CN103181719B - 具有微观和宏观包覆构造的层合炊具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炊具制品具有层合构造，其中至少一个宏观芯层具有层合或包覆型构造，所述至少一个宏观芯层由宏观覆盖层所包绕，所述宏观覆盖层在炊具主体的内表面和外表面上延伸，包括在所述内表面和所述外表面相交的边沿处延伸。此覆盖层又由具有微观厚度的一个或多个薄膜层所覆盖或包绕。

Description

具有微观和宏观包覆构造的层合炊具

本发明主张于2011年12月27日申请的具有相同标题的申请案号为61/580,494的美国临时专利申请案的在先申请优先权，该申请案以引用的方式併入于本文中。

技术领域

本发明涉及炊具制品，确切地说涉及锅和铛，该等锅和铛具有由多个金属层组成的包覆构造，这些金属层具有宏观厚度（0.1mm至5mm），该包覆构造上涂佈有厚度小于0.1mm的薄膜涂层。

背景技术

在许多专利中已提出对炊具涂覆薄膜涂层，并要求这些薄膜涂层坚硬、持久耐用、化学性质稳定，且不残留剩馀食物(不粘涂层)，但是，尚未有此类产品成功商品化。此类涂层包括金属、氧化物、氮化物、碳化物、碳氮化物以及类钻石的碳等涂层。

尽管可先用整块金属制造此类炊具然后再进行涂佈，但是，也会需要将此类薄膜涂层涂覆到具有包覆构造的炊具，在该类炊具的制造过程中会先将多个宏观金属层连结然后再进行金属成形。

因此，本发明的首要目标是提供包覆型金属炊具，该类包覆型金属炊具具有均匀、连续且牢固的薄膜涂层。

发明内容

在本发明中，要达成的首要目标是提供一种炊具制品，其包括水平的底部，笔直的侧壁，其中该侧壁从该底部起向上延伸并环绕该底部，进而形成边沿，其中在该边沿下形成可盛放流体的内侧容积，其中该等侧壁及底部的组成为：第一金属芯，其具有宏观厚度；在该第一金属芯上的至少一个第一包绕覆盖金属层，其存在于容器的底部、侧壁以及边沿处；微观薄膜涂层，其包绕该第一包绕覆盖金属层，存在于该容器的底部、侧壁及边沿处。

本发明的第二方面的特征在于一种此类的炊具制品，其中该等薄膜层选自金属氮化物、金属碳化物、金属碳氮化物、碳化合物以及碳。

本发明的另一方面的特征在于一种此类的炊具制品，其中该第一包绕覆盖金属层为不锈钢。

本发明的另一方面的特征在于一种此类的炊具制品，其中该第一包绕覆盖金属层选自铬化合物或镍化合物。

本发明的另一方面的特征在于一种此类的炊具制品，其中该第一包绕覆盖不锈钢层的形成方式为，对在第一金属芯的上下两侧上形成外部包层的不锈钢层，进行焊接和卷边中的至少一者。

本发明的另一方面的特征在于一种此类的炊具制品，其中该第一金属芯包括至少一个金属层，该金属选自铜和铝。

根据本发明，该金属炊具制品具有一种被密封的边缘，此类边缘经密封以消除在真空涂佈期间在夹层之间跑气的可能性。或者，该包覆构造可具有由一个金属层组成的单层芯层，或者是由多个金属层组成的复合芯层，该单层芯层或是该复合芯层由包绕其的电镀覆盖层覆盖，而该电镀覆盖层又被一薄膜覆盖，该薄膜经真空沉积而形成，为坚硬耐磨的化合物。

本发明的以上和其它目的、效果、特征和优点将通过结合附图对其实施例进行的以下描述而变得更为浅显易懂。

附图说明

图1A至图1C为具有宏观和微观包覆构造的炊具容器的截面立视图。

图2A至图2E为在沉积至少一个微观外部覆盖层之前用于形成炊具容器的边沿部分的一系列步骤的截面立视图。

图3A至图3F为包覆型炊具容器的边缘的截面立视图，其图示了在沉积至少一个微观外部覆盖层之前将宏观包层的边缘进行密封的工艺的步骤序列。

图4A至图4G为图示成形图4A中的炊具容器的备选工艺的截面立视图，该炊具容器具有包括至少一个微观外部覆盖层的分层构造。

具体实施方式

参看图1至图4，在各个视图中相似参考数字指代相似部件，其中图示了一种新颖且改进的层合炊具，该层合炊具具有微观和宏观包覆构造，本文中一般标为100。

炊具制品，确切地说是含有包覆构造的炊具容器，因其多种益处而广为人知。首先，该类构造的外层可以令炊具经久耐用，以避免在清洗过程中或者是食物本身所带来的损伤；还可以令炊具化学性质稳定，不会被食物腐蚀。而该类构造的内层，则有助于将热量从炊具外侧底表面处的热源，传导并散布到内侧的烹饪表面，确切地说，是内侧底部烹饪表面。

此类包覆型炊具制品一般使用包覆型金属薄板来装配，并通过多种可能的层合工艺来成形，但是一般均需应用由不同材料组成的宏观（即肉眼可见）薄板，各个层的厚度为从若干毫米至约0.25mm的范围。一种常见的构造使用铜、铝及其合金来作为芯材料，在该芯材料的顶侧及底侧上覆盖有不锈钢，这样就具有了至少共三个层。或者，芯层由铜或铜合金组成，该芯层可在其两个面上由铝/铝合金层覆盖，并且该等铝/铝合金层可然后再由不锈钢层覆盖。或者，该芯层可为生铁或软铁，并且其上覆盖有不锈钢。

已有建议提出，炊具可应用多种构造，但须涂佈一个或多个微观外层，且要求这一个或多个微观外层不仅坚硬，而且化学性质稳定，尤其适用的有金属与碳的化合物，具体来说，包括金属氮化物、金属碳化物、金属碳氮化物；纯碳或近乎纯的碳也适用，诸如类钻石的碳，以及碳化合物。这些微观层坚硬易碎，必须在容器或炊具制品成形之后才能进行涂覆，这些容器或炊具制品通过将平板状金属基材进行拉制而成形，而这些微观层通常通过物理或化学气相沉积来进行涂覆。尽管此类物理及化学气相沉积工艺的沉积速率较低，但是该等涂层也仅需要为微观水平，也就是小于约100微米（0.1mm）的厚度（但较常见的为0.1微米至10微米），这样才能提供卓越的表面性质。尽管氮化钛已在烘盘和刀具上得到使用，但是，迄今为止，能够直接接触高热的炊具容器尚未被商品化。除氮化钛以外，其他的薄膜类型还包括氮化钛铝、氮化钛铬、氮化铝-氮化铬铝，以及族4、族5或族6中的至少一种元素的氮化物或碳氮化物，或者是铝的氮化物或碳氮化物，硼的氮化物或碳氮化物。沉积此类涂层的方法已描述于以下美国专利中：美国专利第5,447,803号、第6,197,438号、第6,399,219号、第6,906,295号、第6,942,935号、第7,462,375号以及第8,201,768号；所有该等专利案的内容以引用的方式并入本文中。

现已发现，包覆型金属炊具在真空涂佈的过程中，难以恰当地实现涂层的均匀。具体来说，包覆型金属构造以铝为芯层，在芯层上部和下部以不锈钢层包覆，形成炊具制品，该炊具制品具有底部和侧壁，该等侧壁大体上笔直且环绕底部，并终止于上边沿，从而形成能够盛放流体的容器。在成形此类容器的过程中，在通过深拉成形之后，上边沿被切边成均一高度，铝芯层及其与不锈钢层黏合的界面被暴露。然而，即使该容器可由包覆型金属盘成形而无需随后的切边，在该盘的边缘处，在各个包覆金属层之间的界面仍会暴露。

尽管可以在真空腔室中使用上述薄膜涂层直接涂佈此类制品，但是所得涂层并不能均匀地覆盖或密封在经切边的边沿处暴露的铝。该边沿区域会在颜色和涂层覆盖上有所变化，因此会在该边沿上以及该容器中相邻该边沿的内侧壁和外侧壁上显现出疵点。

尽管对于此现象存在多种可能的原因，当前尚不能对此给出较理想的解释，但是，已发现，如果在宏观芯层和包层（在此实例中为铝层和不锈钢层）之间的界面不延伸至该边沿，就可以沉积出外观均匀的微观涂层。也就是说，在包覆构造中，外部宏观包层应实质上包绕内部夹层，从而将内部夹层定位在构成炊具主体的薄板的外侧包层与内侧包层之间。

根据本发明，该包覆型金属炊具制品具有一种被密封的边缘，此类边缘经密封以消除在真空涂佈期间在夹层之间跑气的可能性。或者，该包覆构造可具有由一个金属层组成的单层芯层，或者是由多个金属层组成的复合芯层，该单层芯层或是该复合芯层由包绕其的电镀覆盖层覆盖，而该电镀覆盖层又被一薄膜覆盖，该薄膜经真空沉积而形成，为坚硬耐磨的化合物。

图1A至图1C详细图示了此构造，其中炊具被图示为容器100，其能够盛放流体，具有底部烹饪表面110，底部烹饪表面110又被其所附接的大体向上延伸的环绕侧壁120所环绕，环绕侧壁120终止于上边沿130。因此，内侧底部表面110a为与食物发生接触的内侧烹饪表面，而外表面底部表面110b为热源接触表面。

图1A中的容器100具有至少一个内部夹层140，其由上部外部包层141和下部外部包层142覆盖。层140、层141、层142以及在层140与层141之间、在层140与层142之间的任何中介层，为宏观层，厚度为至少约0.25mm至0.4mm，但优选地至少为约0.5mm，其中内部夹层140，即芯层140有可能为1mm至3mm厚。

图1B和图1C所示为外部包层141或142中的至少一者围绕边沿130延伸，进而与另一外部包层相交，并覆盖了在层140与层141之间、以及在层140与层142之间的界面，如果层140包含一个以上的层，那么所覆盖的还包含层140的内部相互间界面。薄膜微观层150沉积在外部层141和142上，因此也以相似的方式围绕该等外部包层延伸。

仅仅通过将边缘折叠或翻折，并不能完全消除这些界面的存在，但是这样可以使这些缺陷看不出来，就像图2A至图2D及图3A至图3F中的备选实施例所示的那样。通过下文将要描述的不同方法，可以达成此类密封。

现已发现，通过在边沿处对包层进行部分地切边，使得在顶侧或内侧烹饪表面上的外部层可经折叠而与在容器的底侧或外侧上的外部包层相交，可以充分地消除因包覆型金属界面的暴露造成的不良效应，如图2A至图2C中所示，下文将对此作出进一步描述：

图2A中所示的边沿130’的边缘为经常规切边，已移除因成形工艺导致的高度变化之后的边缘。应了解，在下文描述的工艺中，在一些例子中，在金属变形之后发生的例行切边可与以下步骤结合进行：移除芯材料或者对边沿进行成角度的切边以促成此类移除，随后对在铛的一侧上延伸的外部金属层进行翻折及卷边，以令其与在另一侧上的外部金属层相交。也就是说，在成角度切边或是移除芯层材料之后，才能围绕整个边沿完成切边。或者，也可以围绕整个边沿同时实施这些步骤。另外，可以在这些步骤之前或之后对该边沿进行额外的形状修整，以修改在深拉中所产生的轮廓。这些额外的形状修整步骤包括但不限于，形成一个或多个锅嘴（poringspout）,间隔(blanking)的形成及切边(trimming)。

在步骤201中，已通过加工移除了内部夹层140的一部分，以备在边缘空隙210处将外部包层141和142的延伸边缘折叠，图2B中展示出如此操作的结果。在步骤202中，外部包层141和142的延伸边缘经折叠而在接缝220处相交，接缝220基本上封闭了空隙210。在步骤203中，在接缝220处的外部包层141和142被焊接在一起，形成封闭接缝230。在步骤204中，微观涂层150沉积在外部包层141、142和焊接接缝区域230上。应理解，在真空涂佈之前，会使用额外的中间步骤，如抛光、清洗和清洁。图3A至图3E及图2A至图2E所示的工艺可以卷边和/或焊接进行。

图3A至图3F所示为通过卷边工艺来避免焊接的替代密封工艺，其优选地同样包括如下操作的初始步骤：在卷边之前将一个包层紧密翻折到芯层上，以使得外部上部包层141向下部包层142靠拢，以避免在经卷边的层与芯层之间形成空隙。

图3A中所示的边沿130’的边缘为经常规切边，已移除因成形工艺导致的高度变化之后的边缘。步骤301为成角度地切削边缘以形成成角度边缘310。在步骤302中，芯层140中的一部分被移除，在边缘310中形成方形梯级312，同时还向上部分地切除了上部外部层141的边缘，在上部外部层141上形成外悬部分311。

在步骤303中，此外悬部分311在芯层140上折叠，形成由外层141组成的侧向边缘313，侧向边缘313几乎接触到下部包层142，形成了微小的下部空隙314。在步骤304中，通过将边缘313中的至少一部分进行卷边，此微小的下部空隙314被消除。在步骤305中，微观涂层150沉积在外部包层141、142和在卷边接缝区域315处的接面上。

图4A至图4G图示本发明的另一个实施例，其中，单层芯层140或复合芯层140构成铛主体，在步骤401中通过电镀而在其上涂佈了一个或多个与其形状一致的包绕层，如此形成包绕层143，进而密封了芯层140的任何可能的接口和该芯层与其他层之间的任何可能的界面。在步骤402中，微观涂层150沉积在外部包层143上。

可通过电镀或无电涂佈来涂覆包绕层143，而包绕层143可由铬、镍及其合金或该类物质的类似物组成，并且视涂层厚度而定，在尺寸上可将包绕层143看成是微观层，或者是宏观层。具体来说，在真空中通过物理或化学气相沉积来沉积薄膜涂层之前，可将掺有硼和磷的镍以非电镀的方式涂覆在由单层芯层或复合芯层组成的炊具制品上。在将前述化合物和碳沉积为薄膜之前，对于在较柔软的金属（例如铜或铝，包括其合金）上沉积相对重的金属而言，此类电镀沉积或无电沉积可尤其具有吸引力。

尽管已结合优选实施例描述了本发明，但并不希望将本发明的范围限于所陈述的特定形式，相反，希望涵盖可能在如由所附权利要求书所界定的本发明的精神和范围内的此类替代、修改以及等效物。

Claims (13)

1.一种用于成形炊具制品的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供包覆型金属层合物，所述包覆型金属层合物具有至少一个金属芯层，上部金属层和下部金属层，所述上部金属层黏合并覆盖所述至少一个金属芯层的第一外表面，所述下部金属层黏合并覆盖所述至少一个金属芯层的与所述第一外表面相反的第二外表面；

对所述包覆型金属层合物进行拉制以成形能够盛放流体的容器，所述容器具有由所附接的环绕壁所环绕的底部表面，所述环绕壁笔直；

对所述笔直的环绕壁中的上部部分的至少一部分进行成角度切边以形成所述容器的带成角度边缘的边沿，其中所述切边步骤开始暴露所述包覆型金属层合物中的各个层；

在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面；

在所述边沿的至少一个宏观覆盖层上气相沉积一个或多个薄膜层。

2.根据权利要求1所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的所述步骤进一步包括紧密翻折和卷边的步骤。

3.根据权利要求1所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的所述步骤进一步包括在所述边沿上电镀一个额外金属层。

4.根据权利要求1所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的所述步骤进一步包括将所述上部金属层焊合到所述下部金属层。

5.根据权利要求2所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，紧密翻折和卷边的所述步骤包括：

在切边后的所述边沿处移除所述至少一个金属芯层中的一部分以形成所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分；

将所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分折叠以使其接触到另一金属层；

对所述上部金属层和所述下部金属层进行卷边以将两者彼此密封。

6.根据权利要求5所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，进一步包括：在切边后的所述边沿处移除所述至少一个金属芯层中的一部分以形成所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分的所述步骤之前，对所述边沿进行成角度切边的步骤。

7.根据权利要求4所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的所述步骤进一步包括：

在切边后的所述边沿处移除所述至少一个金属芯层中的一部分以形成所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分；

将所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的所述外悬部分折叠以使其接触到另一金属层，接着将所述上部金属层和所述下部金属层的相邻部分焊接以将两者彼此密封。

8.一种成形炊具制品的方法，其特征在于，所述方法包括：

提供包覆型金属层合物，所述包覆型金属层合物具有至少一个金属芯层，上部金属层和下部金属层，所述上部金属层黏合并覆盖所述至少一个金属芯层的第一外表面，所述下部金属层黏合并覆盖所述至少一个金属芯层的与所述第一外表面相反的第二外表面；

对所述包覆型金属层合物进行拉制以成形能够盛放流体的容器，所述容器具有由所附接的环绕壁所环绕的底部表面，所述环绕壁笔直；

对所述笔直的环绕壁中的上部部分的至少一部分进行成角度切边以形成所述容器的带成角度边缘的边沿，其中所述切边步骤开始暴露所述包覆型金属层合物中的各个层；

在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的步骤；

在所述边沿的至少一个宏观覆盖层上气相沉积一个或多个薄膜层。

9.根据权利要求8所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的所述步骤选自金属电镀、焊接以及卷边。

10.根据权利要求8所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处密封在所述包覆型金属层合物中的各金属层之间的暴露界面的所述步骤进一步包括：

在切边后的所述边沿处移除所述至少一个金属芯层中的一部分以形成所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分；

将所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分折叠以使其接触到另一金属层，接着将所述上部金属层和所述下部金属层的相邻部分附接以将两者彼此密封。

11.根据权利要求10所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，将所述上部金属层和所述下部金属层的相邻部分附接以将两者彼此密封的所述步骤选自焊接和卷边。

12.根据权利要求10所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，在切边后的所述边沿处移除所述至少一个金属芯层中的一部分以形成所述上部金属层和所述下部金属层中的至少一者的外悬部分的所述步骤包括成角度切边。

13.根据权利要求8所述的成形炊具制品的方法，其特征在于，至少一个金属芯层包括铝及铝合金，并且所述上部金属层和所述下部金属层为不锈钢。