CN111035226A - 一种具有复合锅底的锅具及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有复合锅底的锅具及其制备方法，所述锅具从内至外依次包括锅具面层、锅具芯层、锅具底层；锅具面层和锅具底层为金属材料，芯层为非金属材料，具有高热导率方向且与锅具底层平行，使用钎料，利用真空钎焊技术，将锅具面层和锅具底层焊接在一起，并将芯层包裹在其中，不使其外露。热源经过芯层调整，平行于锅底各处温度均匀，确保锅具面层各处温度均匀。本发明操作简单，所用材料易得，具有较好的经济前景和广泛的应用。
Description
技术领域
本发明涉及厨具用品技术领域，具体来说，涉及一种具有复合锅底的锅具及其制备方法。
背景技术
锅具，作为一种食品烹饪工具，广泛应用于人们的日常生活中。在烹饪过程中，锅具放置在高温热源上，通过锅底传热，将锅内食材加工成人们可食用的食物。通常锅具是用金属材料加工而成的，金属材料要求强度高、刚性好、导热性好、耐高温、耐腐蚀、烹饪过程中不会向食物中析出对人体有害的物质等特点。常用的金属材料主要有铸铁、钢、铝、铜等，这些材料物理、化学性能不同，制成的锅具性能差别较大，在导热性、耐腐蚀性以及食品安全性上表现不一。
锅具作为人们烹饪的常用工具，其性能的好坏，取决于烹饪食物的好坏。人们对于食物烹饪的好坏，就看食物是否美味可口，以及烹饪后是否清洗方便。市面上较多锅具，在烹饪过程中，常出现锅底某一处温度高于其他部位温度的现象，这导致食物因局部受热过高，出现该处食物烧焦，而其他部分却未熟的情况，严重影响了食物的口感或味道。同时因食物受热不均匀，长出现粘锅的情况，这给后期清洗处理增加了不少工作量。因此，要烹饪好食物，锅具的导热性是决定性因素。
为了改善锅具的导热性，通常将不同金属复合在一起，形成复合金属材料锅具。CN201811332296公开了一种冷轧板多层复合锅具，所述锅具使用冷轧板作为锅体，使用铝板作为锅底贴合在锅体底部，铝板底部包裹有导磁片，锅体上部从下到上依次设置有氧化层以及不粘层，但是由于常用热源中心温度和边缘温度相差很大，加上金属的导热性良好，热源中心与边缘的温度差异充分传导至锅内，导致锅内食物仍旧受热不均匀，出现烧锅、烧糊、粘锅等现象，同时制备步骤繁杂，不粘层易出现食品安全问题。CN 201720056833公开了一种钛/铝/不锈钢复合锅，所述复合锅内层为纯钛层，中间层为铝材层，外层为不锈钢层，三层经爆炸复合成基材后一次成型而制成，所述复合锅经爆炸复合后在钛/铝/钢接触面上出现波纹面，传热速率不一，从而导致受热不均匀，同时钛材价格较高，复合锅成本较高。为解决传热不均匀的问题，需要在锅具面层和锅具底层之间均匀填充一非金属层，使热源能量经非金属层降低各处温度差后，再传导到锅具面层，从而均匀加热锅内食物。该非金属层须能耐高温，导热率须高，同时在高温条件下化学稳定性须良好，石墨具备了这些特点。目前尚未有相关文献公开使用石墨作为锅具的中间层。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有复合锅底的锅具及其制备方法，以实现高温状态锅具受热均匀且化学稳定性好的优点。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供一种具有复合锅底的锅具，从内至外依次包括锅具面层、锅具芯层、锅具底层；
所述锅具芯层选自金刚石、石墨、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅等中之一或其组合。
进一步地，所述锅具面层可以用不锈钢、铝、铜、钛、铸铁、铝合金、镁合金、铜合金、钛合金等中之一制成，进一步地，所述锅具面层可以用不锈钢、铝、铜、钛、铸铁制成，优选地，本发明所述锅具面层用不锈钢制成。
进一步地，所述锅具芯层材质可以是金刚石、石墨、氧化铝、碳化硅等中之一或其组合，优选地，本发明所述锅具芯层材质为石墨。进一步地，所述石墨片可以是各向同性，各向异性，无定形或纳米结构，优选地，本发明所述石墨片为各向异性。优选地，所述石墨高导热率方向与锅具底层是平行的。
进一步地，所述锅具底层材质可以是不锈钢、铸铁、碳钢、钛钢、白铁、马口铁、铜等中一种，进一步地，所述锅具底层材质可以是不锈钢、铸铁、碳钢、钛钢、铜等中一种，优选地，本发明所述锅具底层材质为不锈钢。
另一方面，本发明提供一种具有复合锅底的锅具的制备方法，具体过程如下：
1)选取一块金属板，切割成圆盘，经冲压，形成锅具面层；
2)另取一块金属板，切割成圆盘，经冲压，形成锅具底层，但锅具底层比锅具面层的底面的直径略大；
3)选取一块非金属板，切割成圆盘，作为锅具芯层，所述锅具芯层的直径比锅具底层的直径略小；
4)将锅具面层、芯层、底层依次叠放在一起，锅具底层将芯层包裹不使石墨芯层外露，并靠近锅具面层底部的边缘；
5)将组装好的各部件和钎料在100℃真空干燥箱烘干后，转至真空焊接炉内分三步进行真空焊接；
6)焊接完成的部件随炉降温至500℃，取出空冷至室温，将冷却后的胚料经打磨处理后即得具有复合锅底的锅具。
进一步地，所述真空焊接的过程如下：以8～10℃/s的升温速度加热至200-300℃，保温20-40min，真空度大于0.05Pa；以8～10℃/s的升温速度加热至500-550℃，保温20-40min，真空度大于0.005Pa；以1～5℃/s的升温速度加热至600-650℃，保温60-90min，真空度大于0.003Pa。
进一步地，所述钎料可以是金-铜钎料，金-镍钎料，银-铜钎料，硼-镍钎料，铝-锰钎料，铝-镁钎料，硅-镁钎料，硅-铝钎料，硼-硅-铝钎料，硅-铝-锌钎料中之一，进一步地，所述焊接技术所使用的钎料为金-铜钎料，硼-镍钎料，铝-锰钎料，铝-镁钎料，硅-铝钎料中之一，优选地，本发明所述焊接技术所使用的钎料为硅-铝钎料。
本发明的有益效果：
本发明提供了一种具有复合锅底的锅具及其制备方法，本发明使用三层复合结构，热源热量经三层复合结构调整均匀后，传导至食材，确保了食物加工质量；热源经过芯层调整，平行于锅底各处温度均匀，确保锅具面层各处温度均匀。
本发明使用的石墨具备各向异性，在不同方向，各向异性的石墨其热导率是不同的，其高热导率方向与低热导率方向互相垂直，在平行于高热导率方向，热量优先沿其平行方向传导，温度分布均匀。在本发明中，具各向异性的石墨，保持其高热导率方向与锅底方向平行，确保温度在锅底分布均匀后，再将热量垂直传导至锅面层，使食材加热温度均匀。
所使用的真空钎焊技术，有效将锅具面层与锅底层紧密结合，同时将芯层包裹在锅具内部，不使外露，提高了锅具的使用寿命；运用本发明的真空焊接方法，通过三步升温，可利于锅具面层与锅具底层的焊接，一方面避免因真空度不高导致焊接部位再次氧化而影响焊接质量，另一方面避免因升温过快而导致温度不均匀的问题，三段不同时间保温，利于锅具面层和锅具底层的各组分均匀融合，提高融合各金属组织之间的均匀性，利于后续加热均匀性。
本发明操作简单，所使用的材料均可来自于商购，成本低廉，可应用于批量生产，具有较好的经济前景和广泛的应用领域。
附图说明
图1为锅具截面示意图，1为锅底层，2为锅芯层，3为锅面层；
图2为锅具温度测试取点示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
实施例1
具有复合锅底的锅具制备过程如下：
1)选取一块150×150×3mm 304#不锈钢板，切割成一个直径为120mm、厚度为3mm的圆盘；将不锈钢圆盘进行冲压，形成底部平面直径为96mm具有凹面的锅具面层；
2)另取一块150×150×2mm 304#不锈钢板，切割成一个直径为100mm、厚度为2mm的圆盘，冲压成底部平面直径为94mm具有凹面的锅具底层；
3)选取一块100×100×2mm各向异性的石墨片，切割成直径为90mm、厚度为2mm的石墨圆盘，作为锅具芯层；
4)将锅具面层、芯层、底层依次叠放在一起，锅具底层将芯层包裹不使石墨芯层外露，并靠近锅具面层底部的边缘；
5)将组装好的各部件和硅-铝钎料在100℃真空干燥箱烘干后，转至真空焊接炉内，以8℃/s的升温速度加热至300℃，保温40min，真空度大于0.05Pa；以10℃/s的升温速度加热至500℃，保温20min，真空度大于0.005Pa；以1℃/s的升温速度加热至650℃，保温90min，真空度大于0.003Pa；
6)焊接完成的部件随炉降温至500℃，取出空冷至室温，将冷却后的胚料经打磨处理后即得具有复合锅底的锅具。
实施例2
具有复合锅底的锅具制备过程如下：
1)选取一块150×150×3mm 304#铝合金板，切割成一个直径为120mm、厚度为3mm的圆盘；将铝合金圆盘进行冲压，形成底部平面直径为96mm具有凹面的锅具面层；
2)另取一块150×150×2mm 304#不锈钢板，切割成一个直径为100mm、厚度为2mm的圆盘，冲压成底部平面直径为94mm具有凹面的锅具底层；
3)选取一块100×100×2mm各向异性的石墨片，切割成直径为90mm、厚度为2mm的石墨圆盘，作为锅具芯层；
4)将锅具面层、芯层、底层依次叠放在一起，锅具底层将芯层包裹不使石墨芯层外露，并靠近锅具面层底部的边缘；
5)将组装好的各部件和硅-铝钎料在100℃真空干燥箱烘干后，转至真空焊接炉内，以10℃/s的升温速度加热至200℃，保温20min，真空度大于0.05Pa；以8℃/s的升温速度加热至550℃，保温30min，真空度大于0.005Pa；以3℃/s的升温速度加热至600℃，保温60min，真空度大于0.003Pa；
6)焊接完成的部件随炉降温至450℃，取出空冷至室温，将冷却后的胚料经打磨处理后即得具有复合锅底的锅具。
实施例3
具有复合锅底的锅具制备过程如下：
1)选取一块150×150×3mm 304#铸铁板，切割成一个直径为120mm、厚度为3mm的圆盘；将铝合金圆盘进行冲压，形成底部平面直径为96mm具有凹面的锅具面层；
2)另取一块150×150×2mm 304#不锈钢板，切割成一个直径为100mm、厚度为2mm的圆盘，冲压成底部平面直径为94mm具有凹面的锅具底层；
3)选取一块100×100×2mm各向异性的石墨片，切割成直径为90mm、厚度为2mm的石墨圆盘，作为锅具芯层；
4)将锅具面层、芯层、底层依次叠放在一起，锅具底层将芯层包裹不使石墨芯层外露，并靠近锅具面层底部的边缘；
5)将组装好的各部件和硅-铝钎料在100℃真空干燥箱烘干后，转至真空焊接炉内，以10℃/s的升温速度加热至300℃，保温40min，真空度大于0.05Pa；以8℃/s的升温速度加热至550℃，保温40min，真空度大于0.005Pa；以5℃/s的升温速度加热至650℃，保温90min，真空度大于0.003Pa；
6)焊接完成的部件随炉降温至450℃，取出空冷至室温，将冷却后的胚料经打磨处理后即得具有复合锅底的锅具。
实施例4
分别取实施例1-3中所制得的锅具，放置于电磁炉上，调至中火，加入花生油，如图2所示，取5点(锅中心、锅周长方向前、后、左、右)测其温度如下：
表1锅中各点温度测试结果
| 锅中心点 | 点1 | 点2 | 点3 | 点4 | |
| 实施例1 | 178℃ | 176℃ | 175℃ | 177℃ | 176℃ |
| 实施例2 | 185℃ | 184℃ | 184.5℃ | 183.5℃ | 184℃ |
| 实施例3 | 181℃ | 180℃ | 179℃ | 180.5℃ | 180℃ |
由表1中数据可知，锅周边点1-点4温度差异较小，锅中心点与周边各点温度相差较小，表明锅具面层温度分布均匀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有复合锅底的锅具，其特征在于，从内至外依次包括锅具面层、锅具芯层、锅具底层；
所述锅具芯层选自金刚石、石墨、氧化铝、氧化硅、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅或其组合。
2.根据权利要求1所述的具有复合锅底的锅具，其特征在于，所述锅具面层选自不锈钢、铝、铜、钛、铸铁、铝合金、镁合金、铜合金或钛合金。
3.根据权利要求1所述的具有复合锅底的锅具，其特征在于，所述锅具芯层材质为非金属材质，选自金刚石、石墨、氧化铝或碳化硅或其组合。
4.根据权利要求3所述的具有复合锅底的锅具，其特征在于，所述锅具芯层材质为石墨。
5.根据权利要求4所述的具有复合锅底的锅具，其特征在于，所述石墨为各向同性、各向异性、无定形或纳米结构。
6.根据权利要求5所述的具有复合锅底的锅具，其特征在于，所述石墨的高导热率方向与锅具底层是平行的。
7.根据权利要求1所述的具有复合锅底的锅具，其特征在于，所述锅具底层材质是不锈钢、铸铁、碳钢、钛钢、白铁、马口铁或铜。
8.一种权利要求1～7任一项所述的具有复合锅底的锅具的制备方法，其特征在于，具体过程如下：
1)选取一块金属板，切割成圆盘，经冲压，形成锅具面层；
2)另取一块金属板，切割成圆盘，经冲压，形成锅具底层；
3)选取一块非金属板，切割成圆盘，作为锅具芯层；
4)将锅具面层、芯层、底层依次叠放在一起，锅具底层将芯层包裹不使石墨芯层外露，并靠近锅具面层底部的边缘；
5)将组装好的各部件和钎料在真空干燥箱烘干后，转至真空焊接炉内分三步进行真空焊接；
6)焊接完成的部件随炉降温至500℃，取出空冷至室温，将冷却后的胚料经打磨处理后即得具有复合锅底的锅具。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述真空焊接的过程如下：以8～10℃/s的升温速度加热至200-300℃，保温20-40min，真空度大于0.05Pa；以8～10℃/s的升温速度加热至500-550℃，保温20-40min，真空度大于0.005Pa；以1～5℃/s的升温速度加热至600-650℃，保温60-90min，真空度大于0.003Pa。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述钎料选自金-铜钎料、金-镍钎料、银-铜钎料、硼-镍钎料、铝-锰钎料、铝-镁钎料、硅-镁钎料、硅-铝钎料、硼-硅-铝钎料或硅-铝-锌钎料。
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