CN110604455A - 复合锅具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅具领域，公开了一种复合锅具及其制备方法。所述复合锅具由内向外依次包括陶瓷内胆(1)、含铝涂层(2)、铝焊层(3)和金属外壳(4)。制备复合锅具的方法包括：(1)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层；(2)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂覆钎剂和焊料，以通过炉内钎焊的方式连接陶瓷内胆和金属外壳。本发明的锅具陶瓷内胆与金属外壳紧密结合，兼具陶瓷锅具健康环保、金属锅具不易破裂且适用于电磁加热和压力锅的特点，因此，本发明的复合锅具健康环保、在和食物长期接触过程中不存在金属元素溶出风险，而且不易破裂，可应用于电磁加热和压力锅。
Description
技术领域
本发明涉及锅具领域，具体涉及复合锅具及其制备方法。
背景技术
近年来随着人民的生活水平越来越高，对健康环保的锅具材料要求越来越高，对金属材料锅具生锈及中毒等问题日益担心，由于陶瓷材料的优越性能，健康环保，耐化学腐蚀，在和食物长期接触过程中不存在金属元素溶出风险，还具有一定的远红外穿透功能，保证食物的鲜美可口，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，材质比较脆、容易跌落破裂，而且陶瓷锅应用于压力锅存在安全风险。
目前，陶瓷与金属之间是无法实现有效的紧密结合，因此，通常的金属-陶瓷复合锅具的传热效果较差。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的陶瓷锅或金属锅应用受限的问题，提供一种复合锅具及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种复合锅具，该复合锅具由内向外依次包括陶瓷内胆、含铝涂层、铝焊层和金属外壳。
本发明第二方面提供了制备复合锅具的方法，该方法包括以下步骤：
(1)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层；
(2)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂覆钎剂和焊料，以通过钎焊的方式连接陶瓷内胆和金属外壳。
通过上述技术方案，本发明的锅具陶瓷内胆与金属外壳紧密结合，兼具陶瓷锅具健康环保、金属锅具不易破裂且适用于电磁加热和压力锅的特点，因此，本发明的复合锅具健康环保、在和食物长期接触过程中不存在金属元素溶出风险，而且不易破裂，传热性良好，可应用于电磁加热和压力锅。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方式的复合锅具的结构示意图。
附图标记说明
1 陶瓷内胆 2 含铝涂层
3 铝焊层 4 金属外壳
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如图1所示，本发明提供的复合锅具由内向外依次包括陶瓷内胆1、含铝涂层2、铝焊层3和金属外壳4。其中，锅具通常以容器的形态存在，因此，本领域技术人员能够理解的是，“由内向外”中的‘内’意指与待盛物品(如食物)直接接触的里侧，‘外’意指锅具的外侧。在使用本发明提供的复合锅具时，陶瓷内胆直接与待盛物品(如食物)接触，而金属外壳设置于最外侧。
根据本发明，基于健康环保的考虑，所述陶瓷内胆1的材质为日用陶瓷。日用陶瓷通常由瓷石、高岭土、石英石、莫来石经高温烧制而成。一般情况下，所述日用陶瓷的组成为：5-35重量％的Al2O3、30-75重量％的SiO2、3-10重量％的Fe2O3、2-10重量％的CaO、2-8重量％的BaO以及1-3重量％的其它氧化物，所述其它氧化物为Na2O、K2O、MgO和ZnO中的至少一种。或者，所述日用陶瓷为纯的Al2O3或ZrO2等工业陶瓷(通常含少量的氧化物杂质，如Na2O、K2O、MgO和ZnO)。
根据本发明，所述含铝涂层2能够紧密与所述陶瓷内胆结合，通常可以通过常规的喷涂方式(如热喷涂)涂覆于陶瓷内胆外侧。优选情况下，所述含铝涂层的材质为铝和/或铝合金。
根据本发明，所述铝焊层3能够使得含铝涂层与金属外壳紧密结合，从而陶瓷内胆与金属外壳之间能够实现更有效的传热。优选情况下，所述铝焊层由铝钎焊料(如铝焊粉)和钎剂经钎焊得到，也即铝焊层为经过钎焊形成的层结构(钎焊层)。铝钎焊料和钎剂的具体种类可以为常规选择，钎焊的具体步骤和条件等亦然。
根据本发明，所述金属外壳4可以由常规的各种金属形成，优选情况下，所述金属外壳的材质为不锈钢、铁、铝、钛(或其合金)、铜(或其合金)或铝合金。
根据本发明，对所述复合锅具中各个层结构的厚度没有特别的限制。
优选地，陶瓷内胆1的厚度为3-8mm，更优选为4-6mm。
优选地，含铝涂层2的厚度为0.1-0.5mm，更优选为0.2-0.4mm。
优选地，铝焊层3的厚度为50-200μm，更优选为100-150μm。
优选地，金属外壳4的厚度为0.8-3mm，更优选为1.5-2mm。
根据本发明，只要由内向外依次设置上述层结构即可实现本发明的目的，但优选情况下，所述陶瓷内胆1沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳4呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面，这样设置能够使得所述复合锅具与待盛物品(如食物)直接接触的部位仅为陶瓷内胆，使用的健康安全性更高。除此以外，这样的结构设计一方面可使锅具更美观，另一方面也可以有效防止金属外壳的端面受到腐蚀或生锈。
本发明提供的制备复合锅具的方法包括以下步骤：
(1)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层；
(2)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂覆钎剂和焊料，以通过炉内钎焊的方式(形成铝焊层)连接陶瓷内胆和金属外壳。
对于陶瓷内胆、含铝涂层、铝焊层和金属外壳的材质和厚度如前所述，在此不再赘述。
本发明中，对喷涂的方式没有特别的要求，但优选情况下，步骤(1)中所述喷涂的方式为热喷涂，电弧电流：100-300A(如100A、120A、140A、150A、160A、200A、250A、300A或上述数值之间的任意值)；喷涂距离：80-150mm(80mm、90mm、110mm、120mm、130mm、150mm或上述数值之间的任意值)；气压0.5-1MPa(0.5MPa、0.6MPa、0.7MPa、0.8MPa、1MPa或上述数值之间的任意值)；电压：20-45V(20V、25V、32V、35V、38V、40V、45V或上述数值之间的任意值)。
本发明中，所述焊料优选为铝钎焊料(如铝焊粉)，所述焊料的共熔点为500-650℃。
本发明中，所述钎剂优选为铝用硬钎剂。可以为氯化锂、氯化钠、氯盐或氟盐型的低熔点盐混合物，具体如LiCl-KCl-ZnCl2-NaF(QJ201、QJ202)、LiCl-KCl-ZnCl2-SrCl2-LiF(QJ206)、KCl-CaF2-NaCl-LiF-LiCl-ZnCl2(QJ207)、LiCl-KCl-NaCl-ZnCl2-NaF-AlF3-PbCl3(Y-1)和LiCl-KCl-KF·AlF3(YT17)中的至少一种，该种钎剂一般以溶于乙醇中的溶液的形式使用；也可以为KF-AlF3系构成的氟铝酸钾混型钎剂，具体如氟化钾与氟化铝的共晶钎剂(如QF)、LiCl-NaCl-KCl-ZnCl2-CdCl2-LiF钎剂(如129A)和LiCl-NaCl-KCl-TiCl-LiF钎剂(如171B)中的至少一种。
本发明中，通过钎焊连接含铝涂层及金属外壳时，可以依次将钎剂和焊料涂布于含铝涂层及金属外壳表面，再在保护气氛(如氨气气氛，在钎焊过程中可分解为氮气)或真空条件下进行钎焊(焊接)。对涂布钎剂的方式没有特别的要求，可以为喷涂、刷涂或者浸泡。对涂布焊料的方式亦没有特别的要求，可以为喷洒或涂抹。钎焊的温度优选为600-750℃。钎焊的时间优选为15-60分钟。钎焊时提供保护气氛的气体压力为0.25-0.35MPa。
本发明中，所述方法还可以包括分别用酒精或丙酮等有机溶剂或者常规的清洗剂对陶瓷内胆和金属外壳进行清洗。清洗后可以进一步在100-150℃的条件下干燥30-60分钟。
如前所述，根据本发明的优选实施方式，所述陶瓷内胆设置成沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
(1)清洁：分别用丙酮对陶瓷内胆(材质组成为Al2O3：5重量％、SiO2：75重量％、Fe2O3：10重量％、CaO：2重量％、BaO：5重量％，余量为其它氧化物(Na2O、K2O、MgO和ZnO))和金属外壳(材质为不锈钢)进行清洗，其中，陶瓷内胆设置成沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面；
烘干：采用烘箱对陶瓷内胆和金属外壳进行烘干，150℃、30分钟；
(2)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层(材质为铝)，喷涂的方式为热喷涂，电弧电流：100A，喷涂距离：80mm，气压0.5MPa，电压：20V；
(3)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂布钎剂：QF(购自华恒焊材制造有限公司，货号为QJ208)；
(4)涂布焊料：采用涂粉的方式在陶瓷内胆外表面(含铝涂层)和金属外壳内表面涂覆有一层铝焊粉。焊粉主要包括铝和硅(购自博威焊业有限公司，货号为BW-4047F，共熔点约为580℃)；
(5)炉焊：采用连续炉进行焊接，焊接温度为600℃，时间为15分钟，氨气压力为0.3MPa。
其中，陶瓷内胆、含铝涂层、铝焊层和金属外壳的厚度分别为3mm、0.1mm、50μm和0.8mm。
按照GB15066-2004不锈钢压力锅标准测试满足其标准中5.16耐内压力及5.17泄压压力的要求，该复合陶瓷使用的压力为75KPa；通过对锅底部不同位置放置热电偶测不同部位的温度点，发现不同点温度差异少于10℃，说明该复合内胆受热较陶瓷锅更均匀。而单纯的陶瓷锅最大温差达到50℃，单一不锈钢最大温差也在30℃。上述测试结果说明本发明的复合锅具具有良好的性能，适于推广应用。
实施例2
(1)清洁：分别用丙酮对耐热陶瓷内胆(材质组成为Al2O3为35重量％、SiO2：50重量％、Fe2O3：5重量％、CaO：5重量％、BaO：3重量％，余量为其它氧化物(Na2O、K2O、MgO和ZnO))和金属外壳(材质为钛)进行清洗，其中，陶瓷内胆设置成沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面；
烘干：采用烘箱对陶瓷内胆和金属外壳进行烘干，150℃、30分钟；
(2)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层(材质为铝)，喷涂的方式为热喷涂，电弧电流：150A，喷涂距离：120mm，气压0.7MPa，电压：35V；
(3)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂布钎剂：QF(购自华恒焊材制造有限公司，货号为QJ208)；
(4)涂布焊料：采用涂粉的方式在陶瓷内胆外表面(含铝涂层)和金属外壳内表面涂覆有一层铝焊粉。焊粉主要包括铝和硅(购自博威焊业有限公司，货号为BW-4047F，共熔点约为580℃)；
(5)炉焊：采用连续炉进行焊接，焊接温度为600℃，时间为20分钟，氨气压力为0.3MPa。
其中，陶瓷内胆、含铝涂层、铝焊层和金属外壳的厚度分别为5mm、0.3mm、100μm和2mm。
按照GB15066-2004不锈钢压力锅标准测试满足其标准中5.16耐内压力及5.17泄压压力的要求，该复合陶瓷使用的压力为105KPa；通过对锅底部不同位置放置热电偶测不同部位的温度点，发现不同点温度差异少于5℃，说明该复合内胆受热较陶瓷锅更均匀。而单纯的陶瓷锅最大温差达到50℃，单一钛锅最大温差也在30℃。上述测试结果说明本发明的复合锅具具有良好的性能，适于推广应用。
实施例3
(1)清洁：分别用丙酮对纯Al2O3陶瓷内胆(材质组成为Al2O3：97重量％和其它氧化物(Na2O、K2O、MgO和ZnO))和金属外壳(材质为铝合金)进行清洗，其中，陶瓷内胆设置成沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面；
烘干：采用烘箱对陶瓷内胆和金属外壳进行烘干，150℃、30分钟；
(2)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层(材质为铝)，喷涂的方式为热喷涂，电弧电流：300A，喷涂距离：150mm，气压1MPa，电压：45V。
(3)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂布钎剂：QF(购自华恒焊材制造有限公司，货号为QJ208)；
(4)涂布焊料：采用涂粉的方式在陶瓷内胆外表面(含铝涂层)和金属外壳内表面涂覆有一层铝焊粉。焊粉主要包括铝和硅(购自博威焊业有限公司，货号为BW-4047F，共熔点约为580℃)；
(5)炉焊：采用连续炉进行焊接，焊接温度为600℃，时间为30分钟，氨气压力为0.3MPa。
其中，陶瓷内胆、含铝涂层、铝焊层和金属外壳的厚度分别为8mm、0.5mm、200μm和3mm。
按照GB15066-2004不锈钢压力锅标准测试满足其标准中5.16耐内压力及5.17泄压压力的要求，该复合陶瓷使用的压力为115KPa；通过对锅底部不同位置放置热电偶测不同部位的温度点，发现不同点温度差异少于5℃，说明该复合内胆受热较陶瓷锅更均匀。而单纯的陶瓷锅最大温差达到50℃，单一铝合金锅最大温差也在20℃。上述测试结果说明本发明的复合锅具具有良好的性能，适于推广应用。
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 (10)
1.一种复合锅具，其特征在于，该复合锅具由内向外依次包括陶瓷内胆(1)、含铝涂层(2)、铝焊层(3)和金属外壳(4)。
2.根据权利要求1所述的复合锅具，其中，所述陶瓷内胆(1)的材质为日用陶瓷；
和/或，所述含铝涂层(2)的材质为铝和/或铝合金；
和/或，所述铝焊层(3)由铝钎焊料和钎剂经钎焊得到；
和/或，所述金属外壳(4)的材质为不锈钢、铁、铝、钛、铜或铝合金。
3.根据权利要求2所述的复合锅具，其中，所述陶瓷内胆(1)的所述日用陶瓷的组成为：5-35重量％的Al2O3、30-75重量％的SiO2、3-10重量％的Fe2O3、2-10重量％的CaO、2-8重量％的BaO以及1-3重量％的其它氧化物，所述其它氧化物为Na2O、K2O、MgO和ZnO中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的复合锅具，其中，陶瓷内胆(1)的厚度为3-8mm；
和/或，含铝涂层(2)的厚度为0.1-0.5mm；
和/或，铝焊层(3)的厚度为50-200μm；
和/或，金属外壳(4)的厚度为0.8-3mm；
优选地，所述陶瓷内胆(1)沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳(4)呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面。
5.一种制备复合锅具的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在陶瓷内胆的外侧表面喷涂含铝涂层；
(2)在含铝涂层以及金属外壳的内侧涂覆钎剂和焊料，以通过炉内钎焊的方式连接陶瓷内胆和金属外壳。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(1)中所述喷涂的方式为热喷涂，电弧电流：100-300A；喷涂距离：80-150mm；气压0.5-1MPa；电压：20-45V。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述焊料为铝钎焊料，所述焊料的共熔点为500-650℃。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述钎剂为铝用硬钎剂。
9.根据权利要求5所述的方法，其中，炉内钎焊的条件包括：炉温为600-750℃，时间为15-60分钟，提供保护气氛的气体压力为0.25-0.35MPa。
10.根据权利要求5所述的方法，其中，所述陶瓷内胆设置成沿锅口向外延伸，形成锅沿，且金属外壳呈U型，所述锅沿遮蔽所述金属外壳的上端面。
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