CN101513116A

CN101513116A - 陶瓷加热元件

Info

Publication number: CN101513116A
Application number: CNA2007800212910A
Authority: CN
Inventors: C·A·维尔肯丝
Original assignee: Saint Gobain Industrial Ceramics Inc
Current assignee: Saint Gobain Ceramics and Plastics Inc
Priority date: 2006-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2009-08-19
Also published as: CA2651090A1; EP2033490A2; WO2007133629A3; JP2009536780A; MX2008014354A; KR20090007762A; US20070295709A1; WO2007133629A2; BRPI0709786A2

Abstract

在一态样中，本发明提供陶瓷电阻性加热元件，其包括三个或更多个电性隔离传导区。在另一态样中，本发明提供陶瓷加热元件，其包括复数个传导区，其中在加热元件应用期间，只有一部分的传导区有电流通过。在进一步的态样中，可容易地修改本发明加热元件以在不同电压下操作。多个传导区可提供延长加热元件操作寿命。

Description

陶瓷加热元件

本申请案主张享有2006年5月9日申请、美国临时申请案案号为60/799,218的权益，该临时申请案全文以引用形式并入本说明书。

【技术领域】

在一态样中，本发明提供新颖陶瓷电阻性加热元件，其包括多个传导区，特别是三个或更多个传导区或传导通路。在另一态样中，本发明提供陶瓷加热元件，其包括复数个传导区，其中在加热元件使用期间，只有一部分的传导区有电流通过。也可容易地修改本发明优选的加热元件以在不同电压下操作。

【背景技术】

陶瓷材料在诸如煤气炉、加热炉及干衣机的点火器方面已取得很大成功。陶瓷点火器的制造包括通过陶瓷成分建构电路，其一部分为高电阻性且经引线通电后该部分温度升高。见，例如美国专利案6,028,292、5,801,361、5,405,237、以及5,191,508。

典型点火器一般为发夹形元件，在点火器尖端带有高电阻性的“热区”，带有一个或多个传导“冷区”，自对应的点火器端提供至热区。目前可获得的点火器，来自米尔福德(Milford，N.H.)的诺顿点火器产品(Norton Igniter Products)—“迷妳点火器”(Mini-Igniter^TM)经设计为12V至120V的应用，且具有包括氮化铝(AlN)、二硅化钼(MoSi2)和碳化硅(SiC)的组合物。

对于陶瓷点火器系统，需要各种性能特性，包括高速或快速至温度(即由室温至设定点火温度的加热时间)，以及足够的长期操作稳健性而无需更换。但很多传统点火器不能一贯地满足此类要求。例如，目前的陶瓷点火器在使用期间也遭到电气故障。

因此，期望具有新颖加热元件。

【发明内容】

我们现在提供陶瓷加热元件，其包括不同电阻率区域的新结构。本发明优选的加热元件能够增加操作寿命和稳健性。本发明加热元件有用于许多应用，包括作为干及湿燃料的点火元件。

更具体地，在一态样中，所提供的新颖陶瓷电阻性加热元件，其包括三个或更多个传导区。本发明的优选加热元件具有多数个传导区。在优选的系统中，多个传导通路可作用为复数个延伸穿过加热元件的传导线。

在另一态样中，所提供的陶瓷加热元件，其包括复数个传导区，其中在加热元件使用期间，只有一部分传导区有电流通过。

在更进一步的态样中，所提供的陶瓷加热元件，其包括复数个传导区，其中两个或更多个传导通路具有不同的电阻温度系数。

特别地，一个或多个传导通路可具有正电阻温度系数(PTCR)而一个或多个传导通路可具有负电阻温度系数(NTCR)。因此，例如，不同电阻温度系数的传导通路可被混合在单一加热元件中以提供所预期的加热性能。

因此，通过此等设计，可选择地提供加热元件的性能特性，例如，PTCR传导通路可赋予加热元件快速至点火温度特性，而NTCR传导通路可赋予加热元件在更大电压范围内操作，包括在诸如超过100V或200V的高电压下。

当在元件中提供重复的复数个传导通路或区域，本发明加热元件可呈现增进的操作寿命，即若元件的单一传导通路损坏时，其它传导通路可继续提供穿过该元件的完整电路。

特别是，当前的陶瓷加热元件因加热元件的传导通路氧化老化或其它退化而可能损坏。在一组或多组多个传导通路系统中，任一损坏的传导区可得到补偿。

因此，在某些优选的设计中，可例如，通过扭转与加热元件连通的电导线外壳而切换电导线，以因此如可能需要的为了最佳化加热元件功能而与替代传导通路接合。

在另一态样中，可容易地调整所提供的加热元件而在包括例如：6V、8V、10V、12V、24V、120V、220V、230V或240V的电压下有效地操作。

在这一态样中，加热元件近端的选定区域可与电源(例如电导线)连通。选定的近端区域通过加热元件与传导通路的相应区域接合，且从而提供所需的操作电压。

本发明加热元件可通过多种方法制造。

例如，在一优选的方法中，可将不同电阻率材料形成所预期结构如棒状元件，且可将成形后元件拢成一束并压紧(诸如通过挤压制程)以提供具有复数个传导通路的加热元件。即，可通过与插入绝缘棒状元件和相关棒状元件拢成一束，以分隔三个或更多个传导棒状元件，之后通过诸如挤压以减小横截面尺寸，而提供完整的加热元件。电阻性导线或其它电阻性元件(诸如电阻性陶瓷区)可和传导元件与绝缘元件拢成一束而与传导区电性连通。

至少对于部分应用，举例说明，元件含有包括复数个传送电至末端电阻性(点火)区的传导通路的内部区域，而电流流通过末端电阻性区至包括传导通路的外部元件区域时，同轴加热元件也可为优选的。

优选的制造制程可包括微复制顺序。光刻法也可用来依次构筑多传导路径陶瓷结构。

在一态样中，本发明优选的加热元件沿着至少一部份的加热元件长度(例如从电导线固定在加热元件的地方延伸至电阻性热区的长度)具有圆形横截面形状。更具体地，优选的加热元件对于至少一部份的加热元件长度，例如加热元件长度的至少约10％、40％、60％、80％、90％或整个加热元件长度可具有实质上为椭圆形、圆形或其它圆形横截面形状。提供棒状加热元件的实质上圆形横截面形状为特别优选的。

本发明还提供加热元件，其至少一部分的加热元件长度具有非圆形(non-rounded或non-circular)横截面形状。

本发明加热元件也可包括额外的功能，诸如可操作作为火焰传感器或火焰整流器的热电偶电路。

本发明陶瓷加热元件可在各种额定电压包括6V、8V、10V、12V、24V、120V、220V、230V和240V的额定电压下使用。

本发明加热元件用于多种装置和加热系统点火。更具体地，所提供的加热系统包括本文所描述的烧结陶瓷加热元件。特定的加热系统包括燃气烹饪单位、商用及住宅楼的加热单位。本发明加热元件还可用作为例如用于内燃机内的电热塞。

如本文所述，术语正电阻温度系数(或PTCR)指所测材料(例如加热元件的传导通路)具有随温度升高而降低的电阻，如在25℃下，所测材料(再次为例如加热元件的传导通路)的电阻适当地为低于约0.5倍所测材料(传导通路)在装置操作温度，尤指加热元件的点火温度(根据加热元件特定的设计及应用，可为例如：700℃、800℃、900℃、1,000℃、1,100℃、1,200℃、1,300℃或更高)下的电阻，优选为低于约0.2倍。

如本文所述，术语负电阻温度系数(或NTCR)指所测材料(例如加热元件的传导通路)具有随温度升高而增加的电阻，如在25℃下，所测材料(再次为例如加热元件的传导通路)的电阻适当地为所测材料(传导通路)在装置操作温度，尤指加热元件的点火温度(根据加热元件特定的设计和应用，可为例如：700℃、800℃、900℃、1,000℃、1,100℃、1,200℃、1,300℃或更高)下的电阻的至少2倍，优选为至少约5倍。

本发明其它态样将在下文予以说明。

【附图说明】

图1显示本发明优选的加热元件系统透视图；

图2显示本发明另一优选的加热元件透视图；

图3A和第图3B图说明加工阶段以提供本发明优选的加热元件；

图4显示本发明又一优选的加热元件剖视图；

图5显示本发明另一具有同轴结构的优选加热元件。

【具体实施方式】

如上述讨论，所提供的新颖陶瓷加热元件系统包括复数个传导区，尤指三个或更多个传导区。本发明加热元件特别适用于作为干及湿燃料的电阻性点火元件(点火器)。

在另一态样中，所提供的陶瓷加热元件包括复数个传导区，其中在加热元件使用期间，只有一部分的传导区有电流通过。

在又进一步态样中，所提供的陶瓷加热元件包括复数个传导区，其中两个或更多个传导通路具有不同电阻温度系数。具体说，一个或多个传导通路可具有正电阻温度系数(PTCR)，而一个或多个传导通路可具有负电阻温度系数(NTCR)。

通常情况下，本发明加热元件的传导区沿所指定方向将呈现降低的电阻，且因此提供通过加热元件的传导通路。

在优选的设计中，多个传导通路可为小横截面尺寸，且该多个传导通路可被视为延伸通过加热元件(诸如通过加热元件长度)以提供多个传导通路的陶瓷线。使用时，电流可流通过多个陶瓷线到达可达到燃料点火温度的加热元件电阻性区。

如上述讨论，在进一步的态样中，提供具有复数个传导区或陶瓷线的加热元件，而加热元件近端的选定区域可与电源诸如一条或多条电导线连通。选定的近端区域将与通过加热元件的传导通路相应区域接合，从而提供所需的操作电压。

因此，在此态样中，单纯通过使用不同的电导线，可在大范围的不同电压下有效地操作所产生的单一加热元件。

本发明因而包括向加热元件供电(例如电流)的方法，其包括提供包含至少三个电性隔离传导区的电阻性陶瓷加热元件；以及关于该加热元件，接合一个或多个电性连接以向一个或多个选定的传导区供电。一个或多个电性连接可接合选定数目的传导区以使点火器在目标电压下操作。如前述所讨论，在加热元件的操作寿命期间，也可切换一个或多个电性连接以向一个或多个替代传导区供电，即，向在一个或多个电性连接切换之前没有电流通过的一个或多个传导区供电。

现谈到附图，图1显示优选的加热元件10的部分透视图，其中复数个传导区或陶瓷线12通过插入的絶缘区域14而电性隔离。加热元件10进一步包括传导帽元件16以构成通过加热元件的完整电路，以及电阻性区域18，如一般示于图2中，电阻性区域18可适当地为埋设在加热元件末端并与传导区域12电性连接的电阻线。不是植入的电阻线，可以其他的方法，包括电阻性陶瓷区域提供电阻性区域18。也应了解帽元件16可提供电阻性加热，特别是若期望加热元件具有尖端加热，即，在元件端点部分局部周围加热到燃料点火温度(例如800℃至1,400℃)。

可在图2清楚看见加热元件的电性路径，其中电功率通过加热元件近端10a进入加热元件系统10。可诸如通过焊接固定传导区域12的近端12a至使用期间向加热元件供电的电导线(未显示)。

可通过选择传导区域12横截面区域(在图2中说明为12b)来建立所需的加热元件10的操作电压或电阻。因此，加热元件传导横截面区域12b越大，则可呈现更大的加热元件操作电压或电阻。

加热元件近端10a也可适当地固定在各种固定装置，如美国专利案6933471中所揭示的陶瓷塑料密封剂材料围绕传导元件近端12a。

如上所讨论，在一些优选的实施例中，可例如，通过扭转与加热元件连通的导线外壳而切换向加热元件供电的电导线，以因此如可能需要的为了最佳化加热元件功能而与替代传导通路接合。例如，若一个或多个传导通路损坏时，可切换导线外壳以接合并供应电流通过加热元件的替代、操作传导通路。

在某些本发明优选的加热元件系统中，可构形成形后的加热元件以具有直径(图2中的尺寸a)为0.254cm，横截面区域(相同尺寸的区域)为0.506cm²，以及长度(图2中的尺寸b)为3cm。复数个传导区域或陶瓷线可各具有横截面尺寸(图2中尺寸12b)约为10微米。

在优选的设计中，加热元件可具有超过1,000、2,000或3,000个传导区域或陶瓷线。在一例示的优选设计中，加热元件含有3,225根陶瓷传导线(其构成约加热元件总横截面区域的5％)，且在加热元件使用期间，上述3,225个区域中的161个有电流通过。在一设计中，此等加热元件可具有总电阻为47.38欧姆，其中单一的传导通路具有直径为10微米以及电阻率为0.001欧姆-cm。在另一系统中，此等加热元件可具有总电阻为142.16欧姆，其中单一传导通路具有直径为10微米以及电阻率为0.003欧姆-cm。在此等例示设计中，加热元件可具有长度为3cm以及直径为0.254cm。

在包含不同电阻温度系数的混合传导区的本发明加热元件中，将以足量呈现能够通过电流的PTCR传导区和NTCR传导区以提供所需效果，例如足够数量的PTCR传导通路提供快速至温度值诸如：少于5秒、4秒、3秒或2秒及/或足够数量的NTCR传导通路使得能在高压(诸如：超过100V或200V的电压)下可靠地操作。在这类包括PTCR传导通路和NTCR传导通路混合的加热元件中，适当地能通过电流的传导通路总数的至少5％或10％将为PTCR或NTCR，更典型的，能通过电流的传导通路总数的至少约15％、20％或25％将为PTCR或NTCR。

如本文所指，术语“快速至温度”或类似术语指加热元件热区从室温(约25℃)升到燃料(如燃气)点火温度约1,000℃的时间。使用双色红外线高温计适当测定对特定加热元件的快速至温度值。

应了解许多的结构可为适当的。例如，陶瓷传导线可适当地各具有横截面尺寸约0.1微米至约1,000微米，优选的为各约1微米至约500微米，更优选的为各约1微米至约5、10、20、50或100微米。对于多数应用，陶瓷线具有横截面尺寸至少约5或10微米可为优选的。

陶瓷线也可占加热元件的各种横截面区域。例如，复数个能适当地通过电流的陶瓷线可占加热元件总横截面区域的约0.001％至约20％，较典型的为加热元件总横截面区域的约0.01％、0.1％或0.5％至约15％，更典型的为加热元件总横截面区域的约1％至5％、10％或15％。对于多数应用，复数个传导陶瓷线构成加热元件总横截面区域的至少约0.1％或1％可为优选的。

如所讨论的，在优选设计中的加热元件适当地具有多变数量的不同(电性隔离)传导陶瓷线或通路。在一态样中，加热元件具有三个或更多个分离的(电性隔离)传导陶瓷通路或陶瓷线。在某些优选态样中，加热元件可具有相当多数量的分离传导陶瓷通路或陶瓷线，例如至少50、100、200、300、400、500、700、1,000、2,000、3,000、4,000甚至5,000或更多的分离传导陶瓷通路或陶瓷线。对于一些优选的具体实施例，陶瓷加热元件将包含至少4、5、10、20、30或40个分离的传导陶瓷通路或陶瓷线。如前文所讨论，使用加热元件时，传导陶瓷通路或陶瓷线的总数中仅有一部分可有电流通过，例如，在加热元件使用期间，加热元件的所有可用分离的传导陶瓷通路或陶瓷线的至多约1％、2％、5％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％可适当地有电流通过，其中使用期间，其余的可用传导通路或线无电流通过。一般来说，具有较多数目可用传导陶瓷通路或陶瓷线的加热元件，在使用加热元件期间，可运用相当少比例的通路。

如上文所讨论，并如例示在图1及2中，优选地，加热元件至少实质上一部分的长度在沿着至少一部份的加热元件长度下具有圆形的横截面形状(诸如图2中所示的长度a)。图1和图2描述特别优选的结构，其中加热元件10在大约整个加热元件长度上具有实质上圆形的横截面形状以提供棒状加热元件。然而，如前文所讨论，优选的系统还包括那些只在一部分的加热元件具有圆形横截面形状的系统，诸如加热元件长度(如图2中加热元件长度a所例示者)的至多约10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％具有圆形横截面形状；在此类设计中，加热元件长度的其余部分可具有外棱的外观。例如，适当的加热元件设计可包括冷却鳍片或增进点火的结构。

图3A和图3B说明加工阶段以提供本发明优选的加热元件。因此，在图3A，棒状陶瓷传导元件或线20与插入式绝缘棒状元件22一起拢成一束。如大概描述在图3A的元件20和22可经过捆束和压紧(诸如通过挤压制程)以提供具有如图3B所示的具有复数个传导通路的加热元件。电阻线或其他电阻性元件(诸如电阻性陶瓷区)可与跟传导区电性连通的传导元件或绝缘元件拢成一束。

通过形成陶瓷组合物的流体调配物可适当地进行加热元件的挤压，再促使陶瓷调配物通过提供加热元件所需结构的印模元件。

例如，可制备陶瓷粉体的浆液或似糊状组合物，诸如通过一种或多种陶瓷粉体与水溶液或含有一种或多种可溶混有机溶剂诸如醇类等的水溶液混合。可通过混合一种或多种陶瓷粉体如MoSi₂、SiC、氮化硅、SiAlON、Al₂O₃及/或AlN在水的流体组合物而制备优选的挤压用陶瓷浆液组合物，视需要与一种或多种有机溶剂诸如：一种或多种水可溶混有机溶剂如：纤维素醚溶剂、醇等一起混合。陶瓷浆液还可含有其它物质如一种或多种有机增塑剂化合物、以及视需要的一种或多种聚合物粘合剂。

可运用各种成形或诱导元件，以符合经挤压的加热元件所期望形状的成形元件结构来形成加热元件。例如，要形成棒状加热元件，可通过圆筒状印模元件挤压陶瓷粉体糊状物。要形成似柱状或长方形加热元件，可运用长方形印模。

挤压后，成形的加热元件可例如在50℃或60℃以上适当地干燥，直到足以去除任何溶剂(水及/或有机)载体的时间。

接下来的实施例描述优选的挤压制程以形成加热元件。

此等形成加热元件后，可进一步如所期望的处理加热元件。

因此，例如，可诸如以陶瓷组合物浆液浸泡涂覆、喷洒涂覆等施加一层或多层陶瓷层到成形的元件。

如下列实施例所示，可施加传导层到成形的加热元件的至少一部分外表面。该外表面涂层可作为成形的加热元件中的火焰传感器。

如有必要，之后可进一步加工加热元件10。例如，可钻孔或其它机械加工加热元件10以改变加热元件的电性性质。例如，在成形的加热元件体内可钻出作为绝缘体的内部空穴区域。

另外，如上述所讨论，加热元件可包括额外功能，诸如可操作作为火焰传感器或火焰整流器的热电偶电路。

成形的加热元件10优选地在诸如：包括温度和压力的条件下进一步经致密化。特别地，在成形后，可在单一步骤或多步骤热处理烧结加热元件。

在多步骤程序中，通过挤压及/或浸泡涂覆制程而成形的加热元件可经第一热处理以除去各种有机和无机载体材料，例如，在惰性气体如氩气中以1,000℃以上加热以除去粘合剂等。然后，可在1,600℃以上、压力下(如在玻璃热等静压下)烧结加热元件半小时或更久。

此等致密化后，如必要可清洁加热元件，之后将电导线固定到元件的近端以向元件供电。

本发明加热元件可运用其它方法制造。

例如，可形成包含绝缘陶瓷组合物与延伸在其中的多条传导纤维或传导线的加热元件。然后可烧结整个加热元件。

绝缘加热元件体也可诸如通过挤压制程而制造，其中陶瓷体元件包括以有机为主或以无机为主的基质(例如：蜂巢状)，可以具有电阻率的陶瓷组合物填充在其中，该陶瓷组合物的电阻率与邻接的陶瓷体元件电阻率不同。例如，可将传导组合物填充蜂巢状基质以定义加热元件中的传导通路，或可将电阻性材料填充基质以定义加热元件中的电阻性区。也可以不同电阻温度系数的传导组合物选择性地填充此类基质以提供不同电阻温度系数的复数个传导通路或传导区，诸如一个或多个PTCR传导区和一个或多个NTCR传导区。

也可运用光刻法制造本发明加热元件，例如，运用光刻胶来定义如需要可以陶瓷组合物填充的传导通路。可以连续建构式的方法制造加热元件的多个传导通路，其中通过使用图案化光刻胶掩膜制造具有提供电性隔离的插入式绝缘线的传导通路的连续层。

图4显示优选的加热元件10剖视图，其中区域12包括复数个向远端电阻性(点火)区14供电的电性隔离通路，而区域16包括复数个电性隔离通路以完成电路。

图5显示优选的同轴加热元件10剖视示意图，其中内部区域12包括复数个向远端电阻性(点火)区14供电的电性隔离通路，而外部区域16包括复数个电性隔离通路以完成电路。内部区域12和外部区域16可适当地诸如通过绝缘区域18而分隔，绝缘区域18可以是空的间隔或包括绝缘(热沉(heat sink))陶瓷材料。导线22可向元件10提供传输功率。

本发明加热元件的尺寸可有很大的变化，并可根据加热元件的预期使用而选择尺寸。例如，优选的加热元件的长度(图2中的长度a)可适当地为约0.5厘米至约5厘米，更优选的为约1厘米至约3厘米，而加热元件的横截面宽度(图2中的长度b)可适当地为约0.2厘米至约3厘米。

在优选的系统中，在额定电压下，本发明加热元件的热区或电阻性区将加热至低于约1,450℃的最高温度；而在约为额定电压的110％的高端线电压下，将加热至低于约1,550℃的最高温度；而在约为额定电压的85％的低端线电压下，将加热至低于约1,350℃的最高温度。

可运用各种组合物形成本发明加热元件。可运用不同电阻率的陶瓷组合物以及混杂系统，例如，包含如埋设的金属传导通路的陶瓷组合物。本文中所述陶瓷元件、陶瓷传导通路或陶瓷线等都包括此类两种系统，即，只含有陶瓷材料的元件和混杂陶瓷系统如陶瓷/金属混杂元件。

在某些实施例中，若运用陶瓷组合物形成热区，通常优选的热区组合物包括至少三种成分：1)传导材料；2)半导体材料；以及3)绝缘材料。传导(冷)区域与绝缘(热沉)区域可由相同成分构成，但成分以不同比例呈现。典型传导材料包括例如：二硅化钼、二硅化钨、氮化物如：氮化钛、以及碳化物如：碳化钛。典型半导体包括碳化物诸如：碳化硅(掺杂或未掺杂)和碳化硼。典型绝缘材料包括金属氧化物如：氧化铝或氮化物如：AlN及/或Si₃N₄。

如本文中提及，术语电性绝缘材料指具有室温电阻率至少为约10¹⁰欧姆-cm的材料。本发明加热元件的电性绝缘材料成分可只包含或主要包含一种或多种金属氮化物及/或金属氧化物，或者，该绝缘成分可含有除金属氧化物或金属氮化物以外的材料。例如，绝缘材料成分可额外地含有氮化物诸如：氮化铝(AlN)、氮化硅或氮化硼；稀土氧化物(如氧化钇)；或稀土氧氮化物。

如本文中提及，半导体陶瓷(或“半导体”)为具有室温电阻率为约10至10⁸欧姆-cm的陶瓷。若存在半导体成分为超过约45v/o的热区组合物(而传导陶瓷为在约6至10v/o的范围)，则所得组合物在高电压应用下变得具过度传导性(由于缺乏绝缘体)。反之，若存在半导体成分为低于约10v/o的热区组合物(而传导陶瓷为在约6至10v/o的范围)，则所得组合物变得具过度电阻性(由于绝缘体过多)。再者，导体含量较高时，需要更多绝缘体与半导体部分的电阻性混合以达到所需电压。典型的，半导体为选自由碳化硅(掺杂和未掺杂)和碳化硼所组成的群组的碳化物。

如本文中提及，传导材料指具有室温电阻率小于约10^-2欧姆-cm的传导材料。若以超过35v/o的热区组合物的量存在导电材料，则所得热区组合物的陶瓷，则所得陶瓷可变得具过度传导性。典型的，该导体选自由二硅化钼、二硅化钨、氮化物如：氮化钛、以及碳化物如：碳化钛所组成的群组。通常优选的为二硅化钼。

通常，优选的热(电阻性)区组合物包括(a)具有电阻率至少为约10¹⁰欧姆-cm的50v/o至约80v/o的电性绝缘材料；(b)具有电阻率为约10至10⁸欧姆-cm的约5v/o至约45v/o的半导体材料；和(c)具有电阻率低于约10^-2欧姆-cm的约5v/o至约35v/o的金属导体。更优选地，热区包括50至70v/o电性绝缘陶瓷、10至45v/o半导体陶瓷和6至16v/o传导材料。

优选的冷区(传导)区域包括由例如AlN及/或Al₂O₃或其它绝缘材料所组成的区域；SiC或其它半导体材料所组成的区域；和MoSi₂或其它传导材料所组成的区域。然而，与热区相比，冷区区域将具有相当高比例的传导材料和半导体材料(如SiC和MoSi₂)。

可使用本发明加热元件在许多应用，包括如：炉具和炊具、板式加热器(baseboard heater)、锅炉以及炉台(stove top)等的气相燃料点火应用。特别地，可使用本发明的加热元件作为炉台气体燃烧器和燃气炉的点火源。

本发明加热元件还特别适用于液体(湿)燃料(如柴油和汽油)的汽化和点火，如在运载工具(车)加热器中以提供运载工具的预先加热。

本发明加热元件也可适当地用作电热塞，如用作机动运载工具的点火源。

本发明加热元件可用于其它特殊应用，包括用作红外线加热器的加热元件。

下列非限制性实施例为对本发明予以说明。本文所述的所有文件均以全文引用方式并入本说明书。

实施例1：加热元件的制造

如图2的附图所示的一般结构的本发明加热元件可如下列制备：

将传导组合物(30体积％的MoSi₂，20体积％的SiC，以及余量的Al₂O₃)粉末和绝缘组合物(20体积％的SiC以及80体积％的Al₂O₃)粉末分别与16wt％的水和5wt％的甲基纤维素(Dow A4M)混合得到两种糊状物。将两种糊状物形成成棒状，绝缘糊状物形成约40根棒状元件，而将电阻性糊状物形成经绝缘棒状物隔离的约5根元件。然后以Mohr活塞式挤压机通过直径为0.31英寸的印模将这些封装的棒状物挤压且缩小以提供圆筒状加热元件。

复制制程之后，将传导棒状物的直径缩小成约0.05英寸，并使两根传导棒状物与固定在加热元件远端的传导帽可形成完整电路。

接着，浸泡涂覆加热元件，以传导组合物(30体积％的MoSi₂，20体积％的SiC，以及余量的Al₂O₃)的浆液涂覆至少一部分的外加热元件长度。浆液适当地含有分散剂和低黏度基质流体，其包括异丙醇、PEG

400(乳化剂，硬脂酸反应产物)、SANTICIZER 160(增塑剂，丁基苄基)、BUTWAR B76(Monsanto，聚乙烯缩丁醛)、111M分散剂(DARVAN)。在所形成的加热元件中，外涂层可用作火焰传感器。

将因此所涂覆的加热元件在氩气中、在1,200℃下预烧结以除去粘合剂，以氮化硼涂覆并在玻璃热等静压下、在1,750℃下致密化1小时。以喷砂处理清洗所致密化的部分，而固定电导线在元件的近端以向元件供电。

实施例2：同轴加热元件

相当于图5附图的结构的加热元件以上述实施例1的一般过程制备。

已以其特定的具体实施例详细描述本发明。但应理解，本技术领域的技术人员在考量此揭露下可做出落在本发明精神与范畴的修饰与改良。

Claims

1、一种电阻性陶瓷加热元件，包括至少三个电性隔离传导区。

2、一种电阻性陶瓷加热元件，包括复数个传导区，其中在该加热元件使用期间，只有一部分的该传导区有电流通过。

3、一种电阻性陶瓷加热元件，包括复数个传导区，其中两个或更多个传导通路具有不同的电阻温度系数。

4、如权利要求3所述的加热元件，其中一个或多个该传导区具有PTCR而一个或多个传导区具有NTCR。

5、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件包括至少10个该电性隔离传导区。

6、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件包括至少100个该电性隔离传导区。

7、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件包括至少1,000个该电性隔离传导区。

8、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件包括一个或多个横截面尺寸为约500微米或更小的该电性隔离传导区。

9、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中在该加热元件使用期间，多达约总数的70％有电流通过。

10、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中一个或多个绝缘区插入该传导区之间。

11、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件包括传导帽元件。

12、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件具有实质上圆形的横截面形状。

13、如权利要求1、2或3所述的加热元件，其中该加热元件具有同轴设计。

14、一种点燃燃料的方法，包括提供电流通过如权利要求1至13中任一权利要求所述的加热元件。

15、如权利要求14所述的方法，其中该电流具有6V、8V、10V、12V、24V、120V、220V、230V或240V的额定电压。

16、一种电热塞，包括如权利要求1至13中任一权利要求所述的加热元件。

17、一种加热装置，包括如权利要求1至13中任一权利要求所述的加热元件。

18、一种向加热元件供电的方法，包括：

提供电阻性陶瓷加热元件，其包括至少三个电性隔离传导区；以及

关于该加热元件，接合一个或多个电性连接以向一个或多个选定的传导区供电。

19、如权利要求18所述的方法，其中将该一个或多个电性连接接合至选定数目的传导区以使点火器在目标电压下操作。

20、如权利要求18所述的方法，其中在该加热元件操作寿命期间，切换该一个或多个电性连接以向一个或多个替代传导区供电。