[发明专利]具有受控氧化物层的表面型加热元件及其制造方法

说明书

具有受控氧化物层的表面型加热元件及其制造方法。本公开涉及一种利用电产生热量的表面型加热元件以及制造该表面型加热元件的方法。本公开的一个实施方式提供了一种表面型加热元件，其包括NiCr合金并且氧含量为1wt％至4wt％，从而即使在400℃以上的高操作温度下也能够使用该表面型加热元件，抑制材料本身的脱出，具有高断裂韧性、低热膨胀系数，并且具有耐热性，而且还通过具有改进的相对于基板和/或绝缘层的粘附强度以及受控制的电阻率来确保导电性。

技术领域

本公开涉及一种表面型加热元件及其制造方法，该表面型加热元件在诸如电炉之类的加热装置领域中使用电产生热量。

背景技术

用作家用或商用烹饪用具的炉灶是通过加热放置在炉灶的上表面上的容器来加入容器中容纳的食物的烹饪用具。

使用气体产生火焰的燃气灶形式的炉灶在气体燃烧过程中会产生有毒气体等。有毒气体不仅直接对烹饪者的健康造成不利影响，而且还会污染室内空气。另外，燃气灶形式的炉灶需要通风系统以消除有毒气体或被污染的空气，从而导致额外的经济成本。

近年来，为了代替燃气灶形式的炉灶，已经常用电炉形式的炉灶，该电炉包括通过施加电流而产生热量的表面型加热元件。

目前正在使用通过蚀刻含有铁、镍、银或铂的金属薄板制成的金属加热元件或含有碳化硅、氧化锆或碳的非金属加热元件作为表面型加热元件。

在表面型加热元件中，金属加热元件在连续暴露于高温下时容易受热，并且非金属加热元件不容易制造并且容易破损。为了解决以上问题，近年来已经使用了通过长时间高温烧制金属、金属氧化物、陶瓷材料等而制造的表面型加热元件。

用于炉火的表面型加热元件包括与氧化物或陶瓷相比具有相对较低熔点的金属组分作为主要组分。包括低熔点金属的大多数加热元件由于熔点的限制而具有约400℃的相对较低工作温度，因此难以在高烹饪温度下使用加热元件。此外，由于在炉灶的使用过程中具有低熔点的金属组分的脱出，现有的包括低熔点金属的加热元件会不利地影响产品的可靠性。

另一方面，在具有高熔点的组分中，金属氧化物或陶瓷材料由于材料本身固有的脆性而具有低的断裂韧性。此外，与其它陶瓷材料相比，金属氧化物和陶瓷材料中的某些组分具有相对较高的热膨胀系数(CTE)。它们的低断裂韧性和高CTE降低了炉灶中的表面型加热元件与基板之间的粘附性，因此最终成为缩短炉灶产品寿命的直接原因。

因此，需要这样一种表面型加热元件，该表面型加热元件不允许在高温下脱出材料，具有能够实现稳定输出的电阻率，还展现出高断裂韧性，低CTE以及对其下的基板和/或绝缘层的优异粘附性。

同时，在构成表面型加热元件的组分中，主要对具有高熔点的组分(例如一些金属、金属氧化物或陶瓷)进行热烧制以制造表面型加热元件，并且诸如热烧制之类的制造过程涉及材料和工艺约束。

具体地，为了烧制具有高熔点的组分，首先，必须将基板材料限于具有高熔点的材料以承受高温烧制工艺。这在设计应用表面型加热元件的炉灶产品中成为一个很大的限制。

另外，具有高熔点的组分的热烧制(或烧结)大体上需要长的工艺时间和高温。特别地，当待烧结的组分是金属时，在热烧制过程中金属组分的氧化是不可避免的。当金属组分在烧结过程中氧化时，表面型加热元件的电阻率增加，导致使用表面型加热元件的炉灶的输出降低。另一方面，当通过在烧制过程中控制气氛来防止金属组分的氧化时，表面型加热元件层与其下的基板和/或绝缘层之间的粘附强度显著降低，因此寿命和可靠性显著降低，在严重的情况下，可能无法制造炉灶产品。

发明内容

本公开旨在提供一种表面型加热元件，该表面型加热元件甚至能够在400℃或更高的高操作温度以及电炉灶的操作温度下使用，并且使得在使用电炉的过程中不脱出材料。