CN102264945B - 包括玻璃质保护涂层的复合烹饪用具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于食物制备的烹饪用具，其包括金属复合支承元件，其外表面通过玻璃质保护涂层覆盖。本发明还涉及一种用于制造这种烹饪用具的方法。

Description

包括玻璃质保护涂层的复合烹饪用具
本发明涉及一种制备食物的复合烹饪用具，其包括金属复合支承元件，支承元件的外表面通过玻璃质保护涂层覆盖。本发明还涉及一种制造这种烹饪用具的方法。
有机涂料通常用作烹饪用具的外表面上的装饰涂层。但是，使用有机涂料的主要缺陷是它们只能施加在烹饪用具的侧壁上，这是由于有机涂料不能与热源接触。
例如搪瓷涂层的玻璃质涂层通常用于保护例如钢的金属基底。但是，搪瓷涂层通常通过包括加热到燃烧温度的步骤的方法来形成，对于搪瓷化的钢基底来说，燃烧温度通常高于800℃。
因此，不能使用通常在钢基底上所使用的搪瓷来对包括铝层的多层金属支承件的不锈钢层进行搪瓷化，这是由于铝的熔化温度大约为660℃。
在本发明中，铝是指纯铝或铝合金。
因此，所提出的这个问题的一种解决方案是提出一种玻璃质保护涂层，该方法包括在650℃以下的最终温度下进行的热处理步骤。
从US 6,162,498和US 2008/0118745得知一种用于为金属表面提供玻璃质层的方法，玻璃质层是装饰性的、耐刮擦和耐腐蚀的。所述方法包括以下步骤：
-在存在微细化SiO2颗粒和选自包括碱性和碱土金属的氧化物和氢氧化物的组的至少一种合成物的情况下，对一种或多种硅烷进行水解和缩聚来制备涂层合成物；
-将涂层合成物施加到金属表面以便形成涂层；以及
-对涂层进行热密实，以便形成玻璃质层，此步骤优选在干燥操作之后。
在US 6,162,498的方法中，在不锈钢基底的情况下，热密实包括在350℃-500℃的最终温度范围内固化涂层。
同样从US 2008/0118745还得知例如具有可变形的玻璃式涂层的钢或铝的金属基底，其通过包括以下步骤的方法获得：
a)将含有碱性金属硅酸盐的涂层凝胶施加到基底上，以便提供涂层；和
b)优选在高达大约500℃的最终温度下，通过两阶段热处理对涂层进行热密实。
在第一阶段，热处理在(A)含氧环境中(优选在高达大约400℃的最终温度下)进行，或者在(B)低于15mbar的残留压力的真空中(优选在惰性气体的环境中)进行。在第二阶段，热处理优选在从400℃至600℃范围内的最终温度下进行。
在US 6,162,498和US 2008/0118745中，被涂覆的金属表面是包括或包含金属(例如铝)或金属合金(例如钢、特别是不锈钢和铝合金)的表面。
但是，在US 2008/0118745和US 6,162,498中没有有关包括不锈钢外层和熔化温度低于650℃的金属或金属合金(例如铝或铝合金)的至少一个内层的多层复合基底的描述，也没有有关这种基底在设置通过溶胶-凝胶工艺得到的玻璃质层时所遇到的问题的描述。实际上，由于复合支承件的不同结合材料的热膨胀性能的差别，多层金属复合支承件在使用过程中会产生翘曲的缺陷。这种热效应会对沉积在复合元件的不锈钢层上的玻璃质涂层造成微小应力裂纹。
因此，本发明所提出的问题在于通过提出一种复合的烹饪用具来解决上述缺陷，该烹饪用具包括适用于由不锈钢层和熔点低于650℃的金属或金属合金层制成的复合元件支承件的玻璃质涂层。
此问题的一种解决方案在于一种制备食物的复合烹饪用具，其包括限定底部和从底部升高的侧壁的中空支承元件，所述支承元件具有朝向盛放在烹饪用具内的食物的内表面和向下朝向热源的外表面，所述外表面22通过保护涂层覆盖；
其特征在于：
-保护涂层是厚度至少为10μm且由溶胶-凝胶材料制成的连续薄膜，该薄膜包括至少一种聚烷氧基硅烷的母体以及分布在所述母体内的至少一种金属氧化物，所述溶胶-凝胶材料的膨胀系数α的范围是从50.10-7K-1到100.10-7K-1，
-所述支承元件是复合元件，该复合元件包括具有所述外表面的不锈钢外层和至少一个熔化温度低于650℃的金属或金属合金内层，所述内层被结合到不锈钢外层。
至于烹饪用具，在本发明中指的是厨房中常见的所有类型的食物制备容器，特别是例如用在炉子或成套炉灶上的平底锅、煎锅的烹饪容器，也可以是用于烤炉(烤盘)内的烹饪容器。
本发明的玻璃质保护涂层是耐用的，并且因此不需要经常改变。
本发明的玻璃质涂层还具有非常适用于复合元件支承件的优点，这是由于其膨胀系数仅仅略微小于复合元件支承件的外部不锈钢层的膨胀系数。因此，玻璃质涂层被轻微压覆在外部不锈钢层上，这显著减小了在所述玻璃质涂层上形成微小裂纹或裂缝的危险，从而提高了涂层的质量。
另外，如果本发明的玻璃质涂层必须含有红色颜料，可以使用矿物颜料，这是由于这种颜料可形成玻璃质涂层，该玻璃质涂层具有的红色类似于传统上采用镉颜料对陶瓷釉和玻璃着色而获得的红色。但是，镉颜料的主要缺陷是有毒。相反，本发明的玻璃质涂层中所含的红色矿物颜料是无毒的，因此对于环境是绝对安全的。
本发明的被着色的溶胶-凝胶涂层具有非常均匀的红色，并且在洗碗机中使用时仅显示出轻微的脱色(耐腐蚀)。
另外，本发明的涂层具有强的着色性和通透性。
本发明的涂层所具有的这种强的且均匀的着色性以及通透性只有在至少10μm的厚度情况下才是可行的。
如果厚度小于10μm，需要显著增加颜料在涂层中的浓度，从而具有足够的着色性和均匀性。但是在这种情况下，涂层是不透明的。
另外，颜料在溶胶-凝胶涂层内的存在提高了本发明的溶胶-凝胶涂层的耐刮擦性。
优选地，金属氧化物是微细化氧化物。
在本发明的当前优选的实施例中，支承元件的内层是纯铝层或铝合金层。因此在这种实施例中，复合元件通过将不锈钢层结合到一层铝或铝层上来构成。这种实施例具有出色的热分布和传导性能，并且因此提供了高热效率且耐用的烹饪用具。
在另一当前优选的实施例中，支承元件的内层进一步结合到第二不锈钢层上。接着，在支承元件是外层完全覆盖内层(包括支承元件的侧壁)的多层复合元件的特定情况下，所述内层因此是夹持在两个不锈钢层之间的芯层。这种实施例提高了上述热分布性能和传导性能。
在本发明的另一当前优选实施例中，外部不锈钢层是铁磁级别的，优选为铁素体级别的，其适于使烹饪用具适用于感应加热。
在外部不锈钢层为铁磁级别的描述中，外层也可以是在烹饪用具的底部居中并只覆盖所述底部限定的内层的部分的板。
由此，本发明的烹饪用具具有改善的耐刮擦性能以及改善的耐受洗碗机中所使用的清洁剂的能力。
本发明的另一目的在于提出一种制备食物的复合烹饪用具的制造方法，该方法可以通过避免在高于铝的熔点的温度下进行热处理而在复合支承件的不锈钢层上实现致密的搪瓷式涂层，复合支承件还包括铝(或铝合金)的内层。
为此，提供一种制造复合食物制备烹饪用具的方法，该方法包括：
■提供限定底部和从底部升高的侧壁的中空支承元件，支承元件具有朝向盛放在烹饪用具内的食物的内表面和向下朝向热源的外表面；
■制备涂层合成物；
■将涂层合成物涂覆在支承元件的外表面的至少一部分上，以便在所述外表面上形成新的保护涂层；以及
■对新的保护涂层进行热密实，以便在所述外表面上形成透明的玻璃质保护涂层；
其特征在于：
■金属支承元件是多层复合元件，其包括具有所述外表面的不锈钢外层和具有低于650℃的熔化温度的金属或金属合金内层，所述内层被结合到所述外层；
■涂层合成物通过包括如下步骤的方法来制备：在该步骤中，对具有以下通式的至少一种硅烷进行水解和缩聚：
RnSiX4-n
其中：
■每个R，可以相同或不相同，为氢或为具有多达12个碳原子的任选的氟化烷基、烯基或炔基基团，或者为具有6-10个碳原子的任选的氟化芳基、芳烷基或烷芳基基团；
■每个X，可以相同或不相同，为水解基团或羟基基团，以及
■n是0、1或2，其中假定：在存在至少一种金属氧化物和至少一种熔化剂的情况下，至少一种硅烷具有n＝1或2或者一种或多种从中得到的低聚体，其中所述熔化剂选自包括硼酸三甲酯(Boron Trimethoxide)和碱性和碱土金属的乙醇盐氧化物和氢氧化物的组，其中硅烷中的总体Si相对于熔化剂的重量比在5和20之间；以及
■对保护涂层进行热密实的步骤在400℃和600℃之间、优选在450℃和500℃之间的最终温度范围下进行。
外层可以是板，优选为铁磁级别，在烹饪用具的底部上居中。那么在这种特殊情况下，可通过冲压将板施加到内层上。
本发明的其他优点和特别特征将从下面参考附图给出的描述中得以清楚，附图中：
图1表示根据本发明的第一变型的用具的截面示意图；
图2表示根据本发明的第二变型的用具的截面示意图；以及
图3表示根据本发明的第三变型的用具的截面示意图。
图1-3中相同的元件通过相同的附图标记来表示。
在图1-3中通过图示出了煎锅1。煎锅1包括用于抓握的抓握手柄5以及一体式支承元件2，该支承元件2包括底部26和从所述底部26升高的侧壁27。支承元件2包括朝向盛放在烹饪用具内的食物的内表面21以及朝向热源(例如燃烧器)的外表面22。
现在更加特别的参考支承元件2，它是多层复合支承件，包括具有外表面22的非常薄的不锈钢层23以及结合到不锈钢层21上的较厚的铝层24。不锈钢层23可以是铁磁级别(优选为铁素体级别)或奥氏体不锈钢，然而如果煎锅1通过感应加热，则优选铁磁级别。
铝层24可以是纯铝、Alclad铝或从3003铝合金、4006铝合金和4700铝合金中选择的铝合金。
不锈钢外层23，优选地在外表面22上具有拉丝的或喷砂的表面处理，该不锈钢外层23至少部分通过保护涂层3覆盖。优选地，此保护涂层覆盖支承元件2的整个外表面22(即不锈钢层23)。
根据本发明，保护涂层3是溶胶-凝胶材料的连续薄膜的形式，该薄膜的厚度为至少10μm，并优选在10μm和15μm之间。
这种溶胶-凝胶材料包括至少一种聚烷氧基硅烷的母体以及分布在该聚烷氧基硅烷的母体内的至少一种金属氧化物。
待被施加到表面元件的外表面22上的适当溶胶-凝胶材料是必须具有从50.10-7K-1到100.10-7K-1范围的膨胀系数的溶胶-凝胶材料。
作为可以用于根据本发明的溶胶-凝胶材料的金属氧化物，可以是硅石、氧化铝、氧化锆、氧化钒和氧化铈。特别是可由硅石制成。
根据本发明的溶胶-凝胶材料还可以包括一种或多种矿物颜料，矿物颜料有利的是微细化颜料或亚微细化颜料的形式。
作为用于本发明的溶胶-凝胶材料的矿物颜料，可以是金属氧化物、尖晶石、云母薄片或铝薄片，其中所述薄片通过金属氧化物覆盖。本发明的优选颜料是MERCK公司的红色矿物颜料IRIODIN
Figure BPA00001391175000061
在可以用作本发明的保护涂层中的颜料的金属氧化物中，特别应当提到的是钛氧化物(TiO2)和/或铁氧化物(Fe2O3)。
可以用作保护涂层中的颜料的薄片，特别应当提到的是通过例如锆石、钛或锌的氧化物的金属氧化物覆盖的薄片。
现在参考图2，此附图所示的煎锅1还包括施加到支承元件2的内表面21上的不粘层4。
此不粘层可有利地通过包括耐受至少200℃的温度的至少一种耐热树脂的烧结网络的涂层构成。
作为可以用于本发明的耐受至少200℃的温度的耐热树脂，可以是氟碳树脂，该氟碳树脂可单独使用或者与一种或多种耐受至少200℃温度的其他耐热树脂(例如硅树脂)一起使用。
在可以用于本发明的氟碳树脂中，可以特别是聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-全氟丙基乙烯基醚共聚物(PFA)或四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)或者这些氟碳树脂的混合物。
耐受至少200℃的其他的耐热树脂可以是聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚砜(PES)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)或硅酮。
在图3所示的变型中，支承元件2包括三个结合层，这些层如下布置：
■不锈钢外层23，包括支承元件2的外表面22；
■纯铝或铝合金芯层24；以及
■不锈钢内层25。
不锈钢外层23是如上所述的，并类似于图1和2所示的实施例的不锈钢层23。
以类似方式，纯铝或铝合金的芯层24是如上所述的，并类似于图1和2所示的实施例的铝内层24。
图3所示的复合支承元件22的不锈钢内层25优选为奥氏体级别，优选为300系列(例如304型号)。
现在将详细描述本发明的用于制造用于食物制备的用具1的方法。
该方法包括以下参考图1和3描述的连续步骤：
■提供多层复合支承元件2，该支承元件限定朝向盛放在烹饪用具1内的食物的内表面21和向下朝向热源的外表面22，支承元件2包括具有所述外表面22的不锈钢外层23，以及熔化温度低于650℃的金属或金属合金内层24；
■制备涂层合成物；
■将涂层合成物施加到支承元件2的外表面22的至少一部分，以便在所述外表面22上形成新的保护涂层4；以及
■对新的保护涂层3进行热密实，以便在所述外表面22上形成透明的玻璃质保护涂层4。
在本发明中，新的涂层是指未固化的涂层。
如上所述，图1-3所示实施例的不锈钢外层包括支承元件2的外表面22。支承元件2的所述外表面22至少部分通过保护涂层3覆盖，所述外表面22用作热源接触表面。
对于图1所示的实施例，支承元件2是由不锈钢外层23和纯铝或铝合金的一个内层24构成的双层复合元件。因此，在此实施例中，铝(纯的或合金的)层24包括双层复合元件2的内表面21，该内表面21用作食物接触表面。
对于图3所示的实施例，支承元件2是由不锈钢外层23、结合到外层23的铝(纯的或合金的)芯层24以及结合到内部铝层24的不锈钢内层25构成的三层复合元件。因此，第二不锈钢层25包括三层复合元件2的内表面21，如上所述该内表面21用作食物接触表面。
在图1和图3所示的实施例中，复合支承元件2的不同的金属层如上所述。
根据本发明的方法，涂层合成物的制备包括对具有下面通式的至少一种硅烷进行水解和缩聚：
RnSiX4-n
其中：
■每个R(相同或不相同)为氢或为具有多达12个碳原子的任选的氟化烷基、烯基或炔基基团，或者为具有6-10个碳原子的任选的氟化烃基、烯基或炔基基团；
■每个X(相同或不相同)为水解基团或羟基基团，以及
■n是0、1或2，其中假定：在存在至少一种金属氧化物和至少一种熔化剂的情况下，至少一种硅烷具有n＝1或2或者一种或多种从中得到的低聚体，其中所述熔化剂选自包括硼酸三甲酯和碱性和碱土金属的乙醇盐氧化物和氢氧化物的组，其中硅烷中的总体Si相对于熔化剂的重量比在5和20之间。
优选地，金属氧化物是微米-氧化物。
在施加涂层合成物之前，外表面22的用来通过所述涂层合成物覆盖的部分优选被彻底清洁(特别是没有油脂和灰尘)，并且通过优先的机械或化学处理执行。
有利地，表面处理是机械处理，例如对支承元件2的外表面22进行拉丝或喷砂，以使外表面22粗糙，并达到1-8μm范围的粗糙度Ra。这种粗糙度不会改变涂层的最终性能，而使得玻璃质涂层3更好地粘接到支承元件2上。
制备涂层合成物包括对具有通式(I)的至少一种硅烷进行水解和缩聚。在此通式中，基团X，可以是彼此相同或不同的，表示水解基团或羟基基团。水解基团X的具体实例是卤素原子(特别是氯和溴)，具有多达6个碳原子的烷氧基基团和酰氧基基团。特别优选的是烷氧基基团，尤其为C1-C4烷氧基基团，例如甲氧基、乙氧基或n-丙氧基和i-丙氧基。优选地，特定硅烷内的基团X是相同的，并且优选采用甲氧基或乙氧基基团。
对于n＝2，通式(I)中的基团R可以是相同或不同的，代表具有多达12个(通常多达8个或优选多达4个)碳原子的氢、烷基、烯基或炔基基团，以及具有多达6-10碳原子的芳基、芳烷基或烷芳基基团。
这些基团的具体实例是甲基、乙基、丙基和丁基、乙烯基、烯丙基和炔丙基、苯基、甲苯基、苯甲基和萘基。通常的基团R是不能替代的。
优选的基团R是具有1-4个碳原子的(不能替代的)烃基基团，特别是甲基、乙基以及苯基。
根据本发明，优选的是采用具有通式(I)的至少两种硅烷。这种硅烷的混合物包括例如至少一种甲基三甲氧基硅烷(例如乙基(甲基)三乙氧(甲氧基)基硅烷或者MTMS)以及至少一种四烷氧基硅烷(例如四乙氧基硅烷TEOS)。
除了具有通式(I)的水解硅烷之外，金属氧化物颗粒可以用于本发明的方法，其类似于如上所述的那些。但是如上所述，有利的是采用微细化SiO2颗粒或Al2O3颗粒，并优选微细化SiO2颗粒。
这种微细化SiO2颗粒可以采用例如市场上可购买到的硅石凝胶的形式，尤其从CLARIANT公司以商品名KLEBOSOL得到和从GRACE DAVISON公司以商品名LUDOX得到。
假设金属氧化物颗粒在涂层内的存在对于实现足够的层厚度尤其重要。
除了存在所述金属氧化物颗粒之外，具有通式(I)的硅烷的水解和缩聚可以在存在至少一种熔化剂的情况下进行。
作为可以用于本发明的熔化剂的实例，可以是来自碱性和碱土金属的甲酸脂(或甲酸盐)以及硼酸三甲酯(TMB)及其混合物的基团的合成物。
所述甲酸盐优选为Li、Na、K、Mg，、Ca和/或Ba的甲酸盐。特别优选使用碱性金属(特别是Na和K)甲酸盐。
在本发明的方法中，具有通式(I)的硅烷的水解和缩聚优选地在碱性介质中进行，这在不耐酸或只略微耐酸腐蚀的金属表面(例如由钢制成)根据本发明设置玻璃质涂层3的情况下特别有利。
具有通式(I)的硅烷的水解和缩聚可以在具有或不具有有机溶剂的情况下进行。在使用有机溶剂时，初始组分优选地在反应介质(通常包括水)中溶解。因此，可以用于本发明的方法的有机溶剂是水溶性溶剂，例如单烃或多烃基酒精(例如甲醇、乙醇和异丙醇)，以及乙二醇(例如己烯乙二醇)。
用作链转移剂(也通常称为改良剂或调节剂)的其他合成物也可任选地添加到本发明的涂层合成物内，以便提供适用于涂层操作的粘度。作为可以用于本发明的涂层合成物的链转移剂的实例，特别应当提到的是聚乙烯酒精、硅酮聚酯树脂、乙烷基纤维素和石蜡。这些链转移剂在对新的未固化保护涂层进行热密实的步骤过程中除去。
有利地，还可以将一种或多种矿物颜料直接结合到根据本发明采用的涂层合成物内，用于在支承元件2的外表面22上提供着色的玻璃质保护层3。所述矿物颜料类似于以上描述的那些。
另外，水解和缩聚可以根据普通技术人员公知的方式进行。
现在说明将本发明的涂层合成物施加到支承元件2的外表面22(或仅仅施加到所述外表面22的一部分)的步骤，涂层合成物可以根据传统方法、喷射和丝网印刷来施加。
因此获得的新的保护涂层3厚度通常为至少10μm，优选为10-20μm。
随后将对施加在外表面22的至少一部分上的所述新的涂层3进行热密实，以便形成玻璃质层。
在进行所述热密实步骤之前，可以在室温和/或略微高温(例如在高达100℃、特别是80℃的温度)下对新的保护涂层3进行传统干燥操作。
根据本发明的方法，接着在真空炉中进行新的或干燥的保护涂层3的热密实，并包括以下三个步骤：
-在空气环境(或者在氮气环境)中以5K/分钟到30K/分钟、优选在8K/分钟的加热速度将煎锅1加热到400℃-600℃的最终温度范围、优选为450℃-500℃的最终温度范围且更优选为大约480℃。
-将煎锅1保持在所述最终温度长达至少两个小时，以及
-接着优选在此环境中以大约5-20K/分钟的速度冷却煎锅1，直到从炉子取出。
推荐在无氧环境(例如在氮或氩的环境)中进行所述热密实，以避免外表面22的未覆盖部分氧化。
但是，如果整个外表面22均被新的保护涂层3覆盖，则不需要无氧环境。
还要注意到热密实也可任选地通过IR或激光辐射来实现。同样，可以通过选择性的加热作用来形成结构化的涂层。
根据本发明，热密实之后得到的玻璃质涂层3的厚度(例如烘烤的保护涂层3)优选为10μm-15μm。
现在参考图2，本发明的方法可有利地包括将不粘涂层合成物施加到支承元件2的内表面21并将其烧结以便在所述内表面21上提供不粘涂层4。
不粘涂层类似于以上描述的那些。
下面的实例用于说明而非限制本发明。
测试
腐蚀测试：
在洗碗机内使用商用清洁剂(类似于Procter and Gamble公司以商品名CASCADE
Figure BPA00001391175000111
提供的那些)清洗100次循环之后评价玻璃质涂层的特别是脱色的性能。
微划痕测试：
已经使用+CSM仪器的微划痕测试(MST)来评价溶胶-凝胶保护涂层的耐刮擦性能。这种技术包括使用金刚石尖头在由不同厚度(即5mm、7μm和15μm)的溶胶-凝胶保护涂层覆盖的样本上形成受控划痕。
50μm直径的尖头(锋利金属的金刚石)在逐渐的载荷下以4mm/s的速度在被涂覆表面上拉动。在某一临界载荷下，涂层将开始失效。
可以通过该装置测量多个载荷。对应于将溶胶-凝胶涂层与基底分离的临界载荷被定义为该涂层的耐刮擦性能。
此外，计算不同厚度的溶胶-凝胶涂层的耐刮擦性能数值。
实例1：
三层复合元件，其外表面通过根据本发明的保护涂层覆盖。
a)制备涂层凝胶
所使用的化学品：
■20％-40％重量百分比的四乙氧基硅烷(TEOS)；
■40％-50％重量百分比的甲基三甲氧基硅烷；
■2l-4l硅溶胶，其中SiO2的含量在10％和40％之间；
■0％-40％重量百分比的微细化SiO2颗粒；
■0％-5％重量百分比的硼酸三甲酯(TMB)；
■0％-5％重量百分比的乙醇钠；
■0％-5％重量百分比的乙醇钾；
■0％-5％重量百分比的甲酸钠；
■0％-5％重量百分比的甲酸钾；
■0％-5％重量百分比的乙酰丙酮铝；
■20％-50％的乙醇、丙醇、丁基乙二醇或己烯乙二醇；
■氢氧化钠；
■抗沉降剂、表面调节剂、流变添加剂；
■任选的MERCK公司的红色矿物颜料IRIODIN
Figure BPA00001391175000121
。
最初填充硅烷，并且有力地搅拌硅石凝胶。接着，氢氧化钠在水解开始时在室温下添加，直到所有氢氧化钠已经溶解，并且形成清澈的溶液。
如果最终的保护涂层是有色的涂层，接着将颜料与熔化剂同时引入。
随后，在室温下将水缓慢地以液滴的形式添加，造成溶液的温度升高。
在冷却到室温之后，溶液经由过滤器过滤。因此形成的可凝胶可通过调节剂调节到导出的粘度。
b)涂覆三层复合元件2
将在阶段a)得到的涂层凝胶以喷涂工艺施加到图3所示的表面元件2的喷砂外表面22上。
在室温下干燥之后，涂层元件表面2根据如下的步骤在强力空气炉中进行热密实：
-第一步骤：以10K/分钟的加热速度加热到480℃；
-第二步骤：保持时间至少4个小时；
-第三步骤：以大约8K/分钟的速度冷却到室温，直到从炉子取出。
薄膜厚度是15μm。
因此形成的涂层(没有颜料)具有测量值为3.2N的改善的耐刮擦性能。如果事先已引入红色颜料IRIODIN
Figure BPA00001391175000122
因此形成的溶胶-凝胶涂层具有测量值为3.96N的改善的耐刮擦性能，具有带有金属光泽的非常均匀的红色，且具有小于5％的脱色率，以作为高度耐受洗碗机中所使用的清洁剂(耐腐蚀性)的证明。
颜料在溶胶-凝胶涂层内的存在提高了本发明的溶胶-凝胶涂层的耐刮擦性能。
比较实例1：
三层复合元件，其外表面通过与实例1相同的溶胶-凝胶涂层覆盖，但是涂层具有较小的厚度(5μm)。
实例1的相同涂层已经根据相同工艺制成。与实例1的溶胶-凝胶涂层的唯一差别在于涂层的最终厚度为5μm。
这种涂层(5μm的厚度，不含颜料)具有测量值为1.96N的改善的耐刮擦性能。
颜料在涂层内的浓度也与实例1相同。在事先已经引入红色颜料IRIODIN
Figure BPA00001391175000131
时，因此形成的溶胶-凝胶涂层(5μm的厚度，有颜料)具有测量值为2.27N的改善的耐刮擦性能。
但是，这种溶胶-凝胶涂层具有不充分和不均匀的着色：这可以通过与涂层厚度相比颜料(以薄片的形式)的尺寸过大(5-50μm)的事实来说明。
比较实例2：
三层复合元件，其外表面通过与实例1相同的溶胶-凝胶涂层覆盖，但是涂层具有较小的厚度(7μm)。
实例1的相同涂层已经根据相同工艺制成。与实例1的溶胶-凝胶涂层的唯一差别在于涂层的最终厚度为7μm。这种涂层(7μm的厚度，不含颜料)具有测量值为2.31N的改善的耐刮擦性能。
颜料在涂层内的浓度也与实例1相同。在事先已经引入红色颜料IRIODIN时，因此形成的溶胶-凝胶涂层(7μm的厚度，有颜料)具有测量值为3.16N的改善的耐刮擦性能。
但是，这种溶胶-凝胶涂层具有不充分和不均匀的着色：这可以通过与涂层厚度相比颜料(薄片的形式)的尺寸过大(5-50μm)的事实来说明。
比较实例3
三层复合支承元件2，其外表面通过传统搪瓷覆盖。
适用于施加到不锈钢基底上的传统搪瓷通过喷涂工艺施加到表面元件2的外表面22，如图3所示。
因此形成的搪瓷涂层具有5Mohs的硬度。但是，搪瓷通过加热到800℃或以上来进行热密实，这必然造成铝芯层24熔化，并且造成支承件产生不可接受的变形。
比例实例4
三层复合支承元件，其外表面通过传统涂料覆盖。
传统涂料被施加到表面元件2的喷砂外表面22。
此涂层具有类似于实例1的玻璃质涂层获得的耐腐蚀性和3-4Mohs范围内的硬度。但是，不能直接接触这种被涂覆的三层支承元件。

Claims (26)

1.一种用于制备食物的复合烹饪用具（1），其包括限定底部（11）和从所述底部（11）升高的侧壁（12）的中空支承元件（2），所述支承元件（2）具有朝向盛放在烹饪用具（1）内的食物的内表面（21）和向下朝向热源的外表面（22），所述外表面（22）通过保护涂层覆盖（3），
其特征在于:
-所述保护涂层是厚度至少为10μm且由溶胶-凝胶材料制成的连续薄膜，该薄膜包括至少一种聚烷氧基硅烷的母体以及分布在所述母体内的至少一种金属氧化物，所述溶胶-凝胶材料的膨胀系数α的范围是从50.10-7K-1到100.10-7K-1；
-所述支承元件（2）是复合元件，该复合元件包括具有所述外表面（22）的不锈钢外层（23）和至少一个熔化温度低于650℃的金属或金属合金内层（24），所述内层（24）被结合到所述不锈钢外层（23），所述内层（24）是纯铝层或铝合金层。
2.如权利要求1所述的烹饪用具，其中所述内层（24）进一步被结合到另一不锈钢层（25），所述内层（24）因此是夹持在所述不锈钢外层（23）和所述另一不锈钢层（25）之间的芯层。
3.如权利要求1或2所述的烹饪用具，其中所述不锈钢外层（23）是铁磁级别的，适于使得所述烹饪用具（1）适用于感应加热。
4.如权利要求1或2所述的烹饪用具，其中所述支承元件（2）是多层复合元件，其中所述外层（23）完全覆盖所述内层（24）。
5.如权利要求3所述的烹饪用具，其中所述外层（23）是在所述底部（11）上居中且仅仅覆盖由所述底部（11）限定的内层（24）的部分的板。
6.如权利要求1或2所述的烹饪用具，其中所述不锈钢外层（23）在所述外表面（22）上具有拉丝的或喷砂的表面处理。
7.如权利要求1或2所述的烹饪用具，其中所述保护涂层（3）的厚度在10μm和15μm之间。
8.如权利要求1或2所述的烹饪用具，其中所述溶胶-凝胶材料的金属氧化物选自硅石、氧化铝、氧化锆、氧化钒和氧化铈。
9.如权利要求1所述的烹饪用具，其中所述保护涂层（3）包括至少一种矿物颜料。
10.如权利要求9所述的烹饪用具，其中所述颜料是微细化颜料或亚微细化颜料。
11.如权利要求9或10所述的烹饪用具，其中所述颜料选自金属氧化物、尖晶石、云母薄片或铝薄片，其中所述薄片通过金属氧化物覆盖。
12.如权利要求11所述的烹饪用具，其中所述金属氧化物颜料是钛氧化物（TiO2）和/或铁氧化物（Fe2O3）。
13.如权利要求11所述的烹饪用具，其中覆盖所述云母薄片或铝薄片的金属氧化物选自锆石的氧化物、钛的氧化物和锡的氧化物。
14.如权利要求1或2所述的烹饪用具，其中所述支承元件（2）的内表面（21）通过施加其上的不粘层（4）从内部覆盖。
15.如权利要求14所述的烹饪用具，其中所述不粘层（4）包括至少一种耐受至少200℃的温度的耐热树脂的烧结网络。
16.如权利要求15所述的烹饪用具，其中所述耐热树脂是硅树脂或氟碳树脂。
17.一种制备食物的复合烹饪用具的制造方法，该方法包括：
■提供限定底部（11）和从所述底部（11）升高的侧壁（12）的中空支承元件（2），所述支承元件（2）具有朝向盛放在烹饪用具（1）内的食物的内表面（21）和向下朝向热源的外表面（22）；
■制备涂层合成物；
■将所述涂层合成物涂覆在所述支承元件（2）的外表面（22）的至少一部分上，以便在所述外表面（22）上形成新的保护涂层（4）；以及
■对所述新的保护涂层（3）进行热密实，以便在所述外表面（22）上形成透明的玻璃质保护涂层（4）；
其特征在于：
■金属支承元件是复合元件，其包括具有所述外表面（22）的不锈钢外层（23）和具有低于650℃的熔化温度的金属或金属合金内层（24），所述内层（24）被结合到所述外层（23）；
■所述涂层合成物通过包括如下步骤的方法来制备：在该步骤中，对具有以下通式的至少一种硅烷水解和缩聚：
RnSiX4-n
其中：
■每个R，可相同或不相同，为氢或为具有多达12个碳原子的任选的氟化烷基、烯基或炔基基团，或者为具有6-10个碳原子的任选的氟化芳基、芳烷基或烷芳基基团；
■每个X，可相同或不相同，为水解基团或羟基基团，以及
■n为0、1或2，其中假定：在存在至少一种金属氧化物和至少一种熔化剂的情况下，至少一种硅烷具有n=1或2或者一种或多种从中得到的低聚体，其中所述熔化剂选自包括硼酸三甲酯和碱性和碱土金属的乙醇盐氧化物和氢氧化物的组，其中硅烷中的总体Si相对于熔化剂的重量比在5和20之间；以及
■对所述保护涂层进行热密实的步骤在400℃和600℃之间的最终温度范围下进行。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述外层（23）是在所述烹饪用具的底部（11）上居中并覆盖由所述底部（11）限定的内层（24）的部分的板，所述板通过冲压被施加到所述内层（24），所述冲压步骤在为所述外表面（22）涂覆涂层合成物的步骤之前进行。
19.如权利要求17或18所述的方法，其中对所述保护涂层进行热密实的步骤的最终温度在450℃和500℃之间。
20.如权利要求17或18所述的方法，其中所述金属氧化物是SiO2或Al2O3。
21.如权利要求17或18所述的方法，其中所述或每个X为烷氧基，优选为甲氧基或烷氧基。
22.如权利要求21所述的方法，其中所述至少一种硅烷选自甲基三甲氧基硅烷（MTMS）、甲基三乙氧基硅烷（MTEOS）、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷（TEOS）。
23.如权利要求17或18所述的方法，其中所述熔化剂选自甲酸钠、甲酸钾、硼酸三甲酯（TMB）及其混合物。
24.如权利要求17或18所述的方法，其中所述涂层合成物包括至少一种用于在所述支承元件的外表面（22）上提供有色玻璃质保护层的矿物颜料，优选为亚微米颜料。
25.如权利要求17或18所述的方法，还包括在施加所述涂层合成物之前对所述支承元件（2）的外表面（22）拉丝或喷砂的步骤。
26.如权利要求17或18所述的方法，还包括在所述支承元件（2）的内表面（21）上施加和烧结不粘涂层合成物，以便在所述内表面（21）上形成不粘涂层（4）。
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