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CN112889348A - 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 - Google Patents

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CN112889348A CN201980069094.9A CN201980069094A CN112889348A CN 112889348 A CN112889348 A CN 112889348A CN 201980069094 A CN201980069094 A CN 201980069094A CN 112889348 A CN112889348 A CN 112889348A
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Abstract

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)。

Description

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
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：
WO2016/084019，其公开了一种电阻加热器，该电阻加热器包括至少一个热喷涂的电阻加热层，该电阻加热层包含导电的第一金属组分，第一金属组分的电绝缘衍生物和第三组分，该第三组分使加热层的电阻率稳定；
US3922386，其公开了通过在氧化性气氛中热喷涂熔融的铝液滴(globules)而生产的加热元件；
GB2344042，其公开了一种通过加热预先氧化的颗粒以使它们变为半熔融并将它们沉积在基底上来制造电阻加热元件的方法；和
US2008/0075876，其公开了一种使用火焰喷涂形成电加热元件的方法。
与上述相反，以下参考文献涉及“冷喷涂”技术和产品：
WO2014/184146教导了金属的冷喷涂，要么单独地要么以合金。该教导特定于产生铁磁加热效应以使温度“微移”到凝固点以上，然后由于金属合金的组合被设计所提供的固有居里点温度而被切断。他们举出了一系列铁磁性金属合金，特别是Cu-Ni和Fe-Ni，具有或不具有Cr、Al、Mn。
WO2005/079209公开了纳米晶体层的生产。它教导了金属和合金的使用以及使用陶瓷对它们进行增强以产生烧结的压块。
US2018/0138494涉及使用冷喷涂工艺沉积阴极或阳极材料。
CN107841744公开了使用冷喷涂生产纳米颗粒的陶瓷掺杂金属基复合材料的方法，该复合材料被充分地预研磨并真空干燥。冷喷涂施加之后，对表面进行高速摩擦处理。它没有教导生产欧姆电阻涂层或加热装置。
与冷喷涂相关的公开均未教导通过将电阻性金属化合物或盐(例如金属氧化物)的颗粒与延性或延展性金属共沉积来形成加热元件。
申请人出乎意料地确定可以沉积脆性或硬质金属化合物或盐，包括当前热喷涂应用中使用的那些典型商业化的粉末颗粒，在喷涂沉积的背景中认为低的温度下(即低于它们的熔点的温度)，通过将脆性或硬质金属化合物或盐与一种或多种延性或延展性金属一起沉积，在它们保持为固体的温度下以受控的动量，使得所述延性或延展性金属与表面接触时变形，并且所述脆性或硬质金属化合物或盐嵌入延性或延展性金属中，而不会使共沉积的延性金属或在其上进行施加的表面被喷砂去除。由此产生的涂层附着于基底。
在这方面，使用熔点为约419.5℃的锌作为延性或延展性金属特别有利，然而也可使用较高熔点的延性或延展性金属，如铜、铝和锰。
冷喷涂沉积涂层的外观不同于以半熔融状态沉积的涂层。本领域技术人员将能够区分冷喷涂沉积的涂层与半熔融状态产生的涂层，因为在显微镜下其外观的异质性较小并且孔隙率较小。
通过将这些金属化合物或盐与延性或延展性金属一起施加到基底表面，申请人能够生产出可用于各种应用的加热装置，包括用于例如家庭、商业和工业场所中的空间加热目的。
对于此类应用的理想基底是包含钢芯和薄陶瓷涂层的建筑面板，例如从Polyvision BV获得的那些建筑面板。优选的面板包括作为Polyvision Flex 1或Flex 2面板销售的那些涂层。
优选的涂层包括由氧化镍和锌的混合产生的那些涂层，然而已经成功地证明了许多其它组合。
其它加热应用包括汽车应用，特别是在用于低功率座舱加热器具的电力和混合动力机组领域中，用于防冰和/或除冰目的的航空航天应用，以及建筑工业应用，其中涂层覆盖在水泥材料和其它建筑材料上。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了一种加热装置，其包括基底，该基底的表面具有加热元件，该加热元件包含通过冷喷涂沉积在基底表面上的欧姆电阻涂层，该欧姆电阻涂层具有在2到300微米之间的层厚度并且包含：
i)选自以下的一种或多种延性或延展性金属：铜、金、铅、铝、铂、镍、锌、镁、铁、锰、铬、钛、钒、铌、铟、铽、锶、铈和镥；和
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，
其中所述一种或多种延性或延展性金属将颗粒结合到基底的表面，
和设置在其上的至少一对电触点，
在操作时，该加热元件连接至交流或直流电源。
优选地，加热装置包括多个加热元件，每个加热元件享有共用的馈电端子并且具有独立的返回端子。
加热元件可以通过机械方式、焊接、激光钎焊和激光焊接、延性金属的增材制造固态沉积或通过使用导电粘合剂或油墨而连接至交流或直流电源。可以在各自的端部进行连接，也可以在沿其长度的中间点处进行连接。
在一种操作模式中，电源由市电供电(mains operated)。
在优选的操作模式中，电源为在1至110伏特、更优选仍低于30伏特的范围内工作的低压电源。
优选地，基底表面包含介质阻挡材料。
在特别有利的实施方案中，介质阻挡材料包括陶瓷。
优选地，基底包括片材，最优选为建筑面板。
片材可以包含钢芯和陶瓷表面。
作为替代，片材可以包括陶瓷、玻璃或镜面玻璃。
所述片材的尺寸可以变化，并且包括150cm2至20000cm2之间的加热表面积。
优选地，加热元件是自调节电阻加热元件。
还可以通过用保护层覆盖涂层来“保护”该涂层。保护层可以为例如膜、片、涂层或施加的整平板的形式，其可以防止磨损或防止例如水或腐蚀加热元件的物质的渗透，并提供一定程度的防护以避免意外接触此类热表面，或防止意外接触带电元件而触电。
此外，保护层/附加层可用于使清洁更容易，因为它是一种省力的可擦拭表面和/或热管理涂层。
在一个特别有利的实施方案中，提供了一种交通工具，其包括本发明第一方面的加热元件。
在另一个特别有利的实施方案中，提供了一种建筑物，其包括本发明第一方面的加热元件。
该加热装置可用于产生局部热量或提供防寒保护。
仅作为说明，实例包括：
·水平和竖向建筑结构，包括各种形式的住宅，包括社会住房、商业建筑(包括办公室、商店和零售中心)、体育综合体和工业场所(包括物流中心、车间等)；
·桥梁、隧道、有盖人行道、公交车站和火车站、庇护所等，以及指定的外部吸烟区；
·容易暴露于低温的飞机外部面板或内部面板；
·铁路轨道，更具体地为点(point)；
·体育场阶梯看台和台阶、跑道、前院、道路和人行道；
·标志和广告牌；
·工业冷藏室和冰柜；以及
·洗车场、工厂、机场、马厩、农场和畜牧业建筑、体育场馆、配送、展览和娱乐中心/综合体、仓库和其它大面积/容积建筑。
仅作为说明，建筑结构的实例包括：
·墙壁；
·天花板；
·支撑柱；
·地板；
·屋顶(底面和暴露表面，以防止积雪/重量增加)，以及
·结构内的功能性发热单元，包括桑拿房、热室、比萨烤箱和唐杜里烤箱。
该结构可以由许多不同的材料制成。可处理的优选材料包括建筑材料，例如：
·水泥、陶瓷和类似材料，包括混凝土；
·柏油、沥青和类似油基材料；
·塑料和聚合物；
·复合材料；以及
·金属、绝缘金属表面和搪瓷。
本发明还提供了一种加热空间的方法，包括向根据本发明第一方面的加热装置供电。
优选地，加热空间的方法在5分钟内将涂层加热到>90℃。
优选地，产生的热量主要为红外线辐射热能的形式。
热输出在某种程度上能够通过轨迹配置进行控制。可以按串联、并联或串并联的方式沉积所述轨迹以便为每单位面积产生期望的加热加热输出所需的电阻。实例包括：
对于红外辐射房间加热器，例如，典型为400-800瓦/m2,
对于人行道、标志、阶梯看台，例如，典型为200-300瓦/m2，
对于建筑结构，例如，典型为40-100瓦/m2，
对于飞机机翼，例如，典型为100-200瓦/m2，以及
对于电动车驾驶室加热器，例如，典型为400-800瓦/m2。
根据本发明的第二方面，提供了一种欧姆电阻涂层，其包含沉积在基底表面上的层，该层的厚度在2到300微米之间并且包括：
i)一种或多种延性或延展性金属，选自：铜、金、铅、铝、铂、镍、锌、镁、铁、锰、铬、钛、钒、铌、铟、铽、锶、铈和镥；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，
并且其中所述一种或多种延性或延展性金属将所述颗粒结合到基底的表面。
最优选地，该层具有20-70微米之间的厚度。
优选地，该层覆盖至少10％(按面积计)的基底表面。
最优选地，该层覆盖至少50％(按面积计)的基底表面。
该层可沉积为单个或多个轨迹，其为分离的或重叠的。
涂层可以按一定方式沉积使得其具有恒定的尺寸(均匀的宽度和厚度)，或者可以按可变的方式沉积使得能够控制给定点或区域处的电阻(以及作为结果的加热效果)，使得在需要时能够实现不均匀的效果。这可以通过如下方式来进行：改变轨迹的形状或构造，例如，改变沉积物的宽度或厚度，和/或改变电阻性金属化合物(特别是存在的金属氧化物)的配方和/或水平，或改变相邻轨迹之间的间距。以这种方式，例如有可能在结构的周边处实现比其中心处更大的加热效果，或者在较大的加热器表面内提供独立可控的加热区，使得当经由智能中央控制单元连接时，能够获得可调的加热输出。可调系统能够适应季节性的加热变化或者在常规使用期间提供改进的能量效率。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于冷喷涂或固态沉积的混合物，其包含：
i)至少一种延性或延展性金属，以及
ii)包含以下任一种的颗粒：
a)一种或多种金属和/或一种或多种准金属及其化合物或盐；
或
b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐；
所述至少一种延性或延展性金属的存在量(按重量计)足以使该混合物在低于1000℃的温度下沉积时在基底表面上形成涂层。
优选地，所述一种或多种金属或准金属化合物或盐包括氧化物、碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物或硫化物中的一种或多种。
最优选地，所述一种或多种金属或准金属化合物或盐为氧化物。
优选地，所述一种或多种金属化合物包含：铜、金、铅、铝、铂、镍、锌、铬、镁、铁、锰、钛、钒、铌、铟、铽、锶、铈和镥。
最优选地，所述一种或多种金属化合物包含镍。
优选地，所述一种或多种准金属选自：硼、硅、锗、砷、锑、碲和砹。
优选地，所述一种或多种延性或延展性金属选自：金、银、铝、铜、锡、铅、锌、铁、锰、铂、镍、钨和镁。
最优选地，所述一种或多种延性或延展性金属为锌或锌与镍混合。
所述混合物可包含10至90重量％的一种或多种延性或延展性金属。
最优选地，所述混合物包含40到60％的一种或多种延性或延展性金属。
典型地，包含以下任一种的颗粒具有0.1-150μm的平均颗粒尺寸：
a)一种或多种金属和/或一种或多种准金属及其化合物或盐；或
b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐。
最优选地，所述颗粒具有5-35μm的平均颗粒尺寸。
在特别有利的实施方案中，所述颗粒包含镍、铁和/或铬的氧化物。
可通过如下方式作为例如预氧化(或其它)粉末获得所述一种或多种金属和/或一种或多种准金属及化合物或盐：在空气气氛(或其它适当气体)下使金属粉末通过热沉积设备的加热区，使得金属粉末熔化并氧化(或其它)至可控程度，随后进行淬火、分离和干燥。
优选地，电阻性金属氧化物(碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物、硫化物和其它非金属和/或准金属或它们的任何组合)及其混合物选自那些随着温度升高而表现出电阻提高的氧化物。
根据本发明的第四方面，提供了一种沉积包含以下成分的混合物以便在基底表面上形成涂层的方法：
i)至少一种延性或延展性的金属以及
ii)包含以下任一种的颗粒：
a)一种或多种金属和/或一种或多种准金属及其化合物或盐，包括其盐；或
b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐；
该方法包括通过以下方式使混合物附着到表面上的步骤：
i)将混合物组分供给到冷喷涂设备中；和
ii)通过加热、压缩、超音速的气体射流沉积混合物颗粒，该气体射流使混合物颗粒在一定温度和压力下加速，穿过喷嘴到达离喷嘴一定距离的基底表面，使得混合物颗粒附着到该表面，从而在其上形成涂层。
该温度可以在100℃和1200℃之间。
最优选地，该温度低于600℃。
更优选地，该温度仍低于将致使一种或多种延性或延展性金属颗粒熔化或部分软化的温度，因此当使用锌时，该温度应低于400℃。
优选地，压力在1至10Atm之间。
优选地，该方法在没有真空的情况下进行。
优选地，距离小于1m，更优选为1到30cm之间。
优选地，该颗粒的平均颗粒尺寸为0.1至150μm，更优选为15至35μm。
优选地，气体为空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气或氖气，然而也可以使用其它气体，例如在焊接时。
附图简述
以下参考附图进一步描述本发明的实施方案，其中：
图1是由至少一种延性或延展性金属以及包含以下任一种的颗粒形成的混合物的示意图：
a)一种或多种金属和/或一种或多种准金属及其化合物或盐；或
b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐；
图2示出了适用于本发明第三方面的方法的设备；
图3是沉积在基底上的本发明涂层的示意图；
图4a至c是依照现有技术的通过热喷涂在基底上形成的涂层的逐渐放大的显微镜图像，其中颗粒以半熔融状态沉积；
图5是依照本发明的通过冷喷涂在基底上形成的涂层的显微镜图像，其中颗粒以固态沉积；和
图6示出了根据本发明第四方面的加热装置。
发明详述
参考图1，示出了用于冷喷涂或固态沉积的混合物(10)，通过将i)至少一种延性或延展性金属(18)(典型为颗粒形式)与ii)颗粒(20)混合制备该混合物，所述颗粒(20)包含a)一种或多种金属(12)和/或准金属(14)及其化合物或盐(16)或b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐(16)。
可将混合物(10)预混合并引入冷喷涂设备或其它固态沉积设备中以用于本发明的方法，或可分别引入并原位混合。
参考图2，可将混合物(10)供给到冷喷涂设备(50)中使得混合物颗粒(22)进入加热(52)、压缩(54)、超音速的气体射流(56)中，其中在温度(T)和压力(P)下它们被加速，穿过喷嘴(58)到达离喷嘴一定距离(D)的基底(40)的表面(42)，使得混合物颗粒(22)附着到该表面(42)，从而形成涂层(30)。
结果是涂层(30)，见图3，其中i)至少一种延性或延展性金属(18)用于将ii)颗粒(20)“结合”到基底(40)的表面(42)，所述颗粒(20)包含a)一种或多种金属(12)和/或准金属(14)及其化合物或盐(16)或b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐(16)。
本领域技术人员可以区分本发明的冷喷涂涂层与通过热喷涂技术生产的那些涂层，热喷涂技术使被沉积的颗粒熔化。与热喷涂的涂层相比，冷喷涂的涂层表现出更小的异质性和孔隙率。
当在特别高的温度和速度下单独使用延性很高的组分进行操作时，使用高度延性材料的HVOF热喷涂能够实现低孔隙率的高密度沉积。然而，大多数热沉积技术(例如火焰喷涂)或喷涂的组合物导致密度水平变化很大(在50％-85％之间的范围内)(即15％-50％的孔隙率水平)。通常，在延性材料水平特别高的区域中(或在全部涂层中)实现了更致密的水平，而在(脆性)陶瓷组分更显著的区域中实现了更低的密度(更高的孔隙率)水平。
相比之下，通过用脆性陶瓷型组分冷喷涂目前的延性金属所实现的密度水平导致>90％密度的总体水平(<10％的孔隙率)。
实际上，本发明的涂层的孔隙率可以小于10％，直至8％，6％，4％，低至3％，2％或1％。
这通过图4a-c(热喷涂涂层)和图5a(本发明的冷喷涂涂层)的比较而示出。
图4a示出了火焰喷涂的混合金属/金属氧化物沉积物的复杂微观结构。热喷涂后存在不同相的随机分布和分离。金属颗粒(18)由于其较高的背散射光反射率而显示为白色。混合金属氧化物(20)呈灰色，而较黑的区域为空隙或“空洞”，这导致这些涂层具有高的总体孔隙率。
在较高的放大率下，在熔融相施加期间金属颗粒所经历的高(但可变)程度的变形变得更加明显。颗粒从完全“飞溅”(因暴露于火焰内的较高温度区域和/或较短的飞行路径，撞击前冷却的机会较少)经过不同的变形程度，直至几乎保持球形的一些颗粒。变形最严重的物种还将经历变化程度的氧化，与火焰中存在的可用环境氧气发生反应，从而在“飞溅物”(splat)内部及其周围形成非常复杂的微观结构。
图4b示出了放大率提高为2.5倍的图4a表面。在金属(较亮)区域(18)和金属氧化物(较灰)区域(20)内，高度复杂的微观结构更为明显。空隙仍显示为较暗的区域。
图4c示出了5倍放大率下的涂层。金属区域(18)示出孔隙并被金属氧化物壳区域(20)包围。区域(18)的元素分布显示了高水平的镍金属，存在嵌入的氧化物颗粒，但其包含较高浓度的铁和铬的氧化物，预计这两种氧化物都会在熔融相飞行期间优先与火焰中存在的可用氧发生反应。类似地，应注意，在金属氧化物相的破碎外壳内大量存在小的金属颗粒。这清楚地说明了热喷涂沉积物的复杂性和所导致的异质性。
这些可以与使用冷喷涂施加工艺所导致的异质性显著较小的结构形成对照，该工艺以固态沉积工艺的形式出现，如图5所示，其中金属氧化物(20)颗粒嵌入延性金属(18)中。
尽管分布仍然是不均匀的，但组分区域(即导电的延性金属区域以及不导电的脆性金属氧化物或金属盐区域)没有经历任何熔融相转变，相应地它们各自的组成也没有被化学改性。制造此类涂层的挑战在于仔细地控制所用的冷喷涂单元的物理施加条件，以免简单地“喷砂”去掉所涂覆的基底和/或已沉积的任何材料。这正是由于金属氧化物/金属盐的脆性性质所致，当沉积100％的延性金属时，所述金属氧化物/金属盐通常被用作喷砂粉末以清洁基底表面。
通过仔细控制粉末混合并且以限定的比例通过冷喷枪供料，申请人能够实现加热性能均匀的可复制的组合物。
在示例方法中，混合物(10)可以如实施例1至7中任一个所示。
将平均直径为5至35微米的颗粒在空气流中加热到低于600℃的温度，并在约5Atm的压力下离开设备并行进8mm至300mm的距离，它们沉积在陶瓷表面(42)上，并且它们在该陶瓷表面上以厚度约45微米的层(32)形成涂层(30)。
涂层(30)可以按受控方式沉积，形成一个或多个轨迹(44)，该轨迹可形成例如功能部件。因此，如图6所示，加热装置(60)包括具有陶瓷表面(42)的钢基底(40)，其上已经以轨迹方式沉积了加热元件(62)，该加热元件包含例如含氧化镍和锌的涂层(30)。提供一对电触点(64；66)，其可连接到电源(68)，使得能够加热所述加热装置。
作为替代，该布置可以包含多个加热元件，它们享有共用的馈电端子(64)并具有独立的返回端子(66)。
优选地，电源是小于30V的低压电源。
该加热装置可以用于许多不同的应用中，但是两种特别有利的应用是用于交通工具，例如但不限于汽车、卡车、列车、船舶和飞机，以及用于建筑物，例如但不限于：房屋、办公室、医院和仓库。
为了进一步举例说明本发明，以下是一些示例性的混合物，以及将它们沉积到基底上以形成加热元件的细节。
实施例1
使用冷喷涂或固态设备，以10mm的间隔将混合的锌金属粉(18)、镍金属粉(12)和氧化铝粉(16)(其重量比为75:23:2并且颗粒尺寸范围为15至30μm)的混合物(10)沉积到搪瓷(42)钢基底(40)上，使用5.6巴的压缩空气作为载气，在～600℃下加热，沉积原态的平行元件轨迹宽约0.45cm，喷涂速度为4cm/sec。当跨所沉积的元件轨迹的长度连接20V的交流电源时，该元件轨迹被加热到120℃，产生4安培的电流。
实施例2
将实施例1中使用的锌粉、镍粉和氧化铝的相同混合物在5.6巴的压力下与热预氧化的Inconel 600合金(总氧化水平为约10％，并且为45μm的粉尘)以1:1混合，并使用12mm间隔和4cps喷涂速度沉积到等离子体喷涂氧化铝的钢基底上，使用压缩空气作为载气，在约～600℃下加热，沉积原态的相邻轨迹总宽度为～0.45cm。当跨所沉积的元件轨迹的长度连接10V的交流电源时，该元件轨迹被加热到60℃，产生3安培的电流。
实施例3
使用10cm的间隔和8cps的移动速度，在400℃下将根据实施例2的混合物喷涂到钢化玻璃基底上，并沉积成约0.45cm宽的平行元件。
实施例4
使用8cm的间隔和4cps的移动速度，在600℃和5.6巴的压力下将实施例2中的混合物喷涂到SiN陶瓷块上，产生相邻的轨迹至总宽度为～4.5cm。
实施例5
使用8cm的间隔和8cps的移动速度，以600℃和4.4巴的压力将氧化镍粉末(16)(15μm)与锌金属粉末(18)的4:1混合物喷涂到涂覆陶瓷的钢建筑面板上，沉积约0.45cm宽的平行元件轨迹。
实施例6
使用8cm的间隔和12cps的移动速度，以400℃和5.6巴的压力将实施例2中使用的锌金属粉末(18)、镍金属粉末(12)和热预氧化的Inconel 600合金(16)的混合物喷涂到涂覆陶瓷的钢建筑面板上，沉积约0.45cm宽的平行元件轨迹。当跨所沉积的元件轨迹的长度连接40V的直流电源时，该元件轨迹被加热到110℃，产生2安培的电流。
实施例7
使用8cm的间隔和4cps的移动速度，以570℃和5.6巴压力将实施例2中使用的热预氧化的Inconel 600合金(16)和锌金属粉末(18)的6:1混合物喷涂到涂覆陶瓷的钢建筑面板上，从而沉积约0.45cm宽的平行元件轨迹。当跨所沉积的元件轨迹的长度连接240V的交流市电时，该元件轨迹被加热到250℃，产生0.9安培的电流。

Claims (48)

1.一种加热装置(60)，其包括基底(40)，该基底的表面(42)具有加热元件(62)，该加热元件包含通过冷喷涂沉积在基底(40)的表面(42)上的欧姆电阻涂层(30)，该欧姆电阻涂层具有在2到300微米之间的层(32)厚度并且包含：
i)选自以下的一种或多种延性或延展性金属(18)：铜、金、铅、铝、铂、镍、锌、镁、铁、锰、铬、钛、钒、铌、铟、铽、锶、铈和镥；和
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(20)，
其中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)，
和设置在其上的至少一对电触点(64，66)，在操作时，将该加热元件连接至交流或直流电源(68)。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其中所述装置包括多个加热元件(62)，每个加热元件享有共用的馈电端子(64)并且具有独立的返回端子(66)。
3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其中所述电源是市电供电。
4.根据权利要求1或2中任一项所述的加热装置，其中所述电源是在1至110伏的范围内工作的低压电源。
5.根据权利要求4所述的加热装置，其中所述电源是在低于30伏下工作的低压电源。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的加热装置，其中所述表面(42)包含介质阻挡材料。
7.根据权利要求6所述的加热装置，其中所述介质阻挡材料是陶瓷。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的加热装置，其中所述基底(40)包括片材。
9.根据权利要求8所述的加热装置，其中所述片材是建筑面板。
10.根据权利要求8或9所述的加热装置，其中所述片材包含钢芯和陶瓷表面。
11.根据权利要求8所述的加热装置，其中所述片材是玻璃或镜面玻璃片。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的加热装置，其中所述表面具有150cm2至20000cm2之间的加热表面积。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的加热装置，其中所述加热元件是自调节电阻加热元件。
14.一种交通工具，其包含根据权利要求1至13中任一项所述的加热元件。
15.一种建筑物，其包含根据权利要求1至13中任一项所述的加热元件。
16.一种欧姆电阻涂层(30)，其包含沉积在基底(40)的表面(42)上的层(32)，该层的厚度在2至300微米之间并且包含：
i)选自以下的一种或多种延性或延展性金属(18)：铜、金、铅、铝、铂、镍、锌、镁、铁、锰、铬、钛、钒、铌、铟、铽、锶、铈和镥；和
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(12、14、16)的颗粒(20)，
并且其中所述一种或多种延性或延展性金属(18)将所述颗粒(20)结合到基底(40)的表面(42)。
17.根据权利要求16所述的涂层(30)，其中所述层(32)具有在2至300微米之间的厚度。
18.根据权利要求17所述的涂层(30)，其中所述层(32)具有在20-70微米之间的厚度。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的涂层，其中所述层覆盖所述基底(40)的表面(42)的至少10面积％。
20.根据权利要求19所述的涂层，其中所述层覆盖所述基底(40)的表面(42)的至少50面积％。
21.根据权利要求16至20中任一项所述的涂层，其中所述层被沉积为单个或多个分离或重叠的轨迹(44)。
22.一种用于冷喷涂或固态沉积的混合物(10)，其包含：
i)至少一种延性或延展性金属(18)，以及
ii)颗粒(20)，其包含以下任一种：
a)一种或多种金属(12)和/或一种或多种准金属(14)及其化合物或盐(16)；或者
b)一种或多种金属或准金属化合物或盐(16)；
所述至少一种延性或延展性金属(18)的存在量以重量计足以使混合物(10)在温度低于1000℃的温度下沉积时在基底(40)的表面(42)上形成涂层(30)。
23.根据权利要求22所述的混合物(10)，其中所述一种或多种金属或准金属化合物(16)包括氧化物、碳化物、硅化物、二硅化物、氮化物、硼化物或硫化物中的一种或多种。
24.根据权利要求23所述的混合物(10)，其中所述一种或多种金属或准金属化合物(16)是氧化物。
25.根据权利要求22所述的混合物(10)，其中所述一种或多种金属(12)选自：铜、金、铅、铝、铂、镍、锌、镁、铁、锰、铬、钛、钒、铌、铟、铽、锶、铈和镥。
26.根据权利要求25所述的混合物(10)，其中所述一种或多种金属(12)是镍。
27.根据权利要求22所述的混合物(10)，其中所述一种或多种准金属(14)选自：硼、硅、锗、砷、锑、碲和砹。
28.根据权利要求22所述的混合物(10)，其中所述一种或多种延性或延展性金属(18)选自：金、银、铝、铜、锡、铅、锌、铁、锰、铂、镍、钨和镁。
29.根据权利要求28所述的混合物(10)，其中所述一种或多种延性或延展性金属(18)是锌。
30.根据权利要求22至29中任一项所述的混合物(10)，其包含10至90％的一种或多种延性或延展性金属(18)。
31.根据权利要求30所述的混合物(10)，其包含40至60％的一种或多种延性或延展性金属(18)。
32.根据权利要求22至31中任一项所述的混合物(10)，其中所述颗粒(20)具有0.1-150微米的平均颗粒尺寸。
33.根据权利要求32所述的混合物(10)，其中所述颗粒(20)具有5-35微米的平均颗粒尺寸。
34.根据前述权利要求22至33中任一项所述的混合物(10)，其中所述颗粒包含镍、铁和/或铬的氧化物。
35.一种沉积包含以下成分的混合物(10)以便在基底(40)的表面(42)上形成涂层(30)的方法：
i)至少一种延性或延展性金属(18)，以及
ii)包含以下任一种的颗粒(20)：
a)一种或多种金属(12)和/或一种或多种准金属(14)及其化合物或盐(16)；或
b)一种或多种金属或准金属的化合物或盐(16)；
该方法包括通过以下方式使混合物(10)附着到表面(42)的步骤：
i)将混合物组分(18；20)供给到冷喷涂设备(50)中；和
ii)通过加热(52)、压缩(54)、超音速的气体射流(56)沉积混合物颗粒(22)，该气体射流使混合物颗粒(22)在温度(T)和压力(P)下加速，穿过喷嘴(58)到达基底(40)的表面(42)，该表面(42)离喷嘴的距离为(D)，使得混合物颗粒(22)附着到表面(42)，从而在其上形成涂层(30)。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述温度在100℃和1200℃之间。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述温度低于600℃。
38.根据权利要求34至36中任一项所述的方法，其中所述温度(T)低于将致使所述一种或多种延性或延展性金属(18)熔化或软化的温度。
39.根据权利要求34至37中任一项所述的方法，其中所述压力在1至10Atm之间。
40.根据权利要求34至38中任一项所述的方法，该方法在没有真空的情况下进行。
41.根据权利要求34至40中任一项所述的方法，其中所述距离(D)小于1m。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述距离在1至30cm之间。
43.根据权利要求34至42中任一项所述的方法，其中所述颗粒(20)具有0.1至150微米的平均颗粒尺寸。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述颗粒(20)具有15至35微米的平均颗粒尺寸。
45.根据权利要求34至44中任一项所述的方法，其中所述气体是空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气或氖气。
46.一种加热空间(70)的方法，包括向根据权利要求1至3中任一项所述的加热装置(60)供电。
47.根据权利要求46所述的加热空间的方法，其在小于5分钟内将所述加热装置加热到＞90℃。
48.根据权利要求46至47中任一项所述的加热空间的方法，其中所产生的热量主要是红外辐射热能的形式。
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