CN109207901B - 陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材 - Google Patents

陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材 Download PDF

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Abstract

本发明涉及生活电器技术领域，公开了一种陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材。该陶瓷锅具包括陶瓷锅本体和自粘性过渡金属层，所述自粘性过渡金属层布置在所述陶瓷锅本体的至少部分外表面上，其中所述自粘性过渡金属层中同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素，所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的一种或几种。该陶瓷锅具通过形成适用于电磁加热的自粘性过渡金属层，不但能够实现电磁加热以增加该陶瓷锅具的应用范畴；而且能够增加所形成的自粘性过渡金属层与陶瓷锅本体之间的结合强度。

Description

陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材
技术领域
本发明属于生活电器技术领域，具体而言，本发明涉及一种陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材。
背景技术
近年来随着人民生活水平日益提高，对健康环保的锅具材料要求越来越高，然而金属材料锅存在生锈及中毒等问题，不符合现今人们对健康环保锅具的要求。陶瓷材料具有健康环保的优越性能，应用到锅具领域越来越受到重视，但陶瓷材料不具有电磁加热功能，将金属导磁材料复合陶瓷锅具有很大的市场应用前景，然而陶瓷材料与金属材料的湿润性很差，导致陶瓷材料与金属材料的结合强度较差，甚至很难结合。因此，现有的陶瓷锅具有待进一步改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材，该陶瓷锅具具有适用于电磁加热的自粘性过渡金属层，且该自粘性过渡金属层与陶瓷锅本体间具有较好的结合强度。
为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种陶瓷锅具，该陶瓷锅具包括陶瓷锅本体和自粘性过渡金属层，所述自粘性过渡金属层布置在所述陶瓷锅本体的至少部分外表面上，其中所述自粘性过渡金属层中同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素，所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的一种或几种。
第二方面，本发明提供了一种陶瓷锅具的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)提供陶瓷锅本体；(2)对所述陶瓷锅本体外表面进行粗糙化处理；(3)以同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素的金属粉末为原料，通过热喷涂的方式在所述陶瓷锅本体经粗糙化处理的外表面上形成自粘性过渡金属层，其中所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的一种或几种。
第三方面，本发明提供了一种烹饪器材，该烹饪器材中包括锅具，所述锅具为陶瓷锅具；优选所述烹饪器材为电饭煲。
应用本发明陶瓷锅具及其制备方法与烹饪器材，通过采用同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素的金属粉末为原料，通过热喷涂的方式在所述陶瓷锅本体经粗糙化处理的外表面上形成自粘性过渡金属层，能够实现以下有益效果：
1)、通过引入导磁金属元素，能够实现电磁加热，进而增加该陶瓷锅具的应用范畴；
2)、通过引入自粘性金属元素，使得自粘性金属元素能够在热喷涂过程中发生氧化反应，而自粘性金属材料的氧化物的熔滴在陶瓷锅本体的表面具有较好的润湿铺展性能，能够增加所形成的自粘性过渡金属层与陶瓷锅本体之间的结合强度；
3)、通过采用热喷涂形成自粘性过渡金属层，利用热喷涂形成涂层的过程(即熔融粒子的堆积过程)中，各个粒子间都是熔融状态连接在一起的特大，有利于提高该自粘性过渡金属层的涂层致密性(孔隙率小)、金属粒子与金素粒子间的结合强度；自粘性过渡金属层与陶瓷锅本体之间的结合强度。
4)、通过同时引入导磁金属元素和自粘性金属元素，并通过热喷涂的方式形成自粘性金属过渡层，不但能提高陶瓷锅本体与金属材料层之间的结合强度，而且能使得所得锅具具有优异的导磁性能，从而使得该锅具在热循环过程中有效缓解热应力而不产生脱落，并且所得锅具经20-260℃冷热冲击至少30次不开裂，从而满足人们对高质量健康环保锅具的需求。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的陶瓷锅具的纵截面结构图；
图2是根据本发明再一个实施例的陶瓷锅具的纵截面结构图；
图3是根据本发明又一个实施例的陶瓷锅具的纵截面结构图；
图4是根据本发明又一个实施例的陶瓷锅具的纵截面结构图。
附图标记说明
100为陶瓷锅本体、200为自粘性过渡金属层、300为釉层、400为保护层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内表面”和“外表面”为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。
在本发明的一个方面，提供了一种陶瓷锅具，如图1和图2所示，该陶瓷锅具包括陶瓷锅本体100和自粘性过渡金属层200，所述自粘性过渡金属层200布置在所述陶瓷锅本体100的至少部分外表面上，其中所述自粘性过渡金属层100中同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素，所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的一种或几种。
发明人发现，选择适当的熔点较低的自粘性金属以在陶瓷锅本体外表面上形成自粘性过渡金属层，通过利用这些自粘性金属在高温熔融状态下能发生部分氧化变成金属氧化物，而这些金属氧化物能在(热喷涂)高速撞击陶瓷基材时与陶瓷材料中的金属氧化物发生微冶金反应形成牢固结合层，从而显著提高金属材料层与陶瓷锅本体之间的结合强度(结合强度达到20MPa)，使得该锅具在热循环过程中有效缓解热应力而不产生脱落；而且这种自粘性过渡金属层十分致密，孔隙率低，在锅具经20-260℃冷热冲击30次不开裂，从而满足人们对高质量健康环保锅具的需求。
根据本发明，其中所述陶瓷锅本体100可以为现有技术中存在的任何陶瓷锅体，对于该陶瓷锅本体100的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，优选情况下，该陶瓷锅本体100的厚度可以为3.5-7mm，例如可以为选自4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm中的任意厚度值，或选自由任意两个厚度值所形成的范围。
根据本发明，在自粘性过渡金属层200中只要含有导磁金属元素就能够在一定程度上的实现电磁加热效果，只要含有自粘性金属元素就能够在一定程度上增加该自粘性过渡金属层与陶瓷锅本体之间的结合强度，综合考虑电磁加热效果和过渡金属层结合强度，优选情况下，在所述自粘性过渡金属层200中，所述导磁金属元素和所述自粘性金属元素的总含量不小于金属元素总量的95wt％，所述导磁金属元素的含量不小于金属元素总量的60wt％。在热喷涂自粘性过度金属的过程中，金属粉末中大部分、甚至全部均形成了金属氧化物，在本发明中前述比例是以自粘性过度金属层中所含的金属元素均为金属单质为基准换算的。
根据本发明，对于自粘性过渡金属层200中的导磁金属材料的选择可以没有特殊要求，选择常规导磁材料即可，优选情况下，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种。
根据本发明，一种优选实施方式中，所述自粘性过渡金属层200中导磁金属元素和自粘性金属元素均为镍，且其中镍的含量不低于金属元素总量95重量％；
根据本发明，另一种优选实施方式中，所述自粘性过渡金属层200中导磁金属元素为铁，自粘性金属元素为镍，且其中铁与镍的重量比为0.1-0.4：1；
根据本发明，又一种优选实施方式中，所述自粘性过渡金属层200中导磁金属元素为镍、自粘性金属元素为选自铝、钙、锌和钼中的一种或几种；且其中镍的重量含量为金属元素总量的70-85wt％；
根据本发明，再一种优选实施方式中，所述自粘性过渡金属层200中导磁金属元素为铁、自粘性金属元素为选自铝、钙、锌和钼中的一种或几种；且其中铁的含量为金属元素总量的60-75wt％。
根据本发明，自粘性过渡金属层200可以布置在陶瓷锅本体100的部分外表面上或整个外表面上，优选情况下，所述陶瓷锅本体100包括(沿竖直方向延伸的)侧壁、(沿水平方向延伸的)底壁和连接在所述侧壁(和底壁之间的过渡连接部；所述自粘性过渡金属层200至少形成在所述陶瓷锅本体100的过渡连接部和底壁的外表面上。对此本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，如图参考图1，自粘性过渡金属层200可以布置在陶瓷锅本体100中底壁和过渡连接部的外表面上；又例如参考图2，自粘性过渡金属层200可以布置在陶瓷锅本体100的整个外表面上。由此，通过在整个陶瓷锅本体的外表面上自粘性过渡金属层，该自粘性过渡金属层与陶瓷锅本体具有优异的结合强度，使得该锅具在热循环过程中有效缓解热应力而不产生脱落，从而提高锅具的使用寿命。
根据本发明，自粘性过渡金属层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，然而为了进一步优化该自粘性过渡金属层的结合强度，优选情况下，自粘性过渡金属层的厚度可以为0.04-0.1mm，例如可以为选自0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.1mm中的任意厚度值，或选自由任意两个厚度值所形成的范围。
根据本发明，为了进一步优化自粘性过渡金属层200与陶瓷锅本体100之间的结合力，优选情况下，如图3所示，在所述陶瓷锅具中还包括釉层300，所述釉层300形成在所述陶瓷锅本体100和自粘性过渡金属层200之间。由于(1)釉层300与陶瓷锅本体100之间具有较好的结合强度；(2)釉层300的高温软化点比陶瓷锅本体100的低，在热喷涂形成自粘性过渡金属层200的过程中，釉层300易软化与自粘性过渡金属层200中的金属材料的氧化物更好的结合在一起，增加自粘性过渡金属层200与釉层300之间的结合强度，进而有利于进一步提高自粘性过渡金属层200与陶瓷锅本体100之间的结合强度。
根据本发明，其中釉层300可以通过施加一层釉涂料后烧结形成，其中可选的釉涂料可以是用于陶瓷保护的任意釉涂料，例如商购自广州三水大鸿制釉有限公司的KZ-881型釉涂料。
根据本发明，对于釉层300的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，然而综合考虑保护层的防锈能力和结合力，优选情况下，釉层300的厚度可以为0.05-0.6mm，例如可以为选自0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.12mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.22mm、0.26mm、0.28mm、0.3mm、0.33mm、0.38mm、0.4mm、0.45mm、0.5mm、0.55mm和0.6mm中的任意厚度值，或选自由任意两个厚度值所形成的范围。
根据本发明，为了防止自粘性过渡金属层生锈、避免脏污进入自粘性过渡金属层的孔隙中，以提高锅具的耐腐蚀性、表面硬度和使用寿命，优选情况下，如图4所示，在所述陶瓷锅具中还包括保护层400，该保护层400形成在所述自粘性过渡金属层200的外表面上。
根据本发明，对于保护层400的选择并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如可以选自的保护层400为硅树脂层、耐高温防锈涂料层和陶瓷涂层中的至少一种。
根据本发明，对于保护层的厚度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，然而综合考虑保护层的防锈能力和结合力，优选情况下，保护层的厚度可以为0.05-0.2mm，例如可以为选自0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm、0.09mm、0.10mm、0.11mm、0.12mm、0.13mm、0.14mm、0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm和0.20mm中的任意厚度值，或选自由任意两个厚度值所形成的范围。
在本发明的第二个方面，提供了一种陶瓷锅具的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)提供陶瓷锅本体；(2)对所述陶瓷锅本体外表面进行粗糙化处理；(3)以同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素的金属粉末为原料，通过热喷涂的方式在所述陶瓷锅本体经粗糙化处理的外表面上形成自粘性过渡金属层，其中所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的一种或几种。
根据本发明，优选情况下，以金属粉末的总重量为基准，其中所述导磁金属元素和所述自粘性金属元素的总含量不小于95wt％，所述导磁金属元素的含量不小于60wt％。
根据本发明，优选情况下，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种。
根据本发明，优选情况下，所述金属粉末中导磁金属元素和自粘性金属元素均为镍、且其中镍的含量不小于95重量％；
根据本发明，优选情况下，所述金属粉末中导磁金属元素为铁、自粘性金属元素为镍，且其中铁与镍的重量比为0.1-0.4：1；
根据本发明，优选情况下，所述金属粉末中导磁金属元素为镍，自粘性金属元素为选自铝、钙、锌和钼中的一种或几种，且其中镍的含量为70-85wt％；
根据本发明，优选情况下，所述金属粉末中导磁金属元素为铁，自粘性金属元素为选自铝、钙、锌和钼中的一种或几种，且其中铁的含量为60-75wt％。
根据本发明，优选情况下，所述金属粉末为导磁金属粉末和自粘性金属粉末的混合物；或者为同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素的合金粉末。其中可选的合金粉末包括但不限于镍铝合金、镍铁合金、镍钴合金、铝铁合金、铝钴合金。其中金属未形成氧化物、以单质金属的形式存在，以便于在热喷涂过程中发生氧化反应与基体之间形成牢固结合层。
根据本发明，所述热喷涂为等离子喷涂或者超音速电弧喷涂。
根据本发明，优选情况下，所述热喷涂为等离子喷涂，所述金属粉末的粒径D50为45-90μm，优选为50-55μm；
优选地，所述等离子喷涂的条件包括：喷涂功率为42-47kW、喷涂电流为800-900A、工作气体中主气(例如氩气)的流量为45-51L/min、辅气(例如氢气)的流量为4-7L/min；更优选地，所述等离子喷涂的条件包括：喷涂功率为43.5-45kW、喷涂电流830-850A、工作气体中主气的流量为46-48L/min、辅气的流量为5-6L/min；
优选地，所述等离子喷涂的条件还包括：喷涂距离为340-380mm，优选为350-360mm；喷枪移动速度为4-8m/min，优选为5-6mm/s，喷涂角度为90±5；
优选地，所述等离子喷涂的条件还包括：金属粉末的送粉量为40-80g/min，优选为50-60g/min。
根据本发明，优选情况下，所述热喷涂为超音速电弧喷涂，所述金属粉末的度D50位20-40μm，优先选25-30μm；
优选地，所述超音速电弧喷涂的条件包括：喷涂功率为42-47kW、喷涂电流为800-900A、空气压力为0.4-0.8MPa、空气流量为280-450L/min、丙烷压力为0.4-0.8MPa、丙烷流量为50-75L/min；更优选地，所述超音速电弧喷涂的条件包括：喷涂功率为43.5-45kW、喷涂电流830-850A、空气压力为0.5-0.7MPa、空气流量为300-360L/min、丙烷压力为0.5-0.7MPa、丙烷流量为60-70L/min；
优选地，所述超音速电弧喷涂的条件还包括：喷涂距离为150-200mm，优选为170-180mm，喷涂速度为40-70m/min，优选为50-60m/min；
优选地，所述超音速电弧喷涂的条件还包括：金属粉末的送粉量50-90g/min，优选为70-85g/min。
根据本发明，优选情况下，所述步骤(1)中还包括：在所提供的陶瓷锅本体的外表面施加一层釉、并烧结形成釉层；所述步骤(2)中对釉层的外表面进行粗糙化处理。其中施加釉的方式可以为喷涂、刷涂等常规方式，而所采用的釉可以是用于陶瓷保护的任意釉涂料，例如商购自广州三水大鸿制釉有限公司的KZ-881型釉涂料，烧结温度可以为1220-1280℃，优选为1240-1260℃。优选所述釉层300的厚度为0.05-0.6mm。
根据本发明，在所述步骤(2)中对陶瓷锅本体外表面进行粗糙化处理的步骤中，可以通过打砂(例如喷砂，喷料可以选自喷丸玻璃珠、钢丸、钢砂、石英砂、金刚砂、铁砂和海砂)的方式进行粗糙化处理。其中对于经过所述打砂处理后的陶瓷锅本体表面粗糙度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择；然而，综合考虑自粘性过渡金属层200的厚度一致性和结合强度，优选情况下，所述步骤(2)对所述陶瓷锅本体外表面进行粗糙化处理的步骤中，使得陶瓷锅本体外表面的粗糙度达到Ry60-100μm。
根据本发明，在所述步骤(3)中，在进行所述热喷涂之前，还包括对所述陶瓷锅本体经粗糙化处理的外表面进行预热处理的步骤，优选预热至180-350℃，更优选预热至200-280℃。
根据本发明，所述方法还包括(4)在所述自粘性过渡金属层的外表面上形成保护层；该保护层可以通过喷涂的方式形成，所选择的保护层涂料可以为任意现有的可以用于防锈和防渗透的保护层涂料，例如硅树脂、耐高温防锈涂料、或涂层涂料中的一种或几种，此时所形成的保护层为硅树脂层、耐高温防锈涂料层和陶瓷涂层中的至少一种，所形成的保护层的厚度为0.05-0.2mm。
本发明的第三个方面，提供了一种烹饪器材，该烹饪器材中包括锅具，所述锅具为陶瓷锅具；优选所述烹饪器材为电饭煲。
以下将结合具体实施方式进一步说明本发明的有益效果。
一、以镍作为导磁金属元素的实施例
实施例1
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
(1)取将陶瓷锅本体(商购自潮州联发瓷器厂，厚度为5mm)，在该陶瓷锅本体表面施加一层釉(商购自广州三水大鸿制釉有限公司的KZ-881)，接着在1260℃烧结6h，形成厚度为0.4mm的釉层；
(2)对釉层的外表面进行喷砂处理(喷料为钢砂)，使得釉层的外表面的粗糙度达到Ry80μm；
(3)将步骤(2)得到的陶瓷锅本体表面预热至250℃；
(4)取镍粉(纯度为99.5wt％，粒径D50为65μm)和铝粉(纯度为99wt％，粒径D50为60μm)，将镍粉和铝粉按重量比3：1混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪(商购自北京航天振邦公司的中号)的喷涂功率为45kW，喷涂电流为850A，工作气体中氩气流量为48L/min，氢气流量为5L/min；混合粉末的送粉量为55g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为5m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；
(5)取保护涂料(商购自佛山亚信化工有限公司的耐高温防锈涂料铝基序列)，配制为浓度为60wt％的保护浆料，将所述保护浆料喷涂在前述自粘性过渡金属层的表面上，接着在260℃干燥2h，得到厚度为0.1mm的保护层，得到陶瓷锅具，记为S1。
实施例2
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取镍粉(纯度为99.5wt％，粒径D50为65μm)、钙粉(纯度为99wt％，粒径D50为60μm)、锌粉(纯度为99wt％，粒径D50为70μm)，将镍粉、钙粉、锌粉按重量比5：1：1混合干磨，得到粒径D50为55μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为42kW，喷涂电流为800A，工作气体中氩气流量为45L/min，氢气流量为4L/min；混合粉末的送粉量为50g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为340mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为6m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S2。
实施例3
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取镍粉(纯度为99.5wt％，粒径D50为65μm)和钼粉(纯度为99.5wt％，粒径D50为58μm)，将镍粉和钼粉按重量比5：1混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为47kW，喷涂电流为900A，工作气体中氩气流量为51L/min，氢气流量为7L/min；混合粉末的送粉量为60g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为360mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为5m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S3。
实施例4
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取镍粉(纯度为99.5wt％，粒径D50为55μm)作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为45kW，喷涂电流为850A，工作气体中氩气流量为48L/min，氢气流量为5L/min；镍粉的送粉量为50g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为5m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S4。
实施例5
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：步骤(4)中取镍铝合金粉(购自上海蓝铸特种合金材料有限公司，镍含量为80wt％，铝含量为19wt％，余量为碳、硅和钴金属，粒径D50为60μm)作为原料；所制备的陶瓷锅具记为S5。
实施例6
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取镍粉(纯度为99.5wt％，粒径D50为65μm)和铝粉(纯度为99wt％，粒径D50为60μm)，将镍粉和铝粉按重量比3：1混合干磨，得到粒径D50为28μm的混合粉末作为原料，通过超音速电弧喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，超音速电弧喷涂处理的条件包括：超音速电弧喷枪的喷涂功率为45kW，喷涂电流为850A，空气压力为0.6MPa、空气流量为350L/min、丙烷流量为65L/min、丙烷压力为0.6MPa；镍粉的送粉量为80g/min；超音速电弧喷枪距离基体的喷涂距离为175mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为55m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S6。
实施例7
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：在步骤(4)中，将镍粉和铝粉按重量比3：2混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料；所制备的陶瓷锅具记为S7。
实施例8
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：在步骤(1)中并未形成釉层；在步骤(2)中对陶瓷锅本体的外表面进行喷砂处理(喷料为钢砂)，使得釉层的外表面的粗糙度达到Ry80μm；所制备的陶瓷锅具记为S8。
二、以铁作为导磁金属元素的实施例
实施例9
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取铁粉(纯度为99wt％，粒径D50为55μm)和铝粉(纯度为99wt％，粒径D50为60μm)，将铁粉和铝粉按重量比5：2混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪(商购自北京航天振邦公司的中号)的喷涂功率为45kW，喷涂电流为850A，工作气体中氩气流量为48L/min，氢气流量为5L/min；混合粉末的送粉量为55g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为5m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所得到陶瓷锅具，记为S9。
实施例10
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例9中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取铁粉(纯度为99wt％，粒径D50为55μm)、钙粉(纯度为99wt％，粒径D50为60μm)、锌粉(纯度为99wt％，粒径D50为70μm)，将铁粉、钙粉、锌粉按重量比6：1：1混合干磨，得到粒径D50为52μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为42kW，喷涂电流为800A，工作气体中氩气流量为45L/min，氢气流量为4L/min；混合粉末的送粉量为50g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为340mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为6m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S10。
实施例11
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例9中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取铁粉(纯度为99wt％，粒径D50为55μm)和钼粉(纯度为99wt％，粒径D50为58μm)，将铁粉和钼粉按重量比3：2混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为47kW，喷涂电流为900A，工作气体中氩气流量为51L/min，氢气流量为7L/min；混合粉末的送粉量为60g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为360mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为5m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S11。
实施例12
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例9中方法制备陶瓷锅具，区别在于：在步骤(4)中，将铁粉和铝粉按重量比4：1混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料；所制备的陶瓷锅具记为S12。
实施例13
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例9中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取铁粉(纯度为99wt％，粒径D50为55μm)、镍粉(纯度为99wt％，粒径D50为65μm)，将铁粉和镍粉按重量比0.4：1混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料，通过等离子喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，等离子喷涂处理的条件包括：等离子喷枪的喷涂功率为45kW，喷涂电流为850A，工作气体中氩气流量为48L/min，氢气流量为5L/min；镍粉的送粉量为50g/min；等离子喷枪距离基体的喷涂距离为350mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为5m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S13。
实施例14
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例13中方法制备陶瓷锅具，区别在于：在步骤(4)中将铁粉和镍粉按重量比0.1：1混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料；所制备的陶瓷锅具记为S14。
实施例15
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例13中方法制备陶瓷锅具，区别在于：在步骤(4)中将铁粉和镍粉按重量比0.6：1混合干磨，得到粒径D50为50μm的混合粉末作为原料；所制备的陶瓷锅具记为S15。
实施例16
本实施例用于说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例1中方法制备陶瓷锅具，区别在于：
(4)取铁粉(纯度为99wt％，粒径D50为58μm)和铝粉(纯度为99wt％，粒径D50为60μm)，将铁粉和铝粉按重量比3：1混合干磨，得到粒径D50为28μm的混合粉末作为原料，通过超音速电弧喷涂工艺在所述陶瓷锅本体的釉层表面上形成自粘性过渡金属层；其中，超音速电弧喷涂处理的条件包括：超音速电弧喷枪的喷涂功率为43.5kW，喷涂电流为830A，空气压力为0.5MPa、空气流量为300L/min、丙烷流量为60L/min、丙烷压力为0.6MPa；镍粉的送粉量为70g/min；超音速电弧喷枪距离基体的喷涂距离为170mm，喷涂角度为90°±1°，喷枪移动速度为60m/min；形成厚度为0.06mm的自粘性过渡金属层；所制备的陶瓷锅具记为S16。
对比例1
本对比例用于对比说明陶瓷锅具及其制备方法。
采用实施例9中方法制备陶瓷锅具，区别在于：在(4)中仅采用铁粉、未添加铝粉，所制备的陶瓷锅具记为D1。
试验例
将实施例1至16，以及对比例1所制备的陶瓷锅具进行如下测试：
1、涂层结合力测试：参照G98642-88中涂层结合力测定方法，结果见表1。
2、涂层孔隙率测试：参照中华人民共和国机械行业标准JB/T7509-94中涂层孔隙率测定方法，测量实施例1至16，以及对比例1所制备的陶瓷锅具中自粘性过渡金属层的孔隙率，结果见表1。
3、耐冲击性(次)测试：采用马沸炉，通过加热到260℃保温半个小时再取出放入20℃水中的方法测量260-20℃下耐冷热冲击次数，结果见表1。
4、感抗测试：采用电桥测量仪在频率25kHz下进行测量，结果见表1。
5、阻抗测试：采用电桥测量仪在频率25kHz下进行测量，结果见表1。
6、导热性能测试：采用导热系数测量仪测量导热性能，结果见表1。
7、最大电磁功率测试：采用功率测量仪测量最大电池功率，结果见表1。
表1.
Figure BDA0001395199570000181
通过表1的结果可以看出，与对比例1和2相比，根据本发明的实施例1-16所制备的陶瓷锅具，通过同时引入导磁金属元素和自粘性金属元素，并通过热喷涂的方式形成自粘性金属过渡层，不但能提高陶瓷锅本体与金属材料层之间的结合强度，而且能使得所得锅具具有优异的导磁性能，从而使得该锅具在热循环过程中有效缓解热应力而不产生脱落，并且所得锅具经20-260℃冷热冲击30次不开裂，从而满足人们对高质量健康环保锅具的需求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (26)

1.一种陶瓷锅具，其特征在于，所述陶瓷锅具包括陶瓷锅本体（100）和自粘性过渡金属层（200），所述自粘性过渡金属层（200）布置在所述陶瓷锅本体（100）的至少部分外表面上，其中所述自粘性过渡金属层（200）中同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素；
在所述自粘性过渡金属层（200）中，所述导磁金属元素和所述自粘性金属元素的总含量不小于金属元素总量的95wt%，所述导磁金属元素的含量不小于金属元素总量的60wt%；
其中，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种，所述自粘性金属元素选自铝，在所述自粘性过渡金属层（200）中导磁金属元素为铁的情况下，铁的含量为金属元素总量60-75wt%；
或者，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种，所述自粘性金属元素选自钙、锌和钼中的一种；
或者，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种，所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的几种；
或者，所述自粘性金属元素选自镍，所述导磁金属元素为铁和钴中的一种或几种；
其中，自粘性过渡金属层（200）为自粘性金属元素的氧化物与陶瓷材料中的金属氧化物发生微冶金反应形成的自粘性过渡金属层。
2.根据权利要求1所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述自粘性过渡金属层（200）中导磁金属元素为铁，自粘性金属元素为镍，且其中铁与镍的重量比为0.1-0.4：1；或者所述自粘性过渡金属层（200）中导磁金属元素为镍、自粘性金属元素为选自铝、钙、锌和钼中的一种或几种，且其中镍的含量为金属元素总量的70-85wt%；或者
所述自粘性过渡金属层（200）中导磁金属元素为铁、自粘性金属元素为选自钙、锌和钼中的一种或者选自铝、钙、锌和钼中的几种，且其中铁的含量为金属元素总量60-75wt%。
3.根据权利要求1所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述陶瓷锅本体（100）包括侧壁、底壁和连接在所述侧壁和底壁之间的过渡连接部；所述自粘性过渡金属层（200）至少形成在所述陶瓷锅本体（100）的过渡连接部和底壁的外表面上。
4.根据权利要求1所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述自粘性过渡金属层（200）的厚度为0.04-0.1mm。
5.根据权利要求1所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述陶瓷锅具还包括釉层（300），所述釉层（300）形成在所述陶瓷锅本体（100）和自粘性过渡金属层（200）之间。
6.根据权利要求5所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述釉层（300）的厚度为0.05-0.6mm。
7.根据权利要求1所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述陶瓷锅具还包括保护层（400），所述保护层（400）形成在所述自粘性过渡金属层（200）的外表面上。
8.根据权利要求7所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述保护层为硅树脂层、耐高温防锈涂料层和陶瓷涂层中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的陶瓷锅具，其特征在于，所述保护层（400）的厚度为0.05-0.2mm。
10.一种陶瓷锅具的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
（1）提供陶瓷锅本体；
（2）对所述陶瓷锅本体外表面进行粗糙化处理；
（3）以同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素的金属粉末为原料，通过热喷涂的方式在所述陶瓷锅本体经粗糙化处理的外表面上形成自粘性过渡金属层；
以金属粉末的总重量为基准，其中所述导磁金属元素和所述自粘性金属元素的总含量不小于95wt%，所述导磁金属元素的含量不小于60wt%；
其中，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种，所述自粘性金属元素选自铝，在导磁金属元素为铁的情况下，其中铁的含量为金属元素总量60-75wt%；
或者，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种，所述自粘性金属元素选自钙、锌和钼中的一种；
或者，所述导磁金属元素为铁、镍和钴中的一种或几种，所述自粘性金属元素选自镍、铝、钙、锌和钼中的几种；
或者，所述自粘性金属元素选自镍，所述导磁金属元素为铁和钴中的一种或几种。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述金属粉末中导磁金属元素为铁、自粘性金属元素为镍，且其中铁与镍的重量为0.1-0.4：1；或者
所述金属粉末中导磁金属元素为镍，自粘性金属元素为选自铝、钙、锌和钼中的一种或几种，且其中镍的含量为70-85wt%；或者
所述金属粉末中导磁金属元素为铁，自粘性金属元素为选自钙、锌和钼中的一种或者选自铝、钙、锌和钼中的几种，且其中铁的含量为60-75wt%。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述金属粉末为导磁金属粉末和自粘性金属粉末的混合物；或者为同时含有导磁金属元素和自粘性金属元素的合金粉末。
13.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述热喷涂为等离子喷涂或者超音速电弧喷涂。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述热喷涂为等离子喷涂，所述金属粉末的粒径D50为45-90μm；
所述等离子喷涂的条件包括：喷涂功率为42-47kW、喷涂电流为800-900A、工作气体中主气的流量为45-51L/min、辅气的流量为4-7L/min；所述等离子喷涂的条件还包括：喷涂距离为340-380mm，喷枪移动速度为4-8m/min，喷涂角度为90±5 ；所述等离子喷涂的条件还包括：金属粉末的送粉量为40-80g/min。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述金属粉末的粒径D50为50-55μm；所述等离子喷涂的条件包括：喷涂功率为43.5-45kW、喷涂电流830-850A、工作气体中主气的流量为46-48L/min、辅气的流量为5-6L/min；
喷涂距离为350-360mm；喷枪移动速度为5-6 m/min；
金属粉末的送粉量为50-60g/min。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述热喷涂为超音速电弧喷涂，所述金属粉末的度D50为20-40μm；
所述超音速电弧喷涂的条件包括：喷涂功率为42-47kW、喷涂电流为800-900A、空气压力为0.4-0.8MPa、空气流量为280-450L/min、丙烷压力为0.4-0.8MPa、丙烷流量为50-75L/min；
所述超音速电弧喷涂的条件还包括：喷涂距离为150-200mm，喷涂速度为40-70m/min；
所述超音速电弧喷涂的条件还包括：金属粉末的送粉量50-90g/min。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述热喷涂为超音速电弧喷涂，所述金属粉末的度D50为25-30μm；
所述超音速电弧喷涂的条件包括：喷涂功率为43.5-45kW、喷涂电流830-850A、空气压力为0.5-0.7MPa、空气流量为300-360L/min、丙烷压力为0.5-0.7MPa、丙烷流量为60-70L/min；
喷涂距离为170-180mm，喷涂速度为50-60m/min；
金属粉末的送粉量为70-85g/min。
18.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中还包括：在所提供的陶瓷锅本体的外表面施加一层釉、并烧结形成釉层；所述步骤（2）中对釉层的外表面进行粗糙化处理。
19.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）对所述陶瓷锅本体外表面进行粗糙化处理的步骤中，使得陶瓷锅本体外表面的粗糙度达到Ry60-100μm。
20.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，在进行所述热喷涂之前，还包括对所述陶瓷锅本体经粗糙化处理的外表面进行预热处理的步骤。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，预热至180-350℃。
22.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，预热至200-280℃。
23.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：（4）在所述自粘性过渡金属层的外表面上形成保护层。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述保护层为硅树脂层、耐高温防锈涂料层和陶瓷涂层中的至少一种。
25.一种烹饪器材，其特征在于，所述烹饪器材中包括锅具，所述锅具为权利要求1-9中任意一项所述的陶瓷锅具。
26.根据权利要求25所述的烹饪器材，其特征在于，所述烹饪器材为电饭煲。
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