涉及用已加熱的圓柱型輥接觸紙的兩面。因此，可以采用本發(fā)明的方法制造具有電阻加熱層的紙干燥器用輥。含有電阻加熱器層的涂層沉積在這種輥的內(nèi)表面或者外表面。也可以涂覆其它涂層如抗腐蝕層。在沉積步驟可以通過掩罩(mask)按確定圖案涂覆加熱器。例如，在輥子端部設(shè)立集中加熱區(qū)的圖案能夠使紙張的加熱更均勻，因為輥子端部比其中心部位冷卻速度更快。美國專利5,420,395中給出了包含加熱區(qū)的輥子實例，在此引入作為參考。
可以將沉積的電阻加熱器用于在造紙過程中使用的干燥器罐(或輥子)上，以便從紙漿中將水去除。在一個實例中，加熱器涂覆在鋼輥或罐的內(nèi)表面。首先，采用熱噴涂涂覆氧化鋁絕緣層，并且用氧化鋁納米相或者某些其它合適的高溫介電密封劑將其密封。然后，使用高速含氧燃料線材噴涂系統(tǒng)、鈦線材和氮氣，沉積電阻加熱器層。端子通過焊接或者螺栓固定在罐內(nèi)側(cè)，并且加以絕緣，這樣，可以將電源與沉積的電阻層相連。最后，用高溫有機(jī)硅或者另一層熱噴涂氧化鋁覆蓋整個加熱器層，如前述那樣將其密封。
另一種方法是，可以將加熱器層和絕緣層涂覆在干燥器罐的外表面并且用熱噴涂金屬層如鎳進(jìn)行覆蓋。然后，將鎳磨削至要求尺寸。當(dāng)加熱輥較小時，可以將金屬殼固定或者燒嵌(shrunk)在涂覆有加熱器的輥子上。
C.半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng) 加熱器也用于半導(dǎo)體晶片的處理(參見WO 98/51127，在此引入作為參考)。本發(fā)明的半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)包括一個處理室、一個或多個電阻加熱器以及固定和操縱半導(dǎo)體晶片的裝置。該系統(tǒng)可以用在諸如退火、燒結(jié)、硅化和玻璃軟熔等晶片處理場合。包括這種加熱器的系統(tǒng)也用于促進(jìn)晶片與反應(yīng)氣體的反應(yīng)，如氧化和氮化。此外，該系統(tǒng)可以用于外延反應(yīng)，其中，材料如硅以單晶形式沉積在加熱的表面。最后，這種系統(tǒng)能夠在加熱的基體上化學(xué)氣相沉積納米晶形式的氣相反應(yīng)的產(chǎn)物。
本發(fā)明的加熱器的附加應(yīng)用如下 1.管路上的表面層加熱器，其頂層是金屬接觸層，在觸點是氧化鋁絕緣體。
2.用于廚房爐具、烤箱、水加熱器或加熱系統(tǒng)的天然氣點火器的加熱器頭。
3.在可拆除心軸上通過噴涂成型制造的隨意直立的套管。
4.浴室除臭劑用的低壓加熱器涂層。
5.實驗室應(yīng)用電阻加熱的涂覆玻璃和塑料實驗室容器；工作盤；解剖盤；細(xì)胞培養(yǎng)器皿；管路；管道；熱交換器；歧管；實驗室用表面消毒罩；自消毒工作表面；消毒容器；可加熱過濾器；過濾板(frit)；填充床；高壓釜；自消毒醫(yī)用細(xì)菌和組織培養(yǎng)工具(例如，環(huán)路和鋪展器)；孵化器；benchtop加熱器；無火焰火炬；實驗室爐具；焚燒爐；真空爐；恒溫槽；干燥槽；熱壓板；射線照射用筆；反應(yīng)容器；反應(yīng)室；燃燒室；可加熱混合器及葉輪；電泳裝備；陽極和陰極電極；加熱電極；電解和氣體發(fā)生系統(tǒng)；脫鹽系統(tǒng)；去離子系統(tǒng)；光譜和質(zhì)譜裝備；色譜裝備；HPLC；IR傳感器；高溫探針；熱塑性包；帽式和管式密封器；熱循環(huán)控制裝置；熱水器；蒸汽發(fā)生系統(tǒng)；加熱噴嘴；熱激活同軸閥門；形狀記憶合金/傳導(dǎo)性陶瓷系統(tǒng)；冷凍干燥器；熱墨水筆和印刷系統(tǒng)； 6.醫(yī)療和牙科應(yīng)用自消毒和自燒灼外科工具(例如，解剖刀片，鑷子)；孵化器；暖床；暖盤；暖血系統(tǒng)；熱控流體系統(tǒng)；amalgum加熱器；透析系統(tǒng)；電泳系統(tǒng)；蒸汽發(fā)生器干燥器；超高溫焚燒系統(tǒng)；自消毒桌和表面；給藥系統(tǒng)(例如，含藥氣霧吸入器，熱活化的透皮貼劑)；皮膚病學(xué)工具；可加熱瓷磚；洗浴用盆；浴室地板；毛巾架；小型高壓釜；野外加熱器帆布床；身體保暖系統(tǒng)； 7.工業(yè)應(yīng)用無火花點火系統(tǒng)；無火花燃燒發(fā)動機(jī)；條式加熱器；帶式加熱器；燃燒室；反應(yīng)室；化學(xué)處理線；噴嘴和管路；靜態(tài)和主動混合器；催化加熱平臺(例如，洗滌器)；化學(xué)處理裝備和機(jī)器；環(huán)境補(bǔ)救系統(tǒng)；紙漿處理和制造系統(tǒng)；玻璃和陶瓷處理系統(tǒng)；熱空氣/空氣刀應(yīng)用；室內(nèi)加熱器；無火花焊接裝備；惰性氣體焊接裝備；傳導(dǎo)性磨料；加熱器水射流或液體射流切割系統(tǒng)；加熱的葉輪和混合箱；熔化和阻尼鎖；使用新惰性氣體的超加熱熒光燈泡；可加熱閥門；可加熱的互連設(shè)備和所有類型的接口設(shè)備；可加熱的陶瓷磚；自加熱電路板(例如，自釬焊板；自層疊板)；消防滅火加熱器；食物處理裝備(例如，爐具、大桶、蒸汽系統(tǒng)、灼燒系統(tǒng)、收縮包裝系統(tǒng)、壓力廚具、鍋爐、炸鍋、熱密封系統(tǒng))；在線食物處理裝備；可編程的溫度格柵和臺板，以便對2-D或3-D結(jié)構(gòu)(例如，熱塑性焊接和密封系統(tǒng))進(jìn)行選擇加熱；點脈沖加熱器；電池工作加熱器；記錄器和標(biāo)示系統(tǒng)；靜態(tài)混合器；蒸汽清除器；IC芯片加熱器；LCD面板加熱器；冷凝器；加熱的飛機(jī)部件(例如，機(jī)翼、螺旋槳、襟翼、副翼、垂直尾翼、旋翼)；傳導(dǎo)性陶瓷筆和探針；自愈合釉料；自焙燒陶器；大壁爐；自焊接墊圈；熱泵； 8.家庭和辦公應(yīng)用所有可加熱家用器具；自清潔爐具；點火器；烤架；淺鍋；用于微波爐的基于感受器的可加熱陶瓷燒灼系統(tǒng)；加熱的混合器；葉輪；攪拌器；罐；壓力鍋；電器爐灶蓋(electric rangetop)；冰箱去霧機(jī)構(gòu)；加熱的冰淇凌鏟和食用勺；工作的手持加熱器和取暖器；熱水器和開關(guān)；咖啡加熱器系統(tǒng)；可加熱食物處理器；可保暖的馬桶座；毛巾架；衣服保暖器；身體保暖器；貓床；即熱熨斗；水床加熱器；洗衣機(jī)；干燥器；龍頭；加熱的浴缸和洗漱盆；去濕器；用于加熱沖洗或者蒸汽清洗的軟管噴頭；對加水擦抹進(jìn)行加熱的熱板；浴室織品加熱器；毛巾加熱器；加熱的肥皂配送器；加熱的刮臉刀；蒸發(fā)性急冷系統(tǒng)；自加熱鑰匙；用于吸引和殺死臭蟲系統(tǒng)的戶外CO2和熱發(fā)生系統(tǒng)；水族箱加熱器；浴室鏡；椅子保暖器；可加熱葉片的吊扇；地板加熱器； 9.整個表面幾何形狀加熱器；直接接觸加熱器；純陶瓷加熱系統(tǒng)；涂覆金屬加熱系統(tǒng)；自查錯系統(tǒng)；等離子體噴涂熱電偶和傳感器；等離子體球化床系統(tǒng)(例如，用于半導(dǎo)體工業(yè)的硼氣發(fā)生系統(tǒng)；可加熱傳導(dǎo)性的色譜層和球珠系統(tǒng))；在實施費用較低或者更有效的加熱方法之前對表面進(jìn)行暖化的預(yù)先加熱器；傳感器(例如，作為集成電路芯片封裝件一部分的加熱器)； 10.微波和電磁應(yīng)用磁感受器涂層；涂覆的烹飪器具；磁感應(yīng)爐和爐灶罩； 11.熱塑性加工應(yīng)用電阻加熱的大工作表面和大加熱器；加熱的注塑模具；工具；模具；澆口；噴嘴；澆道；原料輸送管線；大桶；化學(xué)反應(yīng)模；螺桿；推進(jìn)器；壓縮系統(tǒng)；擠壓模；熱成型設(shè)備；爐具；退火設(shè)備；焊接設(shè)備；熱連接設(shè)備；水汽固化爐；真空和壓力成型系統(tǒng)；熱密封設(shè)備；薄膜；層板；蓋子；熱沖壓設(shè)備；收縮包裝設(shè)備； 12.汽車應(yīng)用洗滌劑流體加熱器；同軸加熱器和噴嘴加熱器；擋風(fēng)玻璃擦加熱器；發(fā)動機(jī)組加熱器；油盤加熱器；方向盤加熱器；阻尼基鎖緊系統(tǒng)；微催化轉(zhuǎn)化器；廢氣凈化器；座位加熱器；空氣加熱器；加熱的鏡子；加熱的鑰匙鎖；加熱的外燈；在漆面下或者代替油漆的整體加熱器；進(jìn)出口的棱邊；無火花的“火花塞”；發(fā)動機(jī)閥、活塞、和軸承；微小廢氣催化管； 13.海洋應(yīng)用抗污涂層；可除冰涂層(例如，欄桿，人行道)；電解系統(tǒng)；脫鹽系統(tǒng)；船上海產(chǎn)品處理系統(tǒng)；罐頭制備設(shè)備；干燥設(shè)備；冰鉆和取芯管；救生衣；潛水服加熱器；干燥與去濕系統(tǒng)； 14.國防應(yīng)用高溫?zé)岚胁暮图倌繕?biāo)；障礙物加熱器；MRE加熱系統(tǒng)；武器預(yù)熱器；手提加熱器；炊事裝置；電池驅(qū)動可加熱刀；非燃燒基氣體膨脹槍；機(jī)翼上的噴射去冰涂層等；熱熔化自破壞系統(tǒng)；焚化裝置；閃速加熱系統(tǒng)；緊急加熱系統(tǒng)；緊急蒸餾裝置；脫鹽和滅菌系統(tǒng)； 15.標(biāo)記應(yīng)用加熱的道路標(biāo)記；熱響應(yīng)色彩變化標(biāo)記；在磁場中發(fā)熒光的充惰性氣體(如氖)的微球； 16.印刷和照相應(yīng)用復(fù)印機(jī)；打印機(jī)；打印機(jī)加熱器；蠟加熱器；熱凝固墨水系統(tǒng)；熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；靜電復(fù)印和印刷加熱器；射線照相與攝影膠片處理加熱器；陶瓷印刷機(jī)； 17.建筑應(yīng)用加熱的人行道墊子；格柵；下水道；排水溝；放流槽和屋頂棱邊； 18.運動應(yīng)用加熱的高爾夫球頭；棒；棍；手柄；加熱的滑冰鞋刀；滑雪和雪撬的刀刃；溜冰場的去冰和重新制冰系統(tǒng)；加熱的護(hù)目鏡；加熱的眼鏡；加熱的觀眾席座位；露營爐具；電烤架；可加熱的食物儲存容器； 在一個實施方案中，本發(fā)明的加熱器在注射成型系統(tǒng)中用于管理和控制熔融材料在整個模腔空間中的流動。加熱器可以作為涂層的一部分直接沉積在模腔區(qū)域的表面上，從而精確地管理運動的熔體材料中的溫度分布。對于某些應(yīng)用場合，加熱器在模腔區(qū)域的表面具有可變的電阻率，從而能夠?qū)θ廴诓牧系臏囟忍荻冗M(jìn)行精細(xì)調(diào)整，從而實現(xiàn)熱流的精確控制以及使熔體流具有恒定(或精確管理的)的粘度和速度。模具的熱管理和流動的控制取決于具體應(yīng)用場合和所用材料的類型。
理想地，加熱器和熱傳感器(例如，熱調(diào)節(jié)器或熱電偶)和/或壓力傳感器一起使用。在模具型腔區(qū)域上直接沉積含加熱器的涂層能夠減小或消除加熱器與受熱表面之間的空氣間隙，使二者緊密、直接接觸，從而改善加熱器與受熱表面之間的溫度傳遞。
在一個實施例中，加熱器涂覆在塑料模具的模腔上(參見圖4)。首先，采用高速含氧燃料線材(HVOF)熱噴涂系統(tǒng)在型腔上涂覆厚約0.002英寸的NiCrAlY合金粘著(或結(jié)合)涂層。接下來，采用電弧等離子體噴涂系統(tǒng)涂覆厚度為0.012英寸的氧化鋯層。氧化鋯層將加熱器與水冷的鋼模具電絕緣和熱絕緣。下面，在氧化鋯上面作為厚0.008英寸的材料薄片或者涂層涂覆電阻加熱層。采用HVOF熱噴涂系統(tǒng)沉積鋯，其中，采用丙烷和氧作為燃料氣體熔化金屬線材，純氮氣作為加速劑。氮促進(jìn)在熔體流中形成氮化鋯，使涂層的電阻率由純鋯的0.00007Ω·cm升至沉積涂層的0.003Ω·cm。接下來，采用使用氧化鋁介質(zhì)并且固定在多軸機(jī)加工中心上的微小磨料噴砂機(jī)在模具上刻劃出所要求的加熱器元件的圖案。在這一階段，將鋯端子嵌入模具中加工形成的孔內(nèi)。所嵌入的端子應(yīng)與加熱器層實現(xiàn)電接觸。然后，在加熱器頂層涂覆第二個0.015英寸厚的陶瓷電絕緣體層。這一層選擇氧化鋁，是因為它的導(dǎo)熱性比氧化鋯高。氧化鋁采用電弧等離子體系統(tǒng)涂覆，并且，隨后采用氧化鋁相納米密封。最后，采用電弧等離子體噴涂涂覆厚度為0.040英寸的金屬鎢層，并且加工至所要求的尺寸。再在鎢的頂層電鍍一層鎳，至此完成模具型腔的處理。
其它實施方案 在上述說明書中提及的所有出版物和專利，在此引入作為參考。本領(lǐng)域的專業(yè)人員在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的前提下，將會明顯明了本發(fā)明所述方法和系統(tǒng)的各種修正方案和改變方案。盡管已結(jié)合具體的優(yōu)選實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，應(yīng)該了解的是加以權(quán)利要求的本發(fā)明不應(yīng)該受這些具體實施方案的過度限制。其真正目的在于對于熱噴涂、涂層、熱塑性或者相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人員顯而易見的各種實施本發(fā)明所述模式的修正方案都處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
其它的實施方案在以下各項中體現(xiàn) 1.一種包括與電源相連的電阻層的電阻加熱器，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，而且，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量。
2.根據(jù)項目1的電阻加熱器，其中，在所述電阻層中存在的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物的量導(dǎo)致所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，而且，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量。
3.根據(jù)項目1的電阻加熱器，其中，所述電阻加熱器處于基體上。
4.基體上的電阻加熱器，由包括如下步驟的方法制備 a)提供一種基體、一種金屬組元喂料和包含氧、氮、碳和硼中之一種或多種的氣體； b)將所述喂料熔化產(chǎn)生熔融液滴流； c)使所述熔融液滴與所述氣體反應(yīng)，生成所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分所述金屬組元與所述氣體反應(yīng)生成所述金屬組元的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分所述金屬組元則未發(fā)生反應(yīng)； d)將所述未反應(yīng)的金屬組元以及所述金屬組元的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物沉積在所述基體上形成電阻層；以及 e)將步驟(d)的所述電阻層與電源相連，制備出電阻加熱器。
5.根據(jù)項目4的電阻加熱器，其中，所述熔融液滴的平均直徑為5-150微米。
6.根據(jù)項目4的電阻加熱器，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm。
7.根據(jù)項目1或4的電阻加熱器，其在所述基體與所述電阻層之間還包括一個電絕緣層。
8.根據(jù)項目7的電阻加熱器，其中，所述絕緣層包含氧化鋁或者二氧化硅。
9.根據(jù)項目7的電阻加熱器，其中，其在所述絕緣層與所述基體之間還包括一個結(jié)合層。
10.根據(jù)項目9的電阻加熱器，其中，所述結(jié)合層包含鎳-鉻合金或鎳-鉻-鋁-釔合金。
11.根據(jù)項目1或4的電阻加熱器，其在所述電阻層與所述基體之間還包括一個熱反射層。
12.根據(jù)項目11的電阻加熱器，其中，所述熱反射層包含氧化鋯。
13.根據(jù)項目1或4的電阻加熱器，其在所述電阻層的表面上還包括一個陶瓷層。
14.根據(jù)項目13的電阻加熱器，其中，所述陶瓷層包含氧化鋁。
15.根據(jù)項目14的電阻加熱器，其中，所述陶瓷層采用氧化鋁納米相密封。
16.根據(jù)項目1或4的電阻加熱器，其在所述電阻層的表面上還包括一個金屬層。
17.根據(jù)項目16的電阻加熱器，其中，所述金屬層包含鉬或鎢。
18.根據(jù)項目1或4的電阻加熱器，其中，所述基體是注塑模具、輥子或者半導(dǎo)體晶片處理用的臺板(platen)。
19.根據(jù)項目1或4的電阻加熱器，其中，所述金屬組元是鈦(Ti)、硅(Si)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鈷(Co)、鎳(Ni)或者它們的合金。
20.在基體上制備電阻加熱器的方法，所述方法包括如下步驟 a)提供一種基體、一種金屬組元喂料和包含氧、氮、碳和硼中之一種或多種的氣體； b)將所述喂料熔化產(chǎn)生熔融液滴流； c)使所述熔融液滴與所述氣體反應(yīng)，生成所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分所述金屬組元與所述氣體反應(yīng)生成所述金屬組元的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分所述金屬組元則未發(fā)生反應(yīng)； d)將所述未反應(yīng)的金屬組元以及所述金屬組元的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物沉積在所述基體上形成電阻層；以及 e)將步驟(d)的所述電阻層與電源相連，制備出電阻加熱器。
21.根據(jù)項目20的方法，其中，使所述熔化步驟(b)和所述反應(yīng)步驟(c)相配合，以使步驟(d)的電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm。
22.根據(jù)項目20的方法，其中，所述步驟(b)的所述熔融液滴的平均直徑為5-150微米。
23.根據(jù)項目20的方法，其中，所述步驟(d)的所述電阻層的的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm。
24.根據(jù)項目20的方法，其中，所述基體包含一個電絕緣層。
25.根據(jù)項目20的方法，其中，所述基體包含一個結(jié)合層。
26.根據(jù)項目20的方法，其中，所述基體包含一個熱反射層。
27.根據(jù)項目20的方法，其進(jìn)一步包括一個在所述電阻層的表面上涂覆陶瓷層的步驟(f)，其中，步驟(f)在步驟(e)進(jìn)行之前、進(jìn)行之中或者進(jìn)行之后實施。
28.根據(jù)項目27的方法，其進(jìn)一步包括一個在所述陶瓷層的表面上涂覆金屬層的步驟(g)，其中，步驟(g)在步驟(e)進(jìn)行之前、進(jìn)行之中或者進(jìn)行之后實施。
29.根據(jù)項目20的方法，其中，所述基體是注塑模具、輥子或者半導(dǎo)體晶片處理用的臺板。
30.根據(jù)項目20的方法，其中，所述金屬組元是鈦(Ti)、硅(Si)、鋁(Al)、或鋯(Zr)、鈷(Co)、鎳(Ni)或者它們的合金。
31.一種包含模具型腔表面和含有電阻層的涂層的注塑模具，所述涂層位于至少一部分所述表面上，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，而且，其中，由電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量。
32.根據(jù)項目31的注塑模具，其中，在所述電阻層中存在的所述金屬組元的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物的量導(dǎo)致所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，所述電阻層與電源相連，而且，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量。
33.根據(jù)項目31的注塑模具，其中，所述涂層還包括一個位于所述型腔表面與所述電阻層之間的電絕緣層。
34.根據(jù)項目33的注塑模具，其中，所述涂層還包括一個位于所述型腔表面與所述絕緣層之間的結(jié)合層。
35.根據(jù)項目31的注塑模具，其中，所述涂層還包括一個位于所述電阻層與所述基體之間的熱反射層。
36.根據(jù)項目31的注塑模具，其中，所述涂層還包括一個在所述電阻層表面上的陶瓷層。
37.根據(jù)項目31的注塑模具，其中，所述涂層還包括一個在所述電阻層表面上的金屬層。
38.根據(jù)項目31的注塑模具，其還包括流道，其中，所述涂層位于至少一部分所述流道表面上。
39.模塑產(chǎn)品的制備方法，所述方法包括如下步驟 a)提供一種包含型腔表面和含有與電源相連的電阻加熱器的涂層的注塑模具，所述涂層位于所述型腔表面的至少一部分上，其中，所述電阻加熱器包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻加熱器的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，通過由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量； b)加熱所述電阻加熱器； c)將熱塑性或金屬熔體注射入所述模具中，其中，所述加熱的電阻加熱器調(diào)節(jié)所述熔體的凝固；以及 d)冷卻所述模具中的所述熔體，形成所述模塑產(chǎn)品。
40.根據(jù)項目39的方法，其中，所述電阻加熱器由包括如下步驟的方法制備 a)提供一種金屬組元喂料和包含氧、氮、碳和硼中之一種或多種的氣體； b)將所述喂料熔化產(chǎn)生熔融液滴流； c)使所述熔融液滴與所述氣體反應(yīng)，生成一種或多種所述金屬組元的氧化物、氮化物、碳化物或硼化物衍生物，其中，部分所述金屬組元與所述氣體反應(yīng)生成所述金屬組元的所述氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，而一部分所述金屬組元則未發(fā)生反應(yīng)； d)沉積所述金屬組元以及所述金屬組元的所述氮化物、氧化物、碳化物和/或硼化物衍生物，形成電阻層；以及 e)將步驟(d)的所述電阻層與電源相連，制備出所述電阻加熱器。
41.根據(jù)項目39的方法，其中，所述注塑模具還包括流道，其中，所述涂層位于至少一部分所述流道表面上。
42.根據(jù)項目39的方法，其中，所述涂層還包括一個位于所述型腔表面與所述電阻加熱器之間的電絕緣層。
43.根據(jù)項目42的方法，其中，所述涂層還包括一個位于所述型腔表面與所述絕緣層之間的結(jié)合層。
44.根據(jù)項目39的方法，其中，所述涂層還包括一個位于所述電阻加熱器與所述型腔表面之間的熱反射層。
45.根據(jù)項目39的方法，其中，所述涂層還包括一個在所述電阻層表面上的陶瓷層。
46.根據(jù)項目39的方法，其中，所述涂層還包括一個在所述電阻層表面上的金屬層。
47.一個圓柱形輥子，其包括外表面、包圍空心輥心的內(nèi)表面以及包含與電源相連的電阻層的電阻加熱器，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，而且，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量，其中，所述電阻加熱器處于在所述外表面或所述內(nèi)表面上。
48.一種在制造期間干燥紙張的方法，其包括如下步驟 a)提供水含量大于約5％的紙張和一個或多個圓柱形輥子，每個輥子包括外表面、包圍空心輥心的內(nèi)表面以及包含與電源相連的電阻層的電阻加熱器，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，而且，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量，其中，所述電阻加熱器處于在所述外表面或所述內(nèi)表面上； b)用所述電阻加熱器加熱所述輥子；以及 c)將所述紙張與所述輥子接觸適當(dāng)時間，使所述紙張中的水含量干燥至低于約5％。
49.一種半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)，其包括 a)確定反應(yīng)室并包含一個臺板的封閉結(jié)構(gòu)； b)固定在反應(yīng)室內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)將待處理的半導(dǎo)體晶片固定在所述反應(yīng)室內(nèi)；以及 c)包含與電源相連的電阻層的電阻加熱器，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量，而且，其中，所述加熱器位于所述臺板上。
50.一種半導(dǎo)體晶片的加熱方法，包括如下步驟 a)提供半導(dǎo)體晶片和半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 i)確定反應(yīng)室并包含一個臺板的封閉結(jié)構(gòu)； ii)固定在反應(yīng)室內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)將待處理的半導(dǎo)體晶片固定在所述反應(yīng)室內(nèi)；以及 iii)包含與電源相連的電阻層的電阻加熱器，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，其中，由所述電源向所述電阻層通電流會導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量，而且，其中，所述加熱器位于所述臺板上；以及 b)采用所述電阻加熱器加熱所述晶片。
權(quán)利要求
1.一種用于制造室內(nèi)加熱器的方法，包括
在噴頭將包含金屬材料的喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自該噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于室內(nèi)加熱器的電阻加熱層。
2.權(quán)利要求1的方法，其中電阻加熱層具有0.001Ω·cm-1.0Ω·cm的電阻率。
3.權(quán)利要求1的方法，其中生產(chǎn)室內(nèi)加熱器包括制造地板加熱器。
4.權(quán)利要求1的方法，還包括
將電阻加熱層與電源相連。
5.權(quán)利要求1的方法，還包括
在該噴頭產(chǎn)生電弧，該電弧將喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流。
6.權(quán)利要求1的方法，還包括
將該反應(yīng)氣體與第二氣體混合以形成氣體混合物并且控制該氣體混合物向熔融液滴流的流動。
7.權(quán)利要求6的方法，還包括
控制氣體混合物中反應(yīng)氣體和第二氣體的濃度，以控制電阻加熱層的電阻率。
8.權(quán)利要求1的方法，其中生產(chǎn)室內(nèi)加熱器包括制造可加熱瓷磚、毛巾架、加熱的浴缸、洗浴用盆、浴室、鏡子和可加熱風(fēng)扇中的至少一種。
9.權(quán)利要求1的方法，還包括在噴頭熔融線材或者實心棒材喂料以產(chǎn)生熔融液滴流。
10.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)產(chǎn)物是該金屬材料的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。
11.權(quán)利要求1的方法，其中反應(yīng)氣體包含氧、氮、碳和硼中的一種或多種。
12.權(quán)利要求1的方法，其中金屬材料包括鈦(Ti)、硅(Si)、鋁(Al)、鋯(Zr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鐵(Fe)或者它們的合金。
13.權(quán)利要求6的方法，其中第二氣體包括第二反應(yīng)氣體。
14.權(quán)利要求6的方法，其中第二氣體包括非反應(yīng)性氣體。
15.一種用于制造炊事裝置的方法，包括
利用噴頭，使用線材或?qū)嵭陌舨奈锢硇螒B(tài)的包含金屬材料的喂料；
在噴頭將喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于炊事裝置的電阻加熱層。
16.權(quán)利要求15的方法，其中生產(chǎn)炊事裝置包括制造電器爐灶蓋或爐具.
17.權(quán)利要求15的方法，其中提供炊事裝置包括提供大桶、蒸汽系統(tǒng)、灼燒系統(tǒng)、壓力廚具、鍋爐、克羅克電鍋、烤架、淺鍋和炸鍋中的至少一種。
18.一種用于制造加熱的墊子的方法，包括
在噴頭將包含金屬材料的喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于加熱的墊子的電阻加熱層。
19.一種用于制造汽車加熱器的方法，包括
在噴頭將線材或?qū)嵭陌舨奈锢硇螒B(tài)的金屬材料喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于汽車加熱器的電阻加熱層。
20.一種用于制造打印機(jī)加熱器的方法，包括
在噴頭將線材或?qū)嵭陌舨奈锢硇螒B(tài)的金屬材料喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于打印機(jī)加熱器的電阻加熱層。
21.一種用于制造復(fù)印機(jī)的方法，包括
在噴頭將線材或?qū)嵭陌舨奈锢硇螒B(tài)的金屬材料喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于復(fù)印機(jī)的電阻加熱層。
22.一種用于制造流體加熱器的方法，包括
在噴頭將線材或?qū)嵭陌舨奈锢硇螒B(tài)的金屬材料喂料熔融產(chǎn)生熔融液滴流；
控制包含至少一種反應(yīng)氣體的氣體流向熔融液滴流的流動，該反應(yīng)氣體與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；并且
將來自噴頭的熔融液滴流投射到基體上，由此產(chǎn)生用于流體加熱器的電阻加熱層。
23.權(quán)利要求22的方法，其中生產(chǎn)流體加熱器包括制造空氣加熱器或水加熱器或管式加熱器或流道。
24.用于制造電阻加熱器的熱噴涂系統(tǒng)，包括
噴頭，其具有噴射在該噴頭產(chǎn)生的金屬材料的熔融液滴流的噴嘴；
送料裝置，其向噴頭提供金屬材料喂料；
反應(yīng)氣體源，該反應(yīng)氣體被供給在噴頭處或最接近噴頭處的熔融液滴流并且與熔融液滴反應(yīng)以產(chǎn)生具有比該金屬材料電阻率更高電阻率的反應(yīng)產(chǎn)物；和
用于控制反應(yīng)氣體向熔融液滴流的流動以控制從噴頭投射的熔融液滴流中反應(yīng)產(chǎn)物的濃度的裝置。
25.包含模具型腔表面和含有電阻層的涂層的注塑模具，所述涂層位于至少一部分所述表面上，所述電阻層包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，其中，所述電阻層的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，而且其中，由電源向所述電阻層通電流導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量。
26.權(quán)利要求25的注塑模具，其中所述涂層還包括在所述型腔表面和所述電阻層之間的電絕緣層，或者在所述型腔表面和所述電絕緣層之間的結(jié)合層，或者所述電阻層和所述型腔表面之間的熱反射層，或者所述電阻層的表面上有陶瓷層和金屬層中的至少一種。
27.權(quán)利要求25的注塑模具，還包括流道，其中所述涂層位于至少一部分所述流道表面上。
28.權(quán)利要求25的注塑模具，其中所述電阻層在所述型腔的外表面上或在所述型腔的內(nèi)表面上形成。
29.模塑產(chǎn)品的制備方法，包括
提供一種包含型腔表面和含有與電源相連的電阻加熱器的涂層的注塑模具，所述涂層位于所述型腔表面的至少一部分上，其中，所述電阻加熱器包含一種金屬組元和所述金屬組元的一種或多種氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物，所述電阻加熱器的電阻率為0.0001-1.0Ω·cm，由所述電源向所述電阻層通電流導(dǎo)致所述電阻層產(chǎn)生熱量；
加熱所述電阻加熱器，結(jié)合了將熱塑性或金屬熔體注射入所述模具中，其中所述加熱的電阻加熱器調(diào)節(jié)所述熔體的凝固；以及
冷卻所述模具中的所述熔體，形成所述模塑產(chǎn)品。
全文摘要
一種金屬電阻加熱器，其包括一種導(dǎo)電金屬組元(330)(即具有低的電阻率)和一種電絕緣(即具有高的電阻率)的所述金屬組元(330)的氧化物、氮化物、碳化物和/或硼化物衍生物。電阻率部分地通過控制金屬組元及其衍生物在沉積期間形成的氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的量來加以控制。
文檔編號C23C4/04GK101638765SQ200910132599
公開日2010年2月3日 申請日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月29日
發(fā)明者R·C·埃勃特, G·P·瑪格南特, W·A·格利恩 申請人:薩莫希雷梅克斯公司