CN1068722A - 有组合节能结构的多功能金属烧具及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的有节能结构的金属烧具，包括了各 种金属锅、壶、釜等。在它们的结构中设有吸热、传 热、扰流与隔热等组合结构。同时，为制造这种在热 交换部有导热金属结构的烧具体，还公开了依次向铸 模浇入覆底层金属液和烧具体基体金属液而使两者 连接、或在钣料烧具基体的热交换部预烧过渡层后再 浇注覆底层金属液而连接等三种加工方法。该类烧 具的节能率达70％，寿命可延长三至五倍，并有保健 功能，可用于家庭及各部门的烹调等加热作业。

Description

本发明涉及一种有节能结构的金属烧具及其制造方法，特别是有组合节能结构的多功能金属烧具及其制造方法。它包括各种金属锅、壶、釜等烧具及其制造方法。

目前普遍使用的金属烧具有一金属烧具体和一烧具盖。其中加热和烹调用金属锅的锅体一般由一圆弧面或平面的锅底，一筒形或锥筒形的侧壁等部分构成，制造时，是将前两部分一次加工成一壁厚比较均匀的整体。已有加热金属壶与锅的主要区别就在于侧壁的顶部开口呈收敛形，而其它金属烧具的主要结构亦与二者类同。

烧具底及邻近的侧壁部分是烧具的热交换部，其外表面为吸热面，其内表面为释热面，由于已有烧具的结构过于简单，其吸热面的面积小，当用于燃烧热源加热时，其吸热面与热气流的热交换不能充分进行;侧壁的其余部分和烧具盖是烧具的耗能部，其外表面是烧具的耗能面，在加热中该面会不断地向外界散热，尤其是烧具基体件的材料为铜或铝等导热性能好的材料时，其热损耗更严重。

制造金属烧具的已用材料有铸铁、铸铜、铸铝以及钢板、铜板、铝板和不锈钢板等。当用铸造材料生产时，其烧具是用重力铸造或压力铸造一次浇注成为整体件，因此制造容易、成本低;当用板料生产时，除某些大尺寸的烧具须用焊接加工外，一般都以冲压或拉伸或旋压等现有技术先成形出烧具体的整体件后，再用焊接或铆接等方法连接支脚、手柄或提手等附属结构。这类烧具的特点是表面光洁、重量轻、使用方便，但因其吸热面过于光滑，当将其用于燃气加热时，不仅会加剧在该面产生强烈的附面层气流而对对流传热造成阻碍，同时也会由于有高的热反射作用，而降低了该面吸收辐射热的能力，尤其是后者在辐射能加热时更为严重。还有，这种烧具一般底部又都过薄，这不仅不利于均匀传热，还会因为局部过热而烧毁烧具底部和烧焦被加热的物品。另外，已有的铸铁和钢板烧具还有容易生锈与脱层问题，而其它金属烧具的已用材料中又往往含有铝、铬、镍、铅、镉等对人体有害的元素。

市场上已有一种在板料烧具底部镶接有铝覆底层的不锈钢压力锅，由于其底部导热率和壁厚增大，使传热效率提高，并能保证释热面受热均匀，因而减少了烧毁锅底和烧焦被加热物的事故。但这种锅的吸热面的面积仍然小，尤其是耗能面热损失仍然严重，故节能效果不明显。

已有烧具结合覆底层的方法是：先在其吸热面用焊接连接许多与基体材料同质的小螺桩或一层金属薄网作增强连接物，然后对该待结合面进行清洗、烘干和予热，接着再将该基体件放入已予热的铸模，在合模后立即浇注覆底层的金属液，并用冲头对该金属液加压至合模，直到覆底层凝固后卸压出模，最后再对该层进行清理和必要的加工。该方法与传统的堆焊比较，省时、节能，且覆底层内金属组织致密。但是在连接所述增强物时，易使烧具体变形，同时，该覆底层与基体件的连接是依靠热扩散作用，当覆底层为铝合金时，由于铝的熔点远低于钢或不锈钢，加上它们的表面又易生成氧化膜而对热扩散过程造成阻碍，实际上铝液内的元素向基体件内的扩散量和深度都很小，该两层金属组织间的成分过渡剧烈，使层间热膨胀率相差悬殊，这样，在使用中会由于冷热交变负荷的作用而在结合界面产生强烈的应力集中区，并会由此导致晶间腐蚀和疲劳断裂，以致最终造成局部分层脱落而失去其应用作用。另外，因铸铁的焊接性能和与铝的互溶性能差，故该方法也无法实现在铸铁烧具基体上镶接铝覆底层。

本发明的主要任务是开发一种既有节能效果十分明显，使用寿命长，又有已有烧具使用方便，底部受热均匀的金属烧具和用于制造这种烧具体的简便、有效与可靠的技术。

本发明的结构解决办法是：用导热金属或导热性能一般的金属制造烧具体或其基体件，用导热性能一般或差的材料制造烧具的盖或其基体件。当用导热金属材料制造烧具体的基体件时，则须在其耗能部内外表面的部分或全部牢固地结合一层耐热、耐磨、耐蚀，且有良好的隔热、抗压和抗热震性能的无机或有机材料的均匀隔热层，或在该部耗能面设置一隔热夹层，或有二者的组合结构，以此减少从该部位所造成的热散失;同时，为了保证其释热面受热均匀，须对其底或热交换部的壁进行加厚，这样可以减少或防止发生烧毁烧具底和烧焦被加热物品;当用导热性能一般的金属材料制造烧具体或烧具的全部基体件时，则只在其中、高档烧具的热交换部保留已述导热金属的覆底层，且其整个耗能部的内外表面的部分或全部可以是裸露的，也可以结合或设置已述的隔热层或隔热夹层，或有二者的组合结构;当用导热性能差的材料制造烧具盖时，则只须直接加厚其壁，这样既可以减少从该部位而散失的热，又可以简化盖的结构和降低生产成本。另外，为了进一步提高烧具的综合性能，还可以在烧具的各表面，相应地设置以下结构之一或任意组合：

a、一组均匀排列于吸热面，且与其基体分别牢固地连接成一体的直线形或曲线形的条状或齿状的导流吸热片，以此可以扩大吸热面积，因而能强化烧具热交换部对加热高温气体中热的吸收能力，同时，该吸热片的材料与该部吸热面的表层材料同质，以便简化烧具体的结构和制造工艺;

b、许多均布于吸热面与其附设结构表面，且与其基体分别牢固地连成一体的弧面形、或圆柱形、或圆锥形、或棱锥形的扰流小凸台，或有若干均布于吸热面的直线形或曲线形的凸纹或凹纹扰流结构，或在该面有这些扰流结构的组合，且它们的材料亦与该部吸热面表层材料同质，在加热时，由于这些扰流结构可以在该面的近层高温气流中产生无数的小涡流以阻止或减少附面层气流形成，因而能改进处在该面近层的附面层加热气流的对流传热机理;

c、在烧具体基体件的吸热面，或在该面的附设结构的表面，为有均匀微观凸凹结构的粗糙面，以此可减小该面对热源中的辐射热能的反射作用，或在所述的面牢固地结合有耐热、耐蚀、耐磨和抗热震性能优良并有较好导热性能的黑体或灰体膜，以此可以进一步提高所述面对辐射热的吸收能力。

本发明结构的另一解决办法是：把所述烧具体或其基体件制成由热交换部与耗能部两个分件结合而成的致密整体结构，其中前者连同其吸热面附设的导流吸热片、扰流小凸台，及凸纹或凹纹扰流结构用导热金属材料制造，而后者则用导热性能一般或差的材料制造，这样既可以简化烧具体的结构和制造工序，又可以使其结构更趋于合理，进而能进一步地提高该烧具的综合性能并降低成本。

对本发明的烧具结构进一步改进是：通过热加工工艺把烧具体基体件的部分或全部表层，尤其是把其裸露表面的表层制成有耐磨、耐蚀且有隔离效果的硬化层或合金强化层，或在烧具基体件除吸热面及其附设结构以外的部分或全部表面，牢固地结合一层耐热、耐磨、耐蚀且抗热震性能优良的致密金属的，或非金属或复合材料的隔热保护膜或膜层，其中，结合在释热面的膜应有较好的导热性能，以此保护烧具的基体，改善其外观质量，并提高其使用性能和寿命。

为了进一步减少耗能部的热损失，还可以把烧具的耗能面的裸露部分抛光成光亮的镜面，或在该表面、或在隔热层的表面、或在隔热夹层间的构件表面牢固地结合一层金属的光亮膜，以此用作反射与回收辐射热的结构。

本发明所述导热金属为铝或铝合金，或铜或铜合金等导热性能优良的金属材料;所述导热性能一般的金属材料为铸铁、钢、不锈钢、钛或钛合金、或为它们的复合材料以及其它有类似性能的金属材料;所述导热性能差的材料为耐热、耐磨、耐蚀且强度高、抗热震性能好的玻璃或陶瓷、或为它们的复合材料或其它有类似性能的已有无机或有机材料;所述隔热层为已有的微晶瓷釉层，或耐热抗氧化瓷釉层，或钛白卫生瓷釉层等已有搪瓷层，或为硅、硼、钾、镁、铝、钛、锆、锰和稀土等元素的部分氧化物、或氮化物或硼化物为主料的混合物，通过等离子体，或电子束、或激光、或高温工业窑炉等已有热源烧结的耐热、耐磨和耐蚀的玻璃层或陶瓷层，或为磷酸盐耐热无机粘结剂胶接的有上述材料作主要填料的涂层等;所述隔热夹层为耗能面与套装或结合于该面外的金属、或非金属或复合材料的薄壁件或薄层，以及填充或结合于该夹层中的耐热隔热材料层所组成的结构，其中隔热材料层由珍珠岩颗粒、空心玻璃微珠、玻璃纤维、硅酸铝纤维、泡沫玻璃或多孔陶瓷等轻质耐热材料构成;所述覆底层的厚度是从吸热面中心区向其边沿逐渐减薄的;所述导流吸热片有近似梯形的断面，且以辐射线或渐开线方向，或按加热气流的其它流向从吸热面中心区向其边沿伸展，以便保证加热气流能顺利的流通;所述扰流小凸台在吸热面是按交错位置分布的，而所述凸纹或凹纹扰流结构在吸热面的分布方向则与其加热气流的流向成交叉状态，这样就可以提高该类结构产生小涡流的几率;所述粗糙面，是由吹砂、或为化学或电化腐蚀方法所获得的面;所述黑体或灰体膜，为电镀、或硬质阳极化、或化学氧化或钝化所制得的黑色或灰色膜，或为已述高温热源烧结或喷涂的含有钨、锆、镍、铜、铝、镁、锰、铬、硅及稀土等元素的氧化物、或氮化物、或炭化物或硫化物为主料的部分耐热、耐蚀且有抗氧化和抗热震性能的黑色或灰色陶瓷或金属陶瓷薄层，或为已有的有上述性能的黑色或灰色的瓷釉薄层;所述硬化层为高频感应、或冲击电流、或电子束、或激光、或等离子体等已有冲击能热源对烧具体基体的已述表面，进行急速加热与冷却而获得的微晶组织表层或无序玻璃态表层;所述合金强化层，是通过渗氮、或渗钛、或渗铝、或渗铬或渗硼等扩散热处理，或用离子注入，或用已述的冲击能热源对该基体表层，连同涂于该表面的耐热、耐磨、耐蚀的合金粉末进行微区域熔化与冷却所获得的合金元素扩散强化的微晶组织薄层或无序金属玻璃态薄层;所述金属隔离保护膜，为钼、或钛、或钽或它们各自的合金电镀或真空淀积镀膜;所述非金属的隔离保护膜或薄层为硬质阳极化、或其它阳极化、或化学氧化与钝化的膜，或为已述高温技术或真空淀积技术所结合的含有钨、硼、锆、铜、镁、硅、钛、锰和稀土等元素的部分无毒、耐热、耐磨、耐蚀氧化物、或炭化物、或氮化物的薄层;所述复合材料隔离保护薄层为钼或钛等金属材料和已述元素的部分氧化物、或炭化物或氮化物的混合料烧结的金属陶瓷薄层;所述镜面，为铝、铬、镍或钛等耐热、耐磨、耐蚀的金属，用电镀或化学涂镀或真空淀积而结合的光亮镀膜，或为对其基体进行机械抛光、或化学或电化抛光所获得的光亮表面。

本发明的另一个任务是使已述的有组合节能结构的多功能金属烧具具有保健功能，以便为烹调、食品和饮料加工等与人类健康有直接关连的加热作业提供一种理想的安全金属烧具。

其解决办法是采用无铅、镉、铬、镍、铝、砷、汞、锑、钴、铍等已知对人体健康有害物质的材料制造烧具基体及其内壁的表层结构，尤其是隔离膜或薄层，或是在这些材料中加入已知对人体有益的钾、锂、镁、钙、铁、磷、钛、锆、钽、钼、锰、硼、锗及稀土等微量元素，且其总量不大于30%。但是由于地区、人种、民族和个人的体质不同，对这些元素的需求种类和数量均有差异，因此在实施中应酌情对其配比进行调节。

为生产出上述在热交换部有导热金属结构的金属烧具体，本发明还提出了以下三种制造方法：

一、当烧具体基体件材料为铸造金属时：先用适量低熔点的覆底层金属液浇入凹铸模的对应于烧具热交换部的型腔内，让其冷却至凝固点左右的半液态后，便迅速地去掉多余的半凝固态金属，接着再平稳地浇入高熔点的形成烧具体基体件的金属液，并随即迅速地通过凸铸模对后者加压至合模成型，直到全部金属液凝固后卸压出模。为了改善这两种材料结合面的连接性能，应当在浇入后种金属液之前，先向半液态的覆底层待结合面，均匀地撒一薄层形成过渡层材料的粉末（其配比见表一），此时，由于后浇入的高熔点金属

表一：铸铁烧具体上镶接覆底层用过渡层的用料

元素名称	镍	稀土	硅	钛	锰	锆	硼	镁	铝	铜	覆底层材料
												配料比（重量％）	25	2.5	2.5	1.5	3.5		2		4	余量	铜或铜合金
3.5	1.5	10	6.5	10	3.5	2	15	5(锌）	余量	铝或铝合金

液温度远远高于覆底层金属和过渡层金属的熔点，所以它们很快地被

熔化，并互相进行热扩散与溶合，加上压力的作用，则可保证实现紧密而可靠的连接。采用本方法生产有覆底层的烧具时，既不增加设备和工具，也不消耗额外的能量和材料，而且操作简单易行，因此既经济又可靠。

二、当烧具体基体件为金属板件时，先在已制成的烧具体基体件的热交换部外表面进行粗糙化处理，接着用已述高温技术进行热

表二：钣料烧具基体上镶覆底层用过渡层的材料

元素名称

铜

稀土

镍

硅

钛

锰

硼

锆

铝

覆底层

配料比（重量％）

66

2.5

20

4.5

7.5

4.5

酌情加入

铜或铜合金

余量

2.5

20

磷3

2.5

16

镁3

4

锌18

铝或铝合金

喷涂，或在真空或有保护气氛的加热炉中予烧结一层均匀多孔的金属过渡层（成分见表二），然后清理和予热该待结合面，在予热温度接近该过渡层的熔点时将其迅速地套在铸模的型芯上，待合上左右半型铸模后再浇入覆底层金属液，同时，用有覆底层型腔面的冲头对金属液加压至闭合成型，并使该金属渗入过渡层的孔隙中，直到凝固后出模。

为了在过渡层中制出有互相贯通且均匀分布的微孔，应当把表二所列的组元分成A、B两组：其中A组为粘结剂，其粉末粒度不大于0.1毫米，主要组元为低熔点的铝、锌、磷、镁、铜及稀土，并兼有少量的其它表列合金元素，且该组的总用量不大于30%;B组为0.4至0.8毫米的颗粒，其主要组元为高熔点的镍、锰、钛及基本金属铜，用此形成过渡层的骨架组织，然后把A、B两组掺混均匀，并用急速加热的方法使B组只小部分的熔化，而A组则完全熔化，并粘附在B组的颗粒与颗粒和该颗粒与烧具热交换部的基体表面间。

按照本方法，虽然要增加烧结过渡层和予热工序，但与已有技术比，其操作容易、省时，其覆底层内有三维溶接区，因而无分层的危险，其结合强度高，热阻小，而且容易实现机械化和自动化。

三、当烧具体的热交换部与侧壁耗能部分开制造时，先用铸、或锻或挤压等已有技术生产出烧具体的热交换部，用拉伸或旋压等已有技术制出其耗能部，然后再用焊接、或热压粘合或加压超声粘合等已有技术把该两部分连接成致密的整体件。该方法的特点是：可以根据烧具的结构、用途和档次对烧具体各部位的用料和加工技术进行适当组合（详见表三），实施的灵活性大，可把本来难加工或

表三：烧具底与其侧壁分开制造时用料及搭配方案

加工周期长的产品变得容易制造，其加工周期可缩短，并易于实现机械化与自动化，同时，其产品结构的可靠性和使用效果也将提高。

实施本发明时，可以开发出多种类别、多种结构、多个规格、多个档次和用途的高效节能与多功能的系列金属烧具产品，它们既可用于家庭和单位的烹调，也可在服务行业及食品、医药、医疗、化工、染织、养殖和农牧业等部门的食品及其它物料加热、熔化、烘烤和消毒等作业中使用。

附图1至附图3描述了有隔热层等组合节能结构的长柄保健铸铁锅的结构实施例。

图1，本例铸铁锅的结构示意图。

图2、该锅A-A处的剖面图。

图3、该锅B-B处的剖面图。

锅体[1]的基体件[1b]用HT15-33以上标号的灰铸铁或球墨铸铁，或其它无已述有害元素的特种铸铁制造，覆底层[2]用硅青铜或铬青铜制造，以提高热交换部的吸热与传热性能，并避免局部过热。在右侧壁有一镶铸于柄座[1a]内的炭钢冲压的长柄骨[3]，左侧壁可有一与锅体基体件一同铸出的耳柄[4]，以利锅体搬动方便。锅盖[5]用A3薄钢钣冲压成形后再进行双面搪瓷，同时在其顶部设有公知的盖柄[6]，在长柄骨[3]外套有耐热的热固性塑料柄套[7]。为了进一步提高吸热能力，在覆底层[2]的吸热面的0区内，用吹砂法制有均匀的微观凹凸结构[8]，或结合有致密的电镀黑镍膜，或用83%炭化铬-15%镍-2%炭化钨的粉料为主料进行热喷涂或烧结而成的黑色陶瓷或金属陶瓷层[9]，同时，其侧壁的内外表面涂搪有耐热微晶瓷釉层（益丰搪瓷厂配方），以此可减少锅在加热时的热损失。其中外表面的瓷釉层[10]为着色或彩绘的，内表面的釉层[11]为无有害元素的，若在内层瓷釉[11]面着色或彩绘，则不得使用含有铅、镉、汞、锑之类的有毒颜料。在柄骨[3]与套[7]之间填充有耐热的磷酸盐粘结剂[13]。为了改进外观质量，在涂层前，应对锅体除吸热面外的表面进行机械打磨，使其成为光滑面，然后再对其全部表面进行渗氮或渗钛，或在其全部裸露面用等离子体喷涂一薄层以炭化硅及氮化硅为主料的陶瓷或金属陶瓷薄膜[12]。

为了使该锅具有保健功能，可在锅体内表面的表层材料、或在其所述结合层或薄层中加入钾、钙、镁、磷及稀土等已知对人体有益的微量元素。对于高档产品，还应在锅体和锅盖的全部表面罩一薄层透明瓷釉（贵阳搪瓷厂配方），以便进一步改进其外观质量，并便于清洗。

本实施例的烧具结构简单、容易制造、样式新颖、清洗方便，尤其是结合在释热面的非金属膜[12]，还有红外线发射功能，故其热效率可提高50%以上，使用寿命可延长3-5倍，最适宜用于以辐射能为主的热源，特别是适于用作与电磁灶配套的烧具。

附图4至附图6描述了有隔热夹层、导流吸热片等组合节能结构的双柄保健铸铁锅的结构实施例。

图4，该例的结构示意图。

图5，该例A-A处的剖面图。

图6，该例B-B处的剖面图。

锅体[1]的侧壁设有与基体件[1b]铸成整体的手柄或由螺钉连接的塑料手柄[4]，盖柄[6]通过空芯铆钉[19]固定于夹层锅盖[5]的中部。锅体基体件的壁厚由锅底向侧壁逐渐减薄，同时在耗能面涂搪有瓷釉层[10]。

本实施例与上例的主要区别在于该覆底层[2]的吸热面均匀地设有一组导流吸热片[14]、扰流小凸台[15]，并在导流吸热片[14]的垂直面也设有直线形的凸纹扰流结构[15a]，这些结构和覆底层[2]都用ZL102铝合金制造，并与基体[1b]联为整体。其中导流吸热片为直线形，并以辐射方向由吸热面的中心区向边沿伸展。三个支脚[20]为导流吸热片[14]的加长部，并按120度的间隔均布，以此可以保护导流吸热片[14]和保证锅体的稳定性。为了提高吸热面的吸热能力，应对覆底层[2]、导流吸热片[14]、小凸台[15]和凸纹扰流结构[15a]的表面进行粗糙化处理，使其形成有均匀的微观凹凸结构[8]，或在该处理后的干净面上再结合一层电镀黑镍膜[9];为了改善释热面的导热性能和加强耐蚀、耐热性能，在该面用电镀或真空淀积等技术结合一层致密的钛或其合金的保护膜[21];另外，锅盖[5]为涂搪钛白或微晶瓷釉[11]的底盖[16]和涂搪着色瓷釉[10]的面盖[17]，以及填充于该夹层中的空心玻璃微珠或珍珠岩颗粒[18]构成，装配时，由底盖[16]的周边卷曲部咬紧面盖[17]的周边，并保证其密封性能。

该实施例的主要特点是吸热面积大，吸热和传热效率高，加上侧壁尤其是锅盖保温性能好，因此热能利用率可以高达55%以上，最适合与燃气加热的炉灶配套使用。

本实施例的一种改进型是在侧壁的耗能面不设釉层[10]和手柄[4]，以便满足开发成中、大型尺寸的金属锅并固定地安设在炉灶上使用的要求。

附图7至附图8是生产上述二个实施例中的铸造金属烧具体基体件[1b]及镶接其覆底层[2]的方法实施例。

图7，该方法实施例中用于生产锅体的铸模结构简图。

图示金属凹模[51]可通过螺孔[52]固定在专用油压机的下工作台上，其型腔的底部设有树脂型砂镶块[53]，以此形成烧具覆底层[2]或覆底层与其附设结构的型面[54]，[55]为排气孔，[56]为清理和顶出砂质镶块的中心孔。凸模[57]由多枚螺钉[58]与上安装板[59]连接，该板可直接通过螺钉孔[60]固定于专用油压机的上工作台，也可间接通过与它牢固连接的燕尾块[61]固定于其它有类似功能的压力机的上部安装部。浇注前，该凸模处于开启位置[62]（双点划所示，箭头表示模块的运动方向）。

生产时，首先向凹模底部浇入适量的覆底层金属液，待冷却到半液态温度时，用专用工具把多余的金属液清除干净，然后在该待结合面均匀地撒一层适量的过渡层金属粉末（详见表一），紧接着再平稳地向凹模内浇入铁水并迅速地启动油压机，使凸模向铁水施压直至合模，待铸件完全凝固后方可卸压出模，最后转入已述的必要后续加工工序。图示染色部分为铸坯，其虚线以上部分[63]为该烧具的基体部分，[64]为贮存多余铁水的集渣包。

附图8，生产该类铸造金属烧具的前段工艺流程的主要工序说明图。其中方框上括号内的数字表示主工序的顺序号，方框外的其余文字和数字为其工序的工艺参数，而虚线方框则表示该工序是可供选择的非必须工序。

附图9至附图13描述了一种有综合吸热结构和隔热夹层的桶型板料锅体的多功能金属锅的结构及其烧具体的制造方法实施例。

图9，该例的结构半剖视图。

图10，该实施例热交换部的剖面放大图。

图11，该例吸热面的仰视图。

锅体[1]的基体件[1b]用冷压薄钢钣经拉伸制成筒形件，在其热交换部外表面镶接有铝合金的覆底层[2]及连接于覆底层[2]的同质导流吸热片[14]、扰流结构[15a]和[15b]，其中导流吸热片[14]的三个加长部[20]为支脚，且按120度均布于吸热面。塑料手柄[4]由螺钉[22]固定于锅体的侧壁，而有夹层结构的锅盖[5]与实施例二相同。在释热面的基体[1b]上有通过电镀或真空淀积结合的钛合金的保护膜[23]，在吸热面的粗糙面上结合有热喷涂的炭化硅与氮化硅为主料，且加有稀土氧化物的烧结黑色陶瓷或其金属陶瓷薄层[9]。导流吸热片[14]和凸纹扰流结构[15b]均为曲线形，并以近似渐开线方向由d径向0径伸展。其中扰流结构[15a]、[15b]与加热气流的流向垂直。

该例与前两例的主要区别在于：侧壁是由其耗能部基体件[1b]与套装于外面的冷轧薄钢板冲压搪瓷件[24]及填充于其夹层中的玻璃棉毡、或硅酸铝纤维、或陶瓷纤维等隔热填充料[25]组成。装配时，搪瓷件[24]的上端由[1b]的卷边[1d]咬紧，其下端制成向内卷曲并卡入[1b]的环形凹槽[1c]内。同时在锅体内设有网孔上隔板[26]，并由筒形网孔下隔板[27]支撑。为了防腐、装璜和隔热，在[1b]和锅盖的内表面搪有钛白卫生瓷釉，在搪瓷件[24]和锅盖的外表面允许涂搪耐蚀、耐磨的普通着色瓷釉层。另外，当隔热层[25]有足够的厚度时，该表面也可喷涂硅基漆或氟塑涂层，若隔板用钢钣制造时，则其表面也须涂钛白卫生瓷釉进行保护。

由于该锅的导流吸热片[14]为弯曲状，则加长了加热气流在吸热面的流程和与其接触时间，因而能使二者间的热交换进行得更加充分，加上隔热夹层的高保温性能，使该锅的节能率可达66%以上。

图12，在该类金属烧具基体上镶接覆底层的铸模结构简图。

左、右半模[51a]、[51b]分别由螺钉[65]固定在左右滑板[66]和[67]上，而滑板[66]、[67]分别安装在底座[68]的燕尾槽内，它们的开合可分别由人工或电机通过两付齿轮齿条机构[69]驱动。在底座中部还设有钢制型芯[70]，并用螺钉[71]固定于底座[68]的中心座内。冲头[72]的底面内制有形成烧具体吸热面及其附设结构的型腔[54]，且在其中部的孔内装有由弹簧[73]支撑的活塞[74]，冲头与上安装板[59]由数枚螺钉[58]连接，并可通过螺孔[60]固定到专用油压机的上工作台上，各活动部件的运动如箭头所示。

浇注前，先开动油压机，把冲头提升到一定高度（如图所示），然后打开左右半模，对模具的型腔进行预热和喷涂涂料;同时，对该锅体基体件[1b]也进行预热，并用热喷涂或高温烧结工艺在热交换部外壁均匀而牢固地结合一层1-2毫米与基体材料全面连接的过渡层金属[75]（其成分见表二），待过渡层凝固后，把表面清理干净，然后将其套装于型芯后合模，并随即浇入适量的铝合金溶液[76]，接着，马上启动油压机把冲头闭合（至到双点划线所示位置），并使模内熔液保持不小于60公斤，力/平方厘米的压力，直到完全凝固后出模。在该过程中，由于金属溶液内压的作用，其多余的铝液便进入由活塞被迫退让出来的孔腔内，而成为有补缩作用的加压暗冒口，因此，该模能有效地保证覆底层及其附设结构的组织致密。同时由于压力作用，覆底层的金属液能大量地渗入过渡层的孔隙内，而形成较大的三维溶合与连接区。

图13，该方法实施例中前段工艺流程的主要工序说明图。

由于本实施例中的釉层烧成温度较高，因此，只能在涂搪瓷釉之后方可镶接铝覆底层[2]，同时，过渡层[75]的材料与钢基体和铝覆底层均有较好的溶接性能，其连接强度高，并能缓冲两者间因热胀冷缩的差异而引起的应力差，因此能明显地改善其连接性能，特别是能防止分层和降低热阻。

附图14至17描述了一种有综合吸热结构和隔热结构的金属壶的结构与加工方法实施例。

图14，该例的结构图。

图15，该例的吸热面的仰视图。

图16，壶底热交换部与侧壁耗能部连接处剖面的局部放大图。

该例壶体[1]由其分件耗能部[1b]、热交换部[1e]以及连接于侧壁的壶咀[1f]通过已有工艺结合成一体，在吸热面设有一组导流吸热片[14]，并在该片的垂直表面均匀地设有直线形凸纹扰流结构[15a]，壶盖[5]可为金属的双面搪瓷件，也可为高强耐热纤维增强的且双面涂镀金属膜的热固性硅有机塑料件，或脂环族环氧增强塑料件，或为微晶耐热玻璃或陶瓷制品;提手[28]及其护套[29]，提手耳座[30]及其固定螺丝[31]和用于提手[28]与耳座[30]铰接的带肩螺钉[32]均为公知构件。若欲在水开时能报警，可在其盖上增设一蜂鸣器[34]。其中导流吸热片[14]为一组有梯形断面的直线形的条状片，它们按辐射方向均匀地排列于吸热面且由d径向0径伸展，而扰流小凸台[15]，则是均匀交错地分布于该面的全区内;热交换部[1e]与其附设结构[14]、[15]、和[15a]，均由硅青铜或锰青铜用压铸或冷挤压制成一体，然后用钎焊或压力超声连接方法将其与已成形的钢钣耗能部[1b]连接成无缝隙的整体，由于焊缝[33]处最容易腐蚀，故在涂搪内层卫生瓷釉[11]和外层瓷釉[10]时，应将其一同覆盖保护。

为了保护热交换部，应对其释热面进行钝化处理，或用已述方法进行硬化或合金强化处理。而吸热面应在粗糙面化处理后再结合一层电镀黑镍膜或其它类似的致密保护膜[9];若欲使该膜具有催化功能，可在该膜的材料中掺入已有的长效催化剂，如铁氧体和高硅沸石催化剂等，这样就可以减少排气污染。同时，若要将其开发成保健型壶，则可在内层卫生瓷釉[11]和热交换部[1e]的材料中掺入稀土及已述的其它对人体有益的微量元素。

为了进一步提高该烧具的节能效果，也可把所述的隔热层改用下述的隔热夹层结构。

图17，一种在隔热夹层中结合有多孔填充层的耗能部断面图。

其中[11]为微晶瓷釉层;在耗能面结合一层底釉[34]之后，再烧结一层隔热的泡沫玻璃或多孔陶瓷层[35]，最后再用着色面釉[36]保护和装饰。其中多孔陶瓷可用瑾青石、氧化铝或它们的混合物做主料，通过已有的烧成工艺制成。对于某些中高档产品，需要进一步地提高外层隔热夹层的强度及装饰效果时，亦可在面釉上再涂搪一层透明瓷釉或涂镀一层耐蚀、耐磨并有较高强度和塑性的镍、铬、钛等金属膜，其中，所述光滑的金属膜还具有反射与回收辐射热的功能。

本例烧具的特点是：烧具体采用了分体结构，因此既制造容易，又能灵活地根据各功能部位进行选料，进而能保证烧具有最高的热效率。但这种烧具的优势只有用于燃气等高温气体加热时才能充分发挥出来，若欲与电磁灶配套时，则应把该壶底改成平底结构，并用铁磁材料制造其基体，例如用整块钢钣制造壶体基体件[1b]和[1e]，这样就能保证有最高的涡流热效应。与已有产品比较该类壶的节能率可达70%以上。

Claims (10)

1、一种有节能结构的金属烧具，特别是有组合节能结构的多功能金属烧具，有一金属烧具体和一烧具盖，烧具体除有一弧面形或平面形的底外，一般还有一近似筒形、或锥筒形或收敛形的侧壁等部分，制造时一般将前两部分一次加工成一壁厚比较均匀的整体，烧具盖为一平面形或弧面形的薄壁件，其外径与烧具体开口处的配合部尺寸一致，烧具底与邻近的侧壁为热交换部，其外表面为吸热面，内表面为释热面，侧壁的其余部分和烧具盖为烧具的耗能部，该部的外表面为耗能面，本发明中，在烧具基体件的各表面相应地设有以下任意两种以上的结构的组合：

a、在热交换部的外表面，有牢固地与该部基体连为一体的导热金属覆底层[2]，

b、在耗能部内外表面的部分或全部，有与该面基体牢固地结合的非金属材料隔热层[10]或[11]，或有它们的组合，

c、在耗能面的部分或全部表面，有与该面紧密连接或结合的隔热夹层，

d、一组均匀分布于吸热面且与其基体连为一体的直线形或曲线形的条状或齿状的导流吸热片[14]，

e、许多均布于吸热面，或该面与其附设结构表面且与其基体分别连为一体的弧面形、或圆柱形、或圆锥形、或棱锥形的扰流小凸台[15]，

f、若干均布于吸热面的直线形或曲线形且与该面的表层材料混然为一体的凸纹或凹纹扰流结构，

g、在烧具体的吸热面或在该面与其附设结构的表面，为有均匀微观凹凸结构的粗糙面[8]，

h、在吸热面或在该面与其附设结构的表面，牢固地结合有黑体或灰体膜[9]。

2、按照权利要求1所述的有节能结构的金属烧具，其特征是：所述烧具体[1]的基体件为烧具热交换部[1e]与其耗能部[1b]二个分件结合而成的致密整体结构，其中分件[1e]连同其吸热面附设的导流吸热片[14]、扰流小凸台[15]或其凸纹或凹纹扰流结构，均用铝或铝合金、或铜或铜合金等导热金属制造，而分件[1b]用铸铁、或钢、或不锈钢、或钛或钛合金等导热性能一般的金属材料，或用耐磨、耐蚀且抗热震性能好、强度高的玻璃、或陶瓷或它们的复合材料等材料制造。

3、按照权利要求1或2所述的有节能结构的金属烧具，其特征是：在所述烧具基体件表面还设有以下结构之一或其组合：

a、在烧具体基体件的部分或全部表面，尤其是在其裸露面，为硬化表层或合金强化表层，

b、在烧具体吸热面及其附设结构以外的部分或全部裸露表面，牢固地结合有致密的且耐热、耐磨、耐蚀的金属、或非金属或复合材料的隔离保护膜或薄层。

4、按照权利要求1或2所述的有节能结构的金属烧具，其特征是：所述覆底层[2]的厚度是由热交换部中心区向边沿逐步减薄的，且其材料为铜或铜合金、或铝或铝合金;所述隔热层[10]或[11]为已有的瓷釉层，或为以氧化物、或氮化物或硼化物为主料的混合物烧结的耐热、耐磨、耐蚀的玻璃层或陶瓷层;所述隔热夹层为耗能面和与该面连接或结合的薄层结构，以及填充或结合于二者夹层中的轻质耐热、隔热材料层所构成的结构;所述导流吸热片[14]的截面近似梯形，且以辐射方向或渐开线方向、或按加热气流的其它流向从吸热面中心区向其边沿伸展;所述扰流小凸台[15]在吸热面是按互相交错的位置分布的;所述凸纹或凹纹扰流结构[15a]或[15b]在吸热面的分布方向与加热气流成交叉状态;所述粗糙面[8]为吹砂、或为化学或电化腐蚀所制出的面;所述黑体或灰体膜[9]为电镀、或硬质阳极化、或为化学氧化或钝化的黑色或灰色膜，或为高温喷涂或烧结且以炭化物、或氧化物、或硫化物或氮化物为主料的部分耐热、耐蚀且抗热震性能优良的黑色或灰色陶瓷、或金属陶瓷薄层，或为黑色或灰色的瓷釉薄层。

5、按照权利要求3所述的有节能结构的金属烧具，其特征是：所述硬化层是用高频感应、或冲击电流、或电子束、或激光、或等离子体等已有冲击能热源对烧具体基体的已述表面，进行急速加热与冷却而获得的微晶组织表层或无序玻璃态表层;所述合金强化层是通过渗氮、或渗钛、或渗铝、或渗铬或渗硼等扩散热处理，或用离子注入、或用已述的冲击能热源对该基体表层连同涂于该表面的合金粉末进行微区域熔化与冷却所获得的合金元素扩散强化的微晶组织表层或无序金属玻璃态表层;所述金属隔离保护膜是钼、或钛、或钽或它们各自的合金镀膜;所述非金属的隔离保护膜或薄层为硬质阳极化或化学氧化或钝化的膜，或为所述的高温技术或真空淀积技术所结合的部分无毒、耐热、耐磨、耐蚀氧化物、或炭化物、或氮化物的薄层;所述复合材料隔离保护薄层为已述氧化物、或炭化物或氮化物与部分耐热、耐磨、耐蚀金属材料的混合料所烧结的金属陶瓷薄层。

6、按照权利要求1或2所述的有节能结构的金属烧具，其特征是：在所述烧具的基体材料或其内壁表层结构的材料中，已清除了已知对人体健康有害的物质，或在所述材料中加入了已知对人体健康有益的微量元素。

7、按照权利要求3所述的有节能结构的金属烧具，其特征是：在所述烧具基体件的材料中，或在其内壁表层结构的材料中，已清除了已知对人体健康有害的物质，或在所述材料中加入了已知对人体健康有益的微量元素。

8、一种在所述铸造金属烧具体热交换部镶接导热金属覆底层的方法，其特征是：先向已准备好的凹铸模且对应于烧具热交换部的型腔部分浇人适量低熔点的形成覆底层的金属液，让其冷却到接近凝固点的半液态时，去掉多余部分的金属，接着再平稳地浇入高熔点的形成烧具体基体件的金属液，随即迅速地用凸铸模对后者加压至合模，直到所述金属液全部凝固后卸压出模。

9、按照权利要求7所述在铸造金属烧具体热交换部镶接导热金属覆底层的方法，其特征是：当去掉所述覆底层多余部分的半凝固态金属后，在该待结合面上迅速地撒一薄层有稀土、锰、铜、镍、硅和其它必要元素的过滤层粉末，然后才浇人所述高熔点的金属液。

10、一种在所述烧具的钣料烧具体基体件热交换部镶接导热金属覆底层的方法，已有的方法是先在热交换部外表面焊接许多与该基体件材料同质的小螺桩或金属薄网作为增强物，然后清洗、烘干和予热该待结合面，接着将其放入已予热的铸模，在合模后便迅速地浇入覆底层的金属液并用冲头向该液施压直至合模，待该金属液全部凝固后再卸压出模，本发明的特征是：先对该待结合面进行粗糙化处理，然后通过高温喷涂、或在真空或有保护气氛的加热炉中均匀地予烧结一层过渡层，以取代所述的增强物。

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