CN111319324A - 一种炊具用复合材料、不锈钢炊具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于炊具制备技术领域，具体为一种炊具用复合材料、不锈钢炊具及其制作方法，包括由内至外依次设置的不锈钢内衬层、纯铝夹层和铝复合材料外层，其中，铝复合材料外层热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，并由该材料制成不锈钢炊具，制备方法中，采用熔体钎焊工艺用铝复合材料对锅体进行包底。本发明的有益效果是：该材料受热均匀，导热率高，耐热稳定性高达320℃以上，且层与层之间在急速冷却时发生不剥离；本发明的炊具在重复冷热冲击下不脱底，提高炊具使用的可靠性，同时具有良好的烹饪效果，同时，本发明的工艺简单，加工成本低廉，容易实现规模化生产，具有极广的市场前景。

Description

一种炊具用复合材料、不锈钢炊具及其制备方法
技术领域
本发明属于炊具制备技术领域，尤其涉及煮、炸、煎、炒类高温炊具，具体为一种炊具用复合材料、不锈钢炊具及其制作方法。
背景技术
纯铝制炊具因具有质轻、美观、高导热率等优点，但由于铝属于活泼金属，易于与酸性或碱性化合物反应生成溶于水的含铝化合物，现代医学认为，过多的摄入铝后，一部分铝将滞留于脑组织，引发铝性脑病，例如老年性痴呆和早性痴呆等，尽管铝在暴露于空气下会急速形成氧化铝保护膜，但在受到锅铲等坚硬厨具刮擦下薄膜将急速被打破而出露铝，形成食品烧制期间的铝污染源，因此纯铝制炊具只能用于食品与铝隔离的蒸制炊具和存放干类食品，和某些特殊类型炊具(例如不受严重刮擦的电饭锅和高压锅)，而不宜用于煮、炸、煎、炒类高温类炊具。
为了克服纯铝制炊具的上述缺点，在煮、炸、煎、炒类铝制炊具与食料接触的表面上，涂覆了一层聚四氟乙烯(也称作特氟龙)的薄涂层(俗称的不粘锅)，在常温至260℃下涂层对酸和碱是化学惰性的，但这类炊具只适合于低温下使用，在干烧或油温高至300℃下膜层可能受到破坏，并且在使用期间要特别仔细，维护涂层不受到损伤，不能使用铁锅铲或尖锐形状的锅铲，如果涂层破裂或划伤，膜层将不再起到保护膜的作用。
不锈钢具有不锈蚀、强度高和美观等优点，因此被广泛用于各种低温和高温炊具，为了保证人体健康，已推出食品级不锈钢应符合《中华人民共和国国家标准/不锈钢食具容器卫生标准》GB 9684-88，标准对铅、铬、镍、锡、砷的各项含量进行的限定，这类不锈钢包括奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化类不锈钢，例如常规使用的食品级不锈钢牌号为304(也称作18/8不锈钢)，但是不锈钢与铝比较导热率很低(各种不锈钢的导热率为10-30W/(m·℃)，1070铝为236W/(m·℃))，热容低(铁的热熔为0.46×103J/(kg·℃)、铝的热容为0.88×103J/(kg·℃))，因此，不锈钢炊具存在导热性和保温性不好的缺点，极大的影响了食品的烹饪品质。
在铝制品的制造中，越来越多采用轧压连接工艺生产的包括多层不同铝材料的复合板材，尤其是汽车用热交换器(例如汽车空调冷凝器、蒸发器、水箱散热器、油冷却器等部件)的钎焊材料板材。这一技术同样应用于炊具制品，例如复合底不锈钢锅，最常见的是不锈钢-纯铝-不锈钢三层锅，纯铝是夹在中间的芯层，起到快速传热的作用，为了防止锅底脱离，外侧不锈钢起到了固定铝层的作用，但是由于这些材料的热膨胀系数各异，在使用中仍然长期受到机械冲击和反复的热-冷循环冲击下的热膨胀差异而引发微裂纹，一旦微裂纹进入空气，由于空气起到隔热作用，将影响层间的导热性，并因裂纹的开始而造成剥落隐患的存在，尤其是在干烧情形下容易出现锅底脱底。
因此，当前的不锈钢-铝复合锅还存在改进的空间。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种炊具用复合材料，该材料受热均匀，导热率高，耐热稳定性高达320℃以上，且层与层之间在急速冷却时发生不剥离。
本发明的另一个目的是提供一种不锈钢炊具，该炊具在重复冷热冲击下不脱底，同时具有良好的烹饪效果，例如不粘锅、无油烟、加热均匀、聚热力强等。
本发明的再一个目的是提供一种不锈钢炊具的制备方法，该方法得到的炊具可以防止高温冷却循环下掉底的状况发生，提高炊具使用的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种炊具用复合材料，其特征在于：包括由内至外依次设置的不锈钢内衬层、纯铝夹层和铝复合材料外层，其中，铝复合材料外层热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
作为本发明复合材料的优选，所述纯铝夹层的厚度为0.05mm-2mm，所述铝复合材料的厚度为5mm-30mm；
进一步优选地，不锈钢内衬通过热浸铝工艺或轧压连接工艺附着在纯铝夹层一个面上；
进一步优优选地，铝复合材料外层通过熔体钎焊工艺附着在纯铝夹层另一个面上。
作为本发明复合材料的优选，铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料的至少一种。
当铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料时，通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
优选地，当不锈钢内衬为304不锈钢时，硅铝合金中硅的质量含量为18.3％-25.9％；或者对于SiC-铝基复合材料，当SiC的质量含量为14.4％-20.8％；或者对于SiC-硅铝合金复合材料，当SiC+硅的质量含量为18.3％-25.9％时，所获得的铝复合材料与304不锈钢材料的热膨胀系数差值处于±1ppm/℃。
所述不锈钢内衬的材料为奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化类不锈钢中的至少一种。
本发明还提供了一种不锈钢炊具，该炊具包括由上述复合材料制成的锅体，且不锈钢内衬层为所述锅体的内表面；
作为本发明的一种优选方案，本发明的炊具还包括连接在锅体上的手柄。
本发明还提供了一种不锈钢炊具的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
(1)将不锈钢内衬和纯铝夹层制成不锈钢-铝复合板材，对复合板材拉伸成型，得到炊具的预定内部形状，优选地，纯铝夹层厚度为0.05mm-2mm；
(2)在纯铝夹层的外层附着铝复合材料外层进行包底，优选地，铝复合材料外层包底的厚度为5mm-30mm；
其中，铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
本发明制备方法的一些实施例或优选方案中，步骤(2)中，在纯铝夹层外层附着铝复合材料采用熔体钎焊连接工艺，纯铝夹层与铝复合材料外层之间通过钎剂连接在一起；
熔体钎焊连接工艺的具体过程为：得到步骤(1)的结构后，在纯铝夹层外层涂覆钎剂，将铝复合材料加热至熔体后倒入模具，与纯铝夹层在模具中压紧至预定位置，冷却脱模即得铝复合材料包底的不锈钢炊具，即锅体；
上述使用的钎剂优选为氟化物类型的钎剂。
本发明制备方法的另一些实施例或优选方案中，在铝复合材料熔体倒入模具前，对模具涂覆脱模剂，并将模具加热至500-600℃；
铝复合材料的优选加热温度在700-800℃时成为熔体。
本发明制备方法的另一些实施例或优选方案中，不锈钢内衬与纯铝夹层通过热浸铝工艺或轧压连接工艺连接在一起；
本发明使用的铝复合材料优先选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料中的至少一种；通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
本发明的制备方法中，在步骤(2)后，还包括对获得的炊具进行精加工、抛光、接柄、装饰等步骤，得到最终的炊具产品。
作为本发明制备方法的另外一个优选实施例或方案，制备过程包括如下步骤：
S1：将不锈钢内衬与纯铝夹层通过热浸铝工艺或轧压连接工艺获得不锈钢-铝复合板材，对复合板材拉伸成型，得到炊具的预定内部形状；纯铝夹层的厚度为0.05-2mm；
S2：对上述有预定炊具内部形状的纯铝夹层的外层涂覆氟化物类型的钎剂；
S3：制备有预定炊具外部形状的模具，对模具涂覆脱模剂；
S4：将模具加热至500-600℃；
S5：将预定成分的铝复合材料加热至700-800℃成为熔体，使得：铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；具体为：
铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料中的至少一种；通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；
S6：将预定数量的熔体倒入涂覆有脱模剂的模具中；
S7：将步骤S3的不锈钢炊具基体放入模具压紧至预定位置；使得铝复合材料外层包底的厚度为5mm-30mm；
S8：冷却模具至500℃以下脱模，得到锅体；
S9：对获得的炊具进行精加工、抛光、接柄、装饰等，获得最终炊具。
在上述步骤S2中，涂覆的氟化物类型的钎剂可以是任意铝合金钎焊用的钎剂，氟化物包括但不限于KF、AlF3、KAlF4、K2AlF5、K3AlF6、CsF、RbF、LiF、NaF和CaF2、其单一或两类以上的化合物的混合物组合、或这些化合物的熔合和凝固产物，在熔体钎焊中，氟化物起到去除炊具粗坯铝表面的氧化膜的作用，使铝表面与锅底形成牢固的结合，氟化物可以与水或其它溶剂混合，采用普通涂覆方式，例如刷涂、辊涂、蘸涂等方式涂覆于炊具粗坯的的铝层上，并随后自然干燥、风干或烘干除掉水或溶剂。
作为本发明制备方法的另外一个优选实施例，制备过程为：
首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体，锅体材料采用304不锈钢，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过热浸铝工艺在锅体的外表面上涂覆0.2mm厚度的纯铝夹层；使用氟铝酸钾(K3AlF6)作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层，涂布量为1.2g/m2；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用硅铝合金作为铝复合材料外层进行包底，控制硅铝合金中的硅(Si)数量为22.1，并按预定成分在熔炼炉中制备出Al-22 Si的熔体，熔体温度750℃，在该温度下保温；
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具，对石墨模具内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具预热至570℃；
将700克Al-22 Si的熔体倒入石墨模具的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于硅铝合金熔体上方，使锅体边缘与石墨模具顶面贴合；
然后冷却至400℃以下，硅铝合金熔体凝固成锅底后，从石墨模具中取出硅铝合金复合包底不锈钢锅，其中硅铝合金包底厚度为12mm；
对上述获得的铝复合材料包底不锈钢锅进行精加工、抛光、接柄、装饰，获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：设计外覆层的铝复合材料热膨胀系数，使其与不锈钢材料的热膨胀系数差异处于±1ppm/℃，可以降低因热膨胀系数差异过大而造成层间剥离；使用的纯铝夹层的厚度在0.05mm-2mm之间，在冷热循环冲击下呈现出很小的体积收缩量，由热膨胀系数差异产生的剥离力不会产生层间脱层现象，同时，铝复合材料包底层的厚度处于5mm-30mm之间，使得本发明的不锈钢炊具不仅在重复冷热冲击下不脱底，而且可以呈现出优异的烹饪效果，与普通炊具相比，这些效果体现于不粘锅、无油烟、加热均匀、聚热力强、对蔬菜类具有爆炒效果、在连续炒菜中在不影响菜品的情形下时间缩短等优点。综上所述，本发明的铝复合材料包底不锈钢炊具的各种性能，等同或超越了当前使用的不锈钢-铝-不锈钢炊具，并且工艺简单，加工成本低廉，容易实现规模化生产，具有极广的市场前景。
附图说明
图1为本发明铝复合材料包底不锈钢炊具的圆柱形全包底炊具的示意图；
图2为本发明铝复合材料包底不锈钢炊具的截头球形底部包底炊具的示意图；
图3为本发明铝复合材料包底不锈钢炊具的圆柱形底部包底炊具的示意图；
图4表示根据304不锈钢的热膨胀系数，如何按外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，确定硅铝合金中的硅数量；
图5表示根据304不锈钢的热膨胀系数，如何按外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，确定SiC-铝(纯铝)基复合材料中的SiC数量；
图6表示根据304不锈钢的热膨胀系数，如何按外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，确定SiC-硅铝合金复合材料中的SiC+Si数量；
图7为使用发明的制备方法制备铝复合材料包底不锈钢炊具的成型集成示意图；
图8为按本发明设计的工艺所制作的炒锅实物的剖面图。
图中，1、不锈钢内衬，2、纯铝夹层，3、铝复合材料外层，4、石墨模具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅仅用于说明本发明的内容而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员对本发明所作的各种等价形式的改动或修改，同样落于本申请权利要求书所限定的范围。
应当说明的是，在本发明的上下文中，除非有其它方式描述，所有的比例和百分比都是重量单位。
由以下参考附图对本发明的详述，将突显本发明具有的优势和目的。
图1为本发明不锈钢炊具的圆柱形底部全包底炊具的附图(深锅)，该铝复合材料包底不锈钢炊具由三层结构组成，不锈钢内衬1、纯铝夹层2和铝复合材料外层3，该类结构的炊具是典型蒸煮类炊具。与图1结构类似，图2为本发明不锈钢炊具的截头球形底局部包底炊具的附图，该结构是典型的炒锅(中深锅)；图3为本发明不锈钢炊具的圆柱形底部局部包底炊具的附图(浅锅)，该结构是典型是烤锅或煎锅。由成熟技术应该理解，图1-3所示的尽管是圆筒形和截头球体形，但作为炊具而言，外形也可以根据要求呈其它各种形状，例如类截头球体壳状、类截头球体平底状、圆柱-平底小圆弧过度、圆柱-平底大圆弧过度、截头圆锥体圆弧过渡等以及各种形状的组合。同时根据使用要求，锅底可以是全包底(例如图1)或部分包底(例如图2、3)。
在本发明中，不锈钢内衬1和纯铝夹层2共同构成了炊具的粗坯，不锈钢内衬1和纯铝夹层2复合体可以通过已知技术制作，例如对不锈钢内衬1成型后对锅底表面采用热浸铝工艺，或轧压连接工艺，与纯铝夹层2构成不锈钢-铝复合板材，随后对复合板材拉伸成型，不锈钢内衬1的厚度可以是已知不锈钢炊具采用的任意厚度，纯铝夹层2的厚度为0.05-2mm。由此获得的粗坯将投入发明的下一步制作程序。在本发明中，不锈钢内衬1的形状是最终炊具的内部形状，在炊具使用期间，不锈钢层与食料产生直接接触，纯铝夹层2起到不锈钢层与锅底之间的中间连接层的作用。
由于纯铝夹层2的厚度很小，在冷热循环冲击下呈现出很小的体积收缩量，由热膨胀系数差异产生的剥离力不会产生层间脱层现象，如果厚度低于0.05mm，可能导致覆盖率不够而露出不锈钢材质，而超过2mm，可能因覆层体收缩量过大而提高层间的剥离力，导致脱离。因此，在不锈钢-铝复合板材中，铝膜的厚度将优选在保证对不锈钢材料高覆盖率(例如100％或99％以上)前提下，铝层尽可能薄。
在此使用的不锈钢是食品级不锈钢，符合《中华人民共和国国家标准/不锈钢食具容器卫生标准》GB 9684-88，这类不锈钢包括奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢和沉淀硬化类不锈钢，这些不锈钢种类超过100多个型号，可以根据炊具的设计要求来选择适合类型的不锈钢，这些不锈钢的热膨胀系数处于9.3-17.3ppm/℃之间的很宽范围(例如参见GB/T 20878-2007《不锈钢和耐热钢牌号和化学成分》)。
在此使用的术语“炊具”、“锅”具有等同含义，在此的炊具是指受热类型的炊具，尤其是高温下使用的炊具，例如煮、炒、煎、炸等炊具或锅具，通过本发明，可以使这类炊具能承受320℃或以上的高温(油的沸点为320℃)，并在受急速冷却(例如注入冷水)下锅底不脱离。
发明的不锈钢炊具使用铝复合材料外层3包底，铝复合材料外层3的类别择自于硅铝合金、SiC-铝基复合材料和Si-硅铝合金复合材料，选择这类材料的原因在于：在发明者初期实验中发现，当不锈钢材料与铝复合材料之间的热膨胀系数的差异过大时，尽管采用上述的铝复合材料包覆不锈钢材料的措施，不论外覆层铝复合材料的包覆厚度如何，在反复的冷热冲击的循环下，都会产生掉底，而当不锈钢材料与外包覆层的铝复合材料的热膨胀系数之间的差为±1ppm/℃，外包覆层铝复合材料的掉底(或剥离)现象概率可得到大幅的减少。
由于炊具用不锈钢的热膨胀系数范围处于较宽范围(9.3-17.3ppm/℃)，因此，将要设计外覆层的铝复合材料热膨胀系数，使其与不锈钢材料的热膨胀系数差异处于±1ppm/℃，来降低因热膨胀系数差异过大而造成层间剥离。对于硅铝合金而言，可以通过调节硅数量来调节材料的热膨胀系数(参见图4所示的硅铝合金的硅含量与热膨胀系数之间的关系)；作为SiC-铝基复合材料而言，可以通过调节SiC的数量来调节材料的热膨胀系数(参见图5所示的硅铝合金的硅含量与热膨胀系数之间的关系)；作为SiC-硅铝合金复合材料而言，可以通过调节SiC+硅铝合金中的Si数量来调节材料的热膨胀系数(参见图6所示的硅铝合金的SiC+Si含量与热膨胀系数之间的关系)。而工业纯铝、硅、SiC的热膨胀系数分别为23.5、2.5和4.5ppm/℃，因此由这些材料构成的硅铝合金、SiC-铝基复合材料和SiC-硅铝合金复合材料的可调热膨胀系数，涵盖了各种食品级不锈钢的热膨胀系数范围，即可以满足：
铝材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
图4-6同样也表示出不锈钢与铝材料热膨胀系数设计的方法，在此示意性方案是典型用于炊具的食品级不锈钢304(也称作18/8不锈钢)，其热膨胀系数为17.2ppm/℃，按照17.2±1ppm/℃的区间，对于硅铝合金而言，当硅数量为18.3-25.9％；对于SiC-铝基复合材料而言，当SiC数量为20.3-29.0％；对于SiC-硅铝合金复合材料而言，当SiC+硅数量为14.4-20.8％时，所获得的合金或复合材料与所选择不锈钢304材料的热膨胀系数差值处于±1ppm/℃。
值得一提的是，在此使用的术语“SiC”或“碳化硅”，是为了描述便利起见，碳化硅是一种典型的铝合金增强性陶瓷类颗粒之一，对于铝合金的热膨胀系数调节而言，从技术角度出发可以采用多类增强材料，不限定的包括碳化物颗粒(SiC、TiC等)、氧化物(Al2O3、TiO2等)、氮化物(Si3N4、AlN等)、硼化物(TiB2、B4C等)和石墨，从可获取性，适用效果和经济性上考虑，优选SiC。
对于本发明的熔体钎焊工艺构成的铝复合材料外层3包底的厚度而言，将处于5mm-30mm范围，研究发现，当处于这一范围下，本发明的不锈钢炊具不仅在重复冷热冲击下呈不脱底的效果，而且惊异的发现，其可以呈现出优异的烹饪效果，与普通炊具相比，这些效果体现于不粘锅、无油烟、加热均匀、聚热力强、对蔬菜类具有爆炒效果、在连续炒菜中在不影响菜品的情形下时间缩短等优点。铝复合材料外层3包底的厚度如果低于5mm，则这些优势将被削弱，而厚度高于30mm，炒制优势效果不会进一步提升，同时增加了锅身重量，对操作带来不便，因此，可以在上述范围内根据炊具的具体使用操作要求和要求的效果折中选择，进一步优选在保证烹饪质量和上述优势的前提下，铝复合材料外层3包底尽可能“薄”来实现轻质效果。
为了防止炊具高温冷却循环下掉底的状况，提高炊具使用的可靠性，本发明进一步提供一种不锈钢炊具的制作方法，在此称作为“熔体钎焊”法(兼具铸造法和钎焊法的部分特征)，方法包括：
S1：将不锈钢内衬1与纯铝夹层2通过热浸铝工艺或轧压连接工艺获得不锈钢-铝复合板材，对复合板材拉伸成型，得到具有预定炊具的内部形状；纯铝夹层的厚度为0.05-2mm；
S2：对上述有预定炊具内部形状的纯铝夹层2的外层涂覆氟化物类型的钎剂；
S3：制备有预定炊具外部形状的模具，对模具涂覆脱模剂；
S4：将模具加热至500-600℃；
S5：将预定成分的铝复合材料加热至700-800℃成为熔体，使得：铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；
S6：将预定数量的熔体倒入涂覆有脱模剂的模具中；
S7：将步骤S3的不锈钢炊具基体放入模具压紧至预定位置，使得铝复合材料包底层的厚度为5-30mm；
S8：冷却模具至500℃以下脱模，得到锅体；
S9：对获得的炊具进行精加工、抛光、接柄、装饰等，获得最终炊具。
在上述步骤S2中，涂覆的氟化物类型的钎剂可以是任意铝合金钎焊用的钎剂，氟化物不限定的包括KF、AlF3、KAlF4、K2AlF5、K3AlF6、CsF、RbF、LiF、NaF和CaF2、其单一或两类以上的化合物的混合物组合、或这些化合物的熔合和凝固产物，在熔体钎焊中，氟化物起到去除炊具粗坯铝表面的氧化膜的作用，使铝表面与锅底形成牢固的结合，氟化物可以与水或其它溶剂混合，采用普通涂覆方式，例如刷涂、辊涂、蘸涂等方式涂覆于炊具粗坯的的铝层上，并随后自然干燥、风干或烘干除掉水或溶剂。
在上述步骤S3中，所使用的模具可以是普通铸造用的任意类型的耐热材料，例如在本发明中，从适用性和经济性出发，选择为石墨。
在上述步骤S5中，铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料中的至少一种；通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料外层热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
根据上面描述，下面再通过列举本发明的具体实施例来对本发明的技术方案做进一步说明。
实施例1：
本实施例以硅铝合金作为铝复合材料对锅体包底。
图7为使用发明的熔体钎焊工艺制作铝材料复合包底不锈钢锅的成型集成。
首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体1，锅体1材料采用304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过热浸铝工艺在锅体的外表面上涂覆0.2mm厚度的纯铝夹层2；使用氟铝酸钾(K3AlF6)作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层(涂布量1.2g/m2)；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用硅铝合金作为铝复合材料外层3，按以上等式结合硅铝合金的随硅数量的热膨胀系数变化曲线(图4)，设定硅铝合金中的硅(Si)数量为22.1，并按预定成分在熔炼炉中制备出Al-22 Si的熔体，熔体温度750℃，在该温度下保温。
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具4，对石墨模具4内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具4预热至570℃。
按图7所示，将约700克Al-22 Si的熔体倒入石墨模具4的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于硅铝合金熔体上方，锅边缘与石墨模具4顶面贴合。
图7所示的成型集成冷却至400℃以下，硅铝合金熔体凝固成锅底后，从石墨模具4中，取出硅铝合金复合包底不锈钢锅，本示例中硅铝合金包底厚度为12mm。
对上述获得的铝材料复合包底不锈钢锅进行精加工；抛光；接柄；装饰等，由此获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
图8展示了按本发明设计的工艺所制作的炒锅的实物剖面图。按此发明设计方式和使用发明工艺制作出该铝复合材料包底不锈钢锅，呈现出在重复冷热冲击下呈不脱底的效果，并与普通炊具相比呈现出优异的烹饪效果，这些效果体现于不粘锅、无油烟、加热均匀、聚热力强、对蔬菜类具有爆炒效果、在连续炒菜中在不影响菜品的情形下时间缩短等优点。
实施例2：
本实施例仍以硅铝合金作为铝复合材料对锅体包底，包底的厚度有所不同。
首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体1，锅体1材料采用304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过热浸铝工艺在锅体的外表面上涂覆2.0mm厚度的纯铝夹层2；使用氟铝酸钾(K3AlF6)作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层(涂布量1.0g/m2)；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用硅铝合金作为铝复合材料外层3，按以上等式结合硅铝合金的随硅数量的热膨胀系数变化曲线(图4)，设定硅铝合金中的硅(Si)数量为18.3，并按预定成分在熔炼炉中制备出Al-18.3Si的熔体，熔体温度750℃，在该温度下保温。
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具4，对石墨模具4内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具4预热至570℃。
按图7所示，将约300克Al-22 Si的熔体倒入石墨模具4的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于硅铝合金熔体上方，锅边缘与石墨模具4顶面贴合。
图7所示的成型集成冷却至400℃以下，硅铝合金熔体凝固成锅底后，从石墨模具4中，取出硅铝合金复合包底不锈钢锅，本示例中硅铝合金包底厚度为5mm。
对上述获得的铝材料复合包底不锈钢锅进行精加工；抛光；接柄；装饰等，由此获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
实施例3：
本实施例中设定硅铝合金中的硅(Si)数量为25.9，其他过程与实施例1相同。得到的硅铝合金包底厚度为10mm的炊具。
实施例4：
本实施例以SiC-硅铝合金作为铝复合材料对锅体包底为例。
实施例1、实施例2仅仅展示了以硅铝合金作为铝材料复合包底，而使用SiC-铝复合材料和SiC-硅铝合金复合材料也可以实现硅铝合金的同等效果。特别是SiC-硅铝合金，参见图6，对于上述的304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，SiC+Si的数量可以低于20(数量17.6±3.2)，呈现出SiC与硅铝合金中Si二者的协同效应，例如可以使用Al-8Si+9.6SiC的组合，给予了不锈钢锅的铝复合材料包底良好延展性和加工性(例如车削、轧制等)，可以给予锅底更多的设计空间，并可降低后续加工的成本。
以SiC-硅铝合金制备炊具的具体过程如下：首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体1，锅体1材料采用304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过热浸铝工艺在锅体的外表面上涂覆1.0mm厚度的纯铝夹层2；使用氟铝酸钾(K3AlF6)作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层(涂布量1.2g/m2)；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用SiC-硅铝合金作为铝复合材料外层3，按以上等式结合SiC-硅铝合金复合材料中的SiC+Si数量的热膨胀系数变化曲线(图6)，设定SiC-硅铝合金中的SiC+硅数量数量为17.6，并按预定成分在熔炼炉中制备出Al-8Si+9.6SiC的熔体，熔体温度700℃，在该温度下保温。
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具4，对石墨模具4内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具4预热至570℃。
将约1700克Al-8Si+9.6SiC的熔体倒入石墨模具4的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于硅铝合金熔体上方，锅边缘与石墨模具4顶面贴合。如图7所示的成型集成。
然后冷却至400℃以下，SiC-硅铝合金复合材料熔体凝固成锅底后，从石墨模具4中，取出SiC-硅铝合金复合材料包底不锈钢锅，本示例中SiC-硅铝合金复合材料包底厚度为30mm。
对上述获得的铝材料复合包底不锈钢锅进行精加工；抛光；接柄；装饰等，由此获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
实施例5：
以SiC-硅铝合金制备炊具的具体过程如下：首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体1，锅体1材料采用304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过热浸铝工艺在锅体的外表面上涂覆0.2mm厚度的纯铝夹层2；使用氟铝酸钾(K3AlF6)作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层(涂布量1.2g/m2)；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用SiC-硅铝合金作为铝复合材料外层3，按以上等式结合SiC-硅铝合金复合材料中的SiC+Si数量的热膨胀系数变化曲线(图6)，设定SiC-硅铝合金中的SiC+硅数量数量为20.8，并按预定成分在熔炼炉中制备出Al-8Si+12.8SiC的熔体，熔体温度750℃，在该温度下保温。
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具4，对石墨模具4内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具4预热至570℃。
将约700克Al-8Si+12.8SiC的熔体倒入石墨模具4的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于硅铝合金熔体上方，锅边缘与石墨模具4顶面贴合。如图7所示的成型集成。
然后冷却至400℃以下，SiC-硅铝合金复合材料熔体凝固成锅底后，从石墨模具4中，取出SiC-硅铝合金复合材料包底不锈钢锅，本示例中SiC-硅铝合金复合材料包底厚度为15mm。
对上述获得的铝材料复合包底不锈钢锅进行精加工；抛光；接柄；装饰等，由此获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
实施例6：
以SiC-硅铝合金制备炊具的具体过程如下：首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体1，锅体1材料采用304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过热浸铝工艺在锅体的外表面上涂覆0.08mm厚度的纯铝夹层2；使用氟铝酸钾(K3AlF6)作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层(涂布量1.2g/m2)；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用SiC-硅铝合金作为铝复合材料外层3，按以上等式结合SiC-硅铝合金复合材料中的SiC+Si数量的热膨胀系数变化曲线(图6)，设定SiC-硅铝合金中的SiC+硅数量数量为14.4，并按预定成分在熔炼炉中制备出Al-6Si+8.4SiC的熔体，熔体温度750℃，在该温度下保温。
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具4，对石墨模具4内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具4预热至570℃。
将约700克Al-6Si+8.4SiC的熔体倒入石墨模具4的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于硅铝合金熔体上方，锅边缘与石墨模具4顶面贴合。如图7所示的成型集成。
然后冷却至400℃以下，SiC-硅铝合金复合材料熔体凝固成锅底后，从石墨模具4中，取出SiC-硅铝合金复合材料包底不锈钢锅，本示例中SiC-硅铝合金复合材料包底厚度为13mm。
对上述获得的铝材料复合包底不锈钢锅进行精加工；抛光；接柄；装饰等，由此获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
实施例7：
本实施例以SiC-铝基复合材料作为铝复合材料对锅体包底为例。
首先通过不锈钢板材拉伸工艺，制备出锅体1，锅体1材料采用304不锈钢(热膨胀系数17.2ppm/℃)，尺寸为Φ300×80(高)×3(厚)mm；通过轧压工艺在锅体的外表面上覆盖0.05mm厚度的纯铝夹层2；使用K2AlF5作为钎剂，用水将钎剂调成浆料，采用刷涂方式在纯铝层上涂覆一层钎剂薄层(涂布量1.2g/m2)；
按照外层铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃，对应所采用的304不锈钢，使用SiC-铝基复合材料作为铝复合材料外层3，按以上等式结合SiC-铝基复合材料的随SiC数量的热膨胀系数变化曲线(图5)，设定SiC-铝基复合材料的SiC数量数量为24，并按预定成分在熔炼炉中制备出24SiC-Al的熔体，熔体温度800℃，在该温度下保温。
按铝复合材料包底不锈钢锅的设计外形，制备出对应型腔的石墨模具4，对石墨模具4内部涂覆脱模剂，并将带脱模剂的石墨模具4预热至600℃。
按图7所示，将约700克24SiC-Al的熔体倒入石墨模具4的型腔，并快速将所制备的带有涂覆铝层和钎剂层的不锈钢锅体放置于SiC-铝基复合材料熔体上方，锅边缘与石墨模具4顶面贴合。
图7所示的成型集成冷却至500℃以下，SiC-铝基复合材料熔体凝固成锅底后，从石墨模具4中，取出SiC-铝基复合材料包底不锈钢锅，本示例中SiC-铝基复合材料包底厚度为12mm。
实施例8：
本实施例的实施过程与实施例7相同，所不同的是，设定SiC-铝基复合材料的SiC数量为20.3，得到SiC-铝基复合材料包底不锈钢锅，其中SiC-铝基复合材料包底厚度为11mm。
实施例9：
本实施例的实施过程与实施例7相同，所不同的是，设定SiC-铝基复合材料的SiC数量数量为29，得到SiC-铝基复合材料包底不锈钢锅，其中SiC-铝基复合材料包底厚度为14mm。
对上述获得的铝材料复合包底不锈钢锅进行精加工；抛光；接柄；装饰等，由此获得本发明的铝复合材料包底不锈钢锅。
本发明的技术方案同样适用于其他形状和尺寸的炊具，上面只是对一种锅型采用不同铝复合材料外层包底的炊具加工工艺进行了详述，并对该锅型的铝复合材料外层中硅或碳化硅的数量调节方法进行了举例说明，通过本发明的方法调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；
进而实现炊具不易脱底及对烹饪效果的改善；需要说明的是，如果更换不锈钢的种类，同样可以根据该种不锈钢的热膨胀系数来确定铝复合材料外层的类型与含量，本发明在此不做描述。
与普通炊具相比，本发明的铝复合材料包底不锈钢炊具的各种性能，等同或超越了当前使用的不锈钢-铝-不锈钢炊具，并且工艺简单，加工成本低廉，容易实现规模化生产，具有极广的市场前景。以上已对本发明进行了全面描述，其所述实施方式仅是本发明的优选实施方式，但应该理解，在不脱离本发明原理的前提下，由本领域技术熟练人员可以对其予以改进和变化，这些改进、变化或等值物将属于本发明的范围。

Claims (10)

1.一种炊具用复合材料，其特征在于：包括由内至外依次设置的不锈钢内衬层、纯铝夹层和铝复合材料外层，其中，铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述纯铝夹层的厚度为0.05mm-2mm，所述铝复合材料的厚度为5mm-30mm；
优选地，所述不锈钢内衬通过热浸铝工艺或轧压连接工艺附着在所述纯铝夹层一个面上；
优选地，所述铝复合材料外层通过熔体钎焊工艺附着在所述纯铝夹层另一个面上。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料的至少一种。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；
优选地，当不锈钢内衬为304不锈钢时，硅铝合金中硅的质量含量为18.3％-25.9％；或者对于SiC-铝基复合材料，当SiC的质量含量为20.3％-29.0％；或者对于SiC-硅铝合金复合材料，当SiC+硅的质量含量为14.4％-20.8％％时，所获得的铝复合材料与304不锈钢材料的热膨胀系数差值处于±1ppm/℃。
5.一种不锈钢炊具，其特征在于包括由权利要求1-4任一项所述的复合材料制成的锅体，且所述不锈钢内衬层为所述锅体的内表面；
优选地，还包括连接在所述锅体上的手柄。
6.一种不锈钢炊具的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将不锈钢内衬和纯铝夹层制成不锈钢-铝复合板材，对复合板材拉伸成型，得到炊具的预定内部形状，优选地，纯铝夹层厚度为0.05-2mm；
(2)在纯铝夹层的外层附着铝复合材料外层进行包底，优选地，铝复合材料的厚度为5-30mm；
其中，铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在纯铝夹层外层附着铝复合材料采用熔体钎焊连接工艺，纯铝夹层与铝复合材料外层之间通过钎剂连接在一起；
熔体钎焊连接工艺的具体过程为：得到步骤(1)的结构后，在纯铝夹层外层涂覆钎剂，将铝复合材料加热至熔体后倒入模具，与纯铝夹层在模具中压紧至预定位置，冷却脱模即得铝复合材料包底的不锈钢炊具，即锅体；
优选地，所述钎剂为氟化物类型的钎剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：铝复合材料熔体倒入模具前，对模具涂覆脱模剂，并将模具加热至500-600℃；
优选地，铝复合材料的加热温度在700-800℃时成为熔体。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述不锈钢内衬与所述纯铝夹层通过热浸铝工艺或轧压连接工艺连接在一起；
优选地，所述铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料中的至少一种；通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃。
优选地，所述步骤(2)后，还包括对获得的炊具进行精加工、抛光、接柄、装饰等步骤。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：将不锈钢内衬与纯铝夹层通过热浸铝工艺或轧压连接工艺获得不锈钢-铝复合板材，对复合板材拉伸成型，得到预定炊具的内部形状，纯铝夹层的厚度为0.05mm-2mm；
S2：对上述有预定炊具内部形状的纯铝夹层的外层涂覆氟化物类型的钎剂；
S3：制备有预定炊具外部形状的模具，对模具涂覆脱模剂；
S4：将模具加热至500-600℃；
S5：将预定成分的铝复合材料加热至700-800℃成为熔体，使得：铝复合材料热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；具体为：
铝复合材料选自硅铝合金、SiC-铝基复合材料或SiC-硅铝合金复合材料中的至少一种；通过调节硅铝合金中的硅含量，或SiC-纯铝基复合材料中Si的数量，或SiC-硅铝合金复合材料中SiC+硅铝合金中Si的数量，来调节铝材料的热膨胀系数，使得：
铝复合材料外层热膨胀系数＝不锈钢材料热膨胀系数±1ppm/℃；
S6：将预定数量的熔体倒入涂覆有脱模剂的模具中；
S7：将步骤S3的不锈钢炊具基体放入模具压紧至预定位置；使得铝复合材料包底层的厚度为5mm-30mm；
S8：冷却模具至500℃以下脱模，得到锅体；
S9：对获得的炊具进行精加工、抛光、接柄、装饰等，获得最终炊具。
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