CN111698799A - 烹饪用非金属发热盘及其制备方法和加热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烹饪用非金属发热盘，依次包括玻璃片、陶瓷基板、绝缘釉层和发热体，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层设于陶瓷基板的背面，所述发热体设于绝缘釉层上。相应的，本发明还公开一种烹饪用非金属发热盘的制备方法，以及采用上述烹饪用非金属发热盘的加热装置。本发明设计了非金属发热盘，并采用割底的非金属壶体和非金属发热盘连接，形成一体式的全玻璃壶体，能同时解决成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等问题。
Description
技术领域
本发明涉及家用电器技术领域，特别涉及一种烹饪用非金属发热盘及其制备方法，以及一种采用上述烹饪用非金属发热盘的加热装置。
背景技术
水壶是生活的必需品，从煤气烧水壶到智能塑料电水壶，到不锈钢电水壶，再到半玻璃水壶、全玻璃水壶，产品在不断更新换代。玻璃物理特性稳定、安全、干净，不会与加热的食品产生化学反应，不会有重金属的隐忧，玻璃的透明体可以穿透远红外线，提升水质、优化水源。
目前的全玻璃水壶大体有这样几种技术：透明纳米膜、碳膜和厚膜。前二种功率衰减快，已被各家厂商所放弃，后者功率稳定性好，但工艺要求高，对玻璃本体的加工指标要求严格，例如：平滑度，厚度的均匀度，致密性，不能有气泡、坑洼等。上述指标中，任何一项达不到标准，电热膜易产生热结，及微闪放电，瞬时温升高，最终导致玻璃体破碎。而且，发热膜需要与玻璃的温度特性、热膨胀系数匹配，同时还要与玻璃能够良好的粘附、浸润。且发热膜的浆料调制后还要烧制和测试，测试周期长，不确定因素大，一旦玻璃的物性变化又要花较长时间重新调制。
以目前玻璃国内外的行业加工水平，很难满足上述加工指标。于是以成本高昂的石英玻璃来替代经济性好的硼硅玻璃的解决方法应运而生。然而，石英玻璃的成本是硼硅玻璃的几十倍，虽然石英的厚薄、平滑性、气泡坑洼均优于硼硅，但石英熔点高，壶体成型加工难，成本巨大，不能量产。
为了解决玻璃材质的固有缺陷，这些年出现了另外的一些解决方案，例如：割底玻璃壶体，即用金属发热盘以及硅胶密封圈，嵌入在割底玻璃壶体上，形成一种伪全玻璃养生壶。由于金属发热盘直接和加热液体接触，虽然可以提高传热效率，但是其破坏了全玻璃的理念，热煮食物的过程中，食物与硅胶化学反应，导致污染、变色、重金属超标。而且，密封圈和发热体过渡的地方常常也是清理的死角，不能保证安全卫生。此外，上述结构的密封一致性不好，不能实现量产。
又如：将发热膜直接附着在壶体上，由于壶体材料导热不佳，容易造成局部过热，使得发热膜过热而烧蚀，还可能因壶体材料冷热收缩不均而造成壶体破裂。
再如：外置辐射的方案，即在玻璃壶底部放置石英加热管，对盛水玻璃容器进行加热，其缺点是：底部热量高，可见光刺眼，控制系统不准确等。
另一方面，金属发热盘是目前市场所有液体加热器的主流配件，其优点是技术成熟，性价比高，缺点是金属发热盘在加工过程当中，需要整形抛光拉丝处理，造成了环境污染，并在金属表面留下了大量的细小拉痕，其表面虽然好看，但容易结污垢。而且，发热管在发热盘的结合为线性环状分布，发热区域集中在底部整体盘面较小的区域，90％的面积靠间接传导，温区的分布极不均匀，温差比较大，环状的高温区，很容易氧化并快速的集聚水垢，水垢的导温系数极低，致使再次使用时高温区的温度会更高，反过来又会集聚更多更厚的水垢，造成恶性循环，快速破坏金属表面，容易产生水锈，并析出重金属。另外，与壶体及加热容器的连接大多使用硅胶，该硅胶设于壶体内部,与液体接触。在液体加热的过程中，硅胶会很快的产生塑料老化产物、水垢、水锈等附着物，很难清洗，且密封硅胶用久了，会老化，产生异味渗水。
即，目前的全玻璃水壶的方案无法同时满足成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等要求，现有的发热盘也无法满足环保、热量传导快，发热均匀，不易结污垢，清洗容易等要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种环保、热量传导快，发热均匀，不易结污垢，清洗容易的烹饪用非金属发热盘。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种制备烹饪用非金属发热盘的方法，方法简单，成本可控，市场前景好。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种烹饪用非金属加热装置，加热装置的壶体实现全非金属制作，能同时解决加热快速且均匀、成本较低、安全、可量产、清洗容易等问题。
为达到上述技术效果，本发明提供了一种烹饪用非金属发热盘，依次包括玻璃片、陶瓷基板、绝缘釉层和发热体，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层设于陶瓷基板的背面，所述发热体设于绝缘釉层上；
其中，所述陶瓷基板的膨胀系数<7.5×10-6K-1；
所述玻璃片的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，且所述玻璃片的热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述陶瓷基板和玻璃片烧结的温度为700～1000℃。
作为上述技术方案的改进，所述陶瓷基板的厚度为1-5mm，所述玻璃片的厚度为0.1-0.5mm；
所述陶瓷基板的热导系数>1.0W·K-1·m-1，其为氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、堇青石陶瓷板、莫来石陶瓷板、氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板；
所述玻璃片的软化温度<1000℃，其为高硼硅玻璃片、硅铝玻璃片或微晶玻璃片；
所述陶瓷基板与玻璃片的接触面的粗糙度为0.8到3.6。
作为上述技术方案的改进，所述绝缘釉层由绝缘介质浆料制成，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述绝缘介质浆料的软化温度<1000℃，且所述绝缘介质浆料的软化温度低于所述玻璃片的软化温度100℃；
所述绝缘介质浆料的交流电击穿强度>3000V。
相应的，本发明还提供了一种烹饪用非金属发热盘的制备方法，包括：
选用膨胀系数<7.5×10-6K-1的陶瓷基板，对其表面打磨；
选用膨胀系数<7.5×10-6K-1的玻璃片，所述玻璃片的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
将陶瓷基板和玻璃片相贴合，并通过烧结形成一体结构，得到表面覆有玻璃片的陶瓷基板；
在陶瓷基板的背面印刷绝缘介质浆料，通过烧结形成绝缘釉层；
在绝缘釉层的表面印刷发热电路，形成发热体。
相应的，本发明还提供了一种烹饪用非金属加热装置，包括非金属壶体、位于所述非金属壶体底部的发热体以及与所述非金属壶体相连接的底座；
所述非金属壶体包括壶身、与所述壶身相连接的壶底、以及用于接地的接地结构；
所述壶底依次包括玻璃片、陶瓷基板和绝缘釉层，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层设于陶瓷基板的背面，所述发热体设于绝缘釉层上；
其中，所述陶瓷基板的膨胀系数<7.5×10-6K-1；
所述玻璃片的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，且所述玻璃片的热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述陶瓷基板和玻璃片烧结的温度为700～1000℃。
作为上述技术方案的改进，所述陶瓷基板的厚度为1-5mm，所述玻璃片的厚度为0.1-0.5mm；
所述陶瓷基板的热导系数>1.0W·K-1·m-1，其为氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、堇青石陶瓷板、莫来石陶瓷板、氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板；
所述玻璃片的软化温度<1000℃，其为高硼硅玻璃片、硅铝玻璃片或微晶玻璃片；
所述陶瓷基板与玻璃片的接触面的粗糙度为0.8到3.6。
作为上述技术方案的改进，所述绝缘釉层由绝缘介质浆料制成，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述绝缘介质浆料的软化温度<1000℃，且所述绝缘介质浆料的软化温度低于所述玻璃片的软化温度100℃；
所述绝缘介质浆料的交流电击穿强度>3000V。
作为上述技术方案的改进，所述壶身为割底的非金属壶身，包括侧壁而不设有底部，所述侧壁形成中空的壶体结构；
所述壶身的底部向外或向内延伸形成一平整部。
作为上述技术方案的改进，所述壶身与壶底通过玻璃粉涂料成型为一体结构，所述玻璃粉涂料为由0.5～20wt％玻璃粉、50～90wt％金属粉和5～30wt％有机组分制成的膏状物；
其中，所述玻璃粉包括SiO25～60％，Al2O35～30％，B2O32～30％，CaO 0～15％，MgO0～5％，Bi2O30～70％，ZnO 0～50％，Li2O 0～10％，P2O50～5％，TiO20～5％，ZrO20～5％；
所述金属粉为金粉、银粉、铜粉、钨粉、钯粉、铂粉中的一种或几种。
作为上述技术方案的改进，所述壶身与壶底通过密封连接件固定为一体结构，所述密封连接件包括紧固件和硅胶，所述紧固件和硅胶设于所述壶身和壶底相接触处的外部。
作为上述技术方案的改进，所述接地结构包括导电体和接地件；
所述导电体设于所述壶底的表面或者内部，或者贯穿所述壶底；
所述接地件与所述导电层相互抵接。
作为上述技术方案的改进，所述导电体为贯穿所述壶底的导电柱，所述接地件与所述导电柱相互抵接，所述导电柱连通所述壶身内部和接地件；
或者，所述导电体为设于所述壶底表面的导电层，所述导电层部分裸露于所述壶身之外且部分裸露于所述壶身之内，与所述壶身内部的液体相互接触，所述接地件与所述导电层相互抵接；
或者，所述导电体为设于所述壶底内部的导电层，所述导电层设于陶瓷基板和绝缘釉层之间，所述接地件与所述导电层相互抵接；
所述导电体为导电玻璃片或导电陶瓷基板，所述接地件与所述导电玻璃片或导电陶瓷基板相互抵接。
由于现有玻璃吹制工艺的限制，导致现有全玻璃壶体的平滑度、厚度均匀度、气泡、坑洼等条件无法满足与发热膜相匹配。为此，本发明设计了非金属发热盘，并采用割底的非金属壶体和非金属发热盘连接，形成一体式的全玻璃壶体，实施本发明具有如下有益效果：
一、本发明提供的烹饪用非金属发热盘，其由玻璃片、陶瓷基板、绝缘釉层和发热体复合而得，其中，1、采用发热体配合高导热陶瓷基板，电热转化效率高、热量传导快，电热转化效率达到98％以上；2、陶瓷基板上整体覆盖发热体，其发热的均匀度较传统的金属发热盘有较大提高，被加热液体受热均匀，发热盘表面不容易产生局部高温；3、复合在陶瓷基板上的玻璃片非常薄，表面平整且表体致密度高，本发明非金属发热盘与玻璃壶体进行焊接后，形成一个整体，内部形成有液体容置空间，得到一体式全玻璃壶体。该玻璃壶在使用过程中，水垢杂质残留物很难附着在玻璃片的表面，清洗时不需要借助专用的清洗工具，也不需要采用化学清洗方法，采用常规的护理就可以高度清洁壶体内部，操作容易、简单，方便家庭使用；4，本发热盘的陶瓷基板表面复合玻璃片，该玻璃表面耐高温，在干烧350℃以下，玻璃不变形，也没有氧化产物产生。
二、本发明提供一种烹饪用非金属发热盘的制备方法，其将表面具有粗糙度的陶瓷基板和玻璃片进行贴合，通过烧结形成一体结构，然后在陶瓷基板的背面印刷绝缘介质浆料，通过烧结形成绝缘釉层；在绝缘釉层的表面印刷发热电路，形成发热体。上述方法简单，对工艺的要求低，也无需配置高成本的精密设备，成本可控，市场前景好。
三、本发明提供的烹饪用非金属加热装置，其采用上述烹饪用非金属发热盘作为壶底，壶底与割底的玻璃壶体进行焊接后，形成一个内部具有液体容置空间的一体式全玻璃壶。其中，
1、壶体实现全非金属制作，环保，避免环境污染，且不容易结污垢，不产生水锈，容易清洗，另外无重金属析出，是真正意义上的全玻璃壶。
2、非金属加热盘的温区分布均匀，热量传导快，电热转化效率高、电热转化效率达到98％以上，故该加热装置实现加热快速且均匀，可以在800-3000瓦区任意的置配，既可以起到烧水壶的作用，也可以起到慢炖养生壶的作用。
3、非金属加热盘与割底的玻璃壶体采用玻璃粉焊接相连，密封性能好，附着牢度好，有效避免漏水和渗水；或者，非金属加热盘与割底的玻璃壶体采用紧固件和硅胶在壶身和壶底相接触处的外部连接，密封性能好，附着牢度好，有效避免漏水和渗水，而且，硅胶设于壶体外部，不与壶体内液体接触，避免硅胶产生的一系列问题。
4、壶底依次包括玻璃片、陶瓷基板和绝缘釉层，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，玻璃片的平整性好，厚度均匀度好，且无气泡和坑洼，经受0-500℃的冷热冲击后整体完好，壶体不开裂，玻璃片不脱落。
5、非金属壶体包括接地结构，接地结构包括导电体和接地件，导电体设于壶底的表面或者内部，或者贯穿壶底；接地件与导电层相互抵接，可以满足国家安规3C接地的标准。
6、本发明烹饪用非金属加热装置的整体结构可靠性好，稳定性强，寿命周期大大提高。
附图说明
图1是本发明烹饪用非金属发热盘的主视剖面图；
图2是本发明烹饪用非金属发热盘的仰视图；
图3是本发明烹饪用非金属加热装置的分解结构示意图；
图4是本发明烹饪用非金属加热装置的装配图；
图5是本发明非金属壶体的剖视图；
图6是本发明非金属壶体的仰视图；
图7是图6所示壶底的主视剖面图；
图8是本发明非金属壶体另一实施例的主视剖面图；
图9是图8所示非金属壶体与接地件相配合的示意图；
图10是本发明非金属壶体又一实施例的主视剖面图；
图11是图10所示非金属壶体与接地件相配合的示意图；
图12是本发明非金属壶体再一实施例的主视剖面图；
图13是图12所示非金属壶体与接地件相配合的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
本发明提供一种全新思路的解决方案，重新设计非金属发热盘，并采用割底的非金属壶体和非金属发热盘连接，形成一体式的全玻璃壶体。
如图1和图2所示，本发明一种烹饪用非金属发热盘1，依次包括玻璃片11、陶瓷基板12、绝缘釉层13和发热体14，所述陶瓷基板12的正面和玻璃片11贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层13设于陶瓷基板12的背面，所述发热体14设于绝缘釉层13上。
其中，所述陶瓷基板12的膨胀系数<7.5×10-6K-1；
所述玻璃片11的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，且所述玻璃片的热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述陶瓷基板12和玻璃片11烧结的温度为700～1000℃。
本发明用高导热的陶瓷基板与薄玻璃片进行复合，打磨好陶瓷基板，整体呈水平面，二面略带粗糙度，用膨胀系数与陶瓷基板相匹配的玻璃片，重合后置入制具内放入遂道炉中在一定温度下进行烧结，制得的复合基板拥有良好的物理特性，二者结合紧密，成为一个整体，玻璃片表体光滑，亮泽，耐冲击力强、抗热震性好。
优选的，所述陶瓷基板12需要满足以下条件：(1)热膨胀系数<7.5×10-6K-1；(2)不含单质金属成分；(3)热导系数>1.0W·K-1·m-1；(4)厚度均匀，厚度为1-5mm，优选为1-3mm。
所述陶瓷基板12可以选择但不限于以下陶瓷板：氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、堇青石陶瓷板、莫来石陶瓷板、氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板等，综合性能以氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板为更优。
优选的，所述玻璃片1需要满足以下条件：(1)热膨胀系数<7.5×10-6K-1，热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；(2)不含单质金属成分，不含重金属元素和有毒元素、透明；(3)软化温度<1000℃；(4)化学稳定性好，耐酸碱性好；(5)厚度均匀，厚度为0.1～0.5mm，优选为0.1～0.3mm。
所述玻璃片1可以选择但不限于以下玻璃片：其为高硼硅玻璃片、硅铝玻璃片或微晶玻璃片。
在陶瓷基板12与玻璃片11贴合烧结之前，陶瓷基板12与玻璃片11需要经过打磨处理，所述陶瓷基板12与玻璃片11的接触面的粗糙度优选为0.8到3.6，经过烧结后，陶瓷基板12与玻璃片11结合紧密，可以提高复合基板的物理特性，改善耐冲击力性能和抗热震性。
在陶瓷基板12的背面通过印刷由绝缘介质浆料，形成绝缘釉层13。所述绝缘介质浆料的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1。所述绝缘釉层13需要与陶瓷基板12相匹配，方可牢固地复合在陶瓷基板12上。
优选的，所述绝缘介质浆料需要满足以下条件：(1)热膨胀系数<7.5×10-6K-1，热膨胀系数与印刷的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；(2)不含单质金属成分，不含重金属元素和有毒元素、透明；(3)软化温度<1000℃，并且要低于正面贴合玻璃片的软化温度100℃；(4)交流电击穿强度>3000V；可以选择的绝缘介质浆料体系包括但不限于以下体系：SiO2-Al2O3-B2O3-CaO、SiO2-Al2O3-B2O3、SiO2-B2O3等，以SiO2-Al2O3-B2O3系为更优选择。
绝缘介质浆料在陶瓷基板12上进行印刷和烧结处理后，形成平整致密的绝缘釉层13。再在绝缘釉层13上印制厚膜发热电路，形成发热体14，得到完整的非金属发热盘。
综上，本发明提供的烹饪用非金属发热盘1，其由玻璃片11、陶瓷基板12、绝缘釉层13和发热体14复合而得，具有无金属成分、导热快、表面光洁致密、容易清洗、耐冷热冲击不变形等特点。具体的，1、采用发热体配合高导热陶瓷基板，电热转化效率高、热量传导快，电热转化效率达到98％以上；2、陶瓷基板上整体覆盖发热体，其发热的均匀度较传统的金属发热盘有较大提高，被加热液体受热均匀，发热盘表面不容易产生局部高温；3、复合在陶瓷基板上的玻璃片非常薄，表面平整且表体致密度高，本发明非金属发热盘与玻璃壶体进行焊接后，形成一个整体，内部形成有液体容置空间，得到一体式全玻璃壶体。该玻璃壶在使用过程中，水垢杂质残留物很难附着在玻璃片的表面，清洗时不需要借助专用的清洗工具，也不需要采用化学清洗方法，采用常规的护理就可以高度清洁壶体内部，操作容易、简单，方便家庭使用；4，本发热盘的陶瓷基板表面复合玻璃片，该玻璃表面耐高温，在干烧350℃以下，玻璃不变形，也没有氧化产物产生。
相应的，本发明还提供了一种烹饪用非金属发热盘的制备方法，包括：
1、选用膨胀系数<7.5×10-6K-1的陶瓷基板，对其表面打磨；
需要说明的是，所述陶瓷基板的技术细节同上所述，在此不再赘述。
2、选用膨胀系数<7.5×10-6K-1的玻璃片，所述玻璃片的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
需要说明的是，所述玻璃片的技术细节同上所述，在此不再赘述。
3、将陶瓷基板和玻璃片相贴合，并通过烧结形成一体结构，得到表面覆有玻璃片的陶瓷基板。
需要说明的是，陶瓷基板和玻璃片相贴合后，优选是将其置入制具内，然后再进行烧结。该烧结可以在普通的烧结炉中进行，也可以在隧道窑中进行。烧结温度会根据不同材质的玻璃片而不同，优选为700～1000℃。
4、在陶瓷基板的背面印刷绝缘介质浆料，通过烧结形成绝缘釉层；
需要说明的是，所述绝缘介质浆料的技术细节同上所述，在此不再赘述。
5、在绝缘釉层的表面印刷发热电路，形成发热体。
本发明提供的烹饪用非金属发热盘的制备方法，其将表面具有粗糙度的陶瓷基板和玻璃片进行贴合，通过烧结形成一体结构，然后在陶瓷基板的背面印刷绝缘介质浆料，通过烧结形成绝缘釉层；在绝缘釉层的表面印刷发热电路，形成发热体。上述方法简单，对工艺的要求低，也无需配置高成本的精密设备，成本可控，市场前景好。
相应的，如图3和图4所示，本发明还提供了一种烹饪用非金属加热装置，包括非金属壶体10、位于所述非金属壶体10底部的发热体14以及与所述非金属壶体10相连接的底座20；
如图5和图6所示，所述非金属壶体10包括壶身10A、与所述壶身10A相连接的壶底10B、以及用于接地的接地结构16；
如图7所示，所述壶底10B依次包括玻璃片11、陶瓷基板12和绝缘釉层13，所述陶瓷基板12的正面和玻璃片11贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层13设于陶瓷基板12的背面，所述发热体14设于绝缘釉层13上。
所述壶身10A为割底的非金属壶身，包括侧壁而不设有底部，所述侧壁形成中空的壶体结构，该中空的壶体结构具有上端口和下端口；所述壶身10A的底部向外或向内延伸形成一平整部151。
所述壶身10A与壶底10B连接成为一体结构，其方式多样。
优选的，所述壶身10A与壶底10B可以通过玻璃粉涂料成型为一体结构，玻璃粉经烧成后，在壶身10A的平整部151处形成一封接层152。所述玻璃粉涂料为由0.5～20wt％玻璃粉、50～90wt％金属粉和5～30wt％有机组分制成的膏状物。所述玻璃粉涂料可以将壶身10A与壶底10B进行连接，使之具备良好的密封性能，附着牢度好、抗热震性好、安全可靠、而且，该封接材料含有金属粉，可以起到导电体的作用，保证电加热装置的安全性。避免了采用密封圈连接带来的一系列问题。
其中，所述玻璃粉包括SiO2 5～60％，Al2O3 5～30％，B2O3 2～30％，CaO 0～15％，MgO 0～5％，Bi2O3 0～70％，ZnO 0～50％，Li2O 0～10％，P2O5 0～5％，TiO2 0～5％，ZrO20～5％；
优选的，所述玻璃粉包括SiO2 10～50％，Al2O3 10～20％，B2O3 5～20％，CaO 0～8％，MgO 0～3％，Bi2O3 0～50％，ZnO 0～40％，Li2O 0～8％，P2O5 0～3％，TiO2 0～3％，ZrO2 0～3％。
所述玻璃粉由下述方法制得：将玻璃粉的各组分按配方混合，在1250～1600℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到D50＝2.5μm的粉末。
所述金属粉为金粉、银粉、铜粉、钨粉、钯粉、铂粉中的一种或几种。所述金属粉的D50＜2μm。所述金属粉的粒径与上述玻璃粉的粒径相搭配，以使其在粘结过程中容易成型。
所述有机组分可以选用树脂或醇类溶剂，所述树脂包括乙基纤维素，所述醇类溶剂包括松油醇，但不限于此。所述有机组分作为辅料，给涂料提供一定的流变特性，形成连续均匀的膜层。
优选的，所述壶身10A与壶底10B还可以通过密封连接件固定为一体结构，具体是所述壶身10A的平整部151与壶底通过密封连接件固定为一体结构，所述密封连接件包括紧固件和硅胶(图中未示出)，所述紧固件和硅胶设于所述壶身和壶底相接触处的外部。在此实施例中，所述壶身10A与壶底10B直接接触，所述紧固件和硅胶设于所述壶身和壶底相接触处的外部，紧固件将壶身和壶底固定，再通过硅胶将其密封连接。
需要说明的是，本发明壶身10A与壶底10B还可以采用其他的连接方式，只能能够实现所述壶身10A与壶底10B之间的固定连接即可。
进一步，本发明的壶底10B，是采用高导热的陶瓷基板与薄玻璃片进行复合，打磨好陶瓷基板，整体呈水平面，二面略带粗糙度，用膨胀系数与陶瓷基板相匹配的玻璃片，重合后置入制具内放入遂道炉中在一定温度下进行烧结，制得的复合基板拥有良好的物理特性，二者结合紧密，成为一个整体，玻璃片表体光滑，亮泽，耐冲击力强、抗热震性好。
优选的，所述陶瓷基板12需要满足以下条件：(1)热膨胀系数<7.5×10-6K-1；(2)不含单质金属成分；(3)热导系数>1.0W·K-1·m-1；(4)厚度均匀，厚度为1-5mm，优选为1-3mm。
所述陶瓷基板12可以选择但不限于以下陶瓷板：氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、堇青石陶瓷板、莫来石陶瓷板、氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板等，综合性能以氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板为更优。
优选的，所述玻璃片1需要满足以下条件：(1)热膨胀系数<7.5×10-6K-1，热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；(2)不含单质金属成分，不含重金属元素和有毒元素、透明；(3)软化温度<1000℃；(4)化学稳定性好，耐酸碱性好；(5)厚度均匀，厚度为0.1～0.5mm，优选为0.1～0.3mm。
所述玻璃片1可以选择但不限于以下玻璃片：其为高硼硅玻璃片、硅铝玻璃片或微晶玻璃片。
在陶瓷基板12与玻璃片11贴合烧结之前，陶瓷基板12与玻璃片11需要经过打磨处理，所述陶瓷基板12与玻璃片11的接触面的粗糙度优选为0.8到3.6，经过烧结后，陶瓷基板12与玻璃片11结合紧密，可以提高复合基板的物理特性，改善耐冲击力性能和抗热震性。
在陶瓷基板12的背面通过印刷由绝缘介质浆料，形成绝缘釉层13。所述绝缘介质浆料的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1。所述绝缘釉层13需要与陶瓷基板12相匹配，方可牢固地复合在陶瓷基板12上。
优选的，所述绝缘介质浆料需要满足以下条件：(1)热膨胀系数<7.5×10-6K-1，热膨胀系数与印刷的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；(2)不含单质金属成分，不含重金属元素和有毒元素、透明；(3)软化温度<1000℃，并且要低于正面贴合玻璃片的软化温度100℃；(4)交流电击穿强度>3000V；可以选择的绝缘介质浆料体系包括但不限于以下体系：SiO2-Al2O3-B2O3-CaO、SiO2-Al2O3-B2O3、SiO2-B2O3等，以SiO2-Al2O3-B2O3系为更优选择。
为了保证全玻璃壶的安全性，本发明在壶底设置有接地结构16，其包括导电体161和接地件162；所述导电体161设于所述壶底的表面或者内部，或者贯穿所述壶底；所述接地件162与所述导电层相互抵接。
本发明的接地方式有多种实施方式，包括：
如图5和图7所示，作为本发明的接地方式的第一实施例，所述导电体直接为导电玻璃片11或导电陶瓷基板12，所述接地件162与所述导电玻璃片11或导电陶瓷基板12相互抵接。
导电玻璃片具体是可以这样实现的，可以选购具有导电性的玻璃片，也可以将含有金、银、铂、钯、钌、镍、铜等金属的玻璃浆料，通过高温烧结，得到导电的玻璃片。
导电陶瓷基板具体是可以这样实现的，在陶瓷基板制备过程中，加入导电的材料，最终制成有一定导电性的陶瓷基板。
如图8、9所示，作为本发明的接地方式的第二实施例，所述导电体161为贯穿所述壶底的导电柱，所述接地件162与所述导电柱相互抵接，所述导电柱连通所述壶身内部和接地件。
如图10、11所示，作为本发明的接地方式的第三实施例，所述导电体为161设于所述壶底表面的导电层，所述导电层部分裸露于所述壶身之外且部分裸露于所述壶身之内，与所述壶身内部的液体相互接触，所述接地件162与所述导电层相互抵接。优选的，所述导电层为环状结构，设于壶身10A与壶底10B的连接处。
如图12、13所示，作为本发明的接地方式的第四实施例，所述导电体161为设于所述壶底内部的导电层，所述导电层设于陶瓷基板12和绝缘釉层13之间，所述接地件162与所述导电层相互抵接。
需要说明的是，所述接地件162需要根据导电体161的实施例和安装位置进行设计，既可以是接地环(如图11、13所示)，也可以是多个单独的接地构件，还可以是接地片(如图9所示)。
本发明通过导电体161和接地件162，实现接地。当所述壶身内部的水带电时，依次通过导电体161、接地件162，再通过底座的接地端子实现接地功能，保证了非金属加热装置的安全使用，满足国家安规3C接地的标准。
综上，本发明提供的烹饪用非金属加热装置，其采用上述烹饪用非金属发热盘作为壶底，壶底与割底的玻璃壶体进行焊接后，形成一个内部具有液体容置空间的一体式全玻璃壶。其中，
1、壶体实现全非金属制作，环保，避免环境污染，且不容易结污垢，不产生水锈，容易清洗，另外无重金属析出，是真正意义上的全玻璃壶。
2、非金属加热盘的温区分布均匀，热量传导快，电热转化效率高、电热转化效率达到98％以上，故该加热装置实现加热快速且均匀，可以在800-3000瓦区任意的置配，既可以起到烧水壶的作用，也可以起到慢炖养生壶的作用。
3、非金属加热盘与割底的玻璃壶体采用玻璃粉焊接相连，密封性能好，附着牢度好，有效避免漏水和渗水；或者，非金属加热盘与割底的玻璃壶体采用紧固件和硅胶在壶身和壶底相接触处的外部连接，密封性能好，附着牢度好，有效避免漏水和渗水，而且，硅胶设于壶体外部，不与壶体内液体接触，避免硅胶产生的一系列问题。
4、壶底依次包括玻璃片、陶瓷基板和绝缘釉层，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，玻璃片的平整性好，厚度均匀度好，且无气泡和坑洼，经受0-500℃的冷热冲击后整体完好，壶体不开裂，玻璃片不脱落。
5、非金属壶体包括接地结构，接地结构包括导电体和接地件，导电体设于壶底的表面或者内部，或者贯穿壶底；接地件与导电层相互抵接，可以满足国家安规3C接地的标准。
6、本发明烹饪用非金属加热装置的整体结构可靠性好，稳定性强，寿命周期大大提高。
下面以具体实施例进一步阐述本发明
实施例1
1、选用2.0mm厚的碳化硅陶瓷基板(热膨胀系数约4.5×10-6K-1)和0.1mm厚的硅铝玻璃片(热膨胀系数约3.7×10-6K-1)，将陶瓷基板和玻璃片相贴合，在950℃烧结10min，得到复合基板。然后在碳化硅陶瓷基板的背面丝网印刷SiO2-Al2O3-B2O3绝缘介质浆料，在850℃烧结10min成膜，形成绝缘釉层，得到复合陶瓷基板。
2、上述复合陶瓷基板性能测试结果如下：
该复合陶瓷基板综合性能优异，适合作为玻璃壶的发热盘基板使用。
实施例2
1、选用3.0mm厚的氮化铝陶瓷板(热膨胀系数约4.0×10-6K-1)，0.2mm厚的高硼硅玻璃片(热膨胀系数约3.3×10-6K-1)，将陶瓷基板和玻璃片相贴合，在950℃烧结10min，得到复合基板。然后在氮化铝陶瓷板的背面丝网印刷SiO2-Al2O3-B2O3绝缘介质浆料，在850℃烧结10min成膜，形成绝缘釉层，得到复合陶瓷基板。
2、上述复合陶瓷基板性能测试结果如下：
该复合陶瓷基板综合性能优异，适合作为玻璃壶的发热盘基板使用。
实施例3
1、选用3.0mm厚的碳化硅陶瓷基板(热膨胀系数约4.5×10-6K-1)，0.3mm厚的硅铝玻璃片(热膨胀系数约3.7×10-6K-1)，将陶瓷基板和玻璃片相贴合，在950℃烧结10min，得到复合基板。然后在碳化硅陶瓷基板的背面丝网印刷SiO2-Al2O3-B2O3-CaO绝缘介质浆料，在680℃烧结10min成膜，形成绝缘釉层，得到复合陶瓷基板。
2、上述复合陶瓷基板性能测试结果如下：
该复合陶瓷基板综合性能优异，适合作为玻璃壶的发热盘基板使用。
对比例1
1、采用1.5mm厚的氧化铝陶瓷基板(热膨胀系数约7.5×10-6K-1)，0.2mm厚的普通玻璃片(热膨胀系数约8.3×10-6K-1)，将陶瓷基板和玻璃片相贴合，在750℃烧结10min，得到复合基板。然后在氧化铝陶瓷基板背面丝网印刷SiO2-Al2O3-B2O3-CaO绝缘介质浆料，在650℃烧结10min成膜，得到复合陶瓷基板。
2、上述复合陶瓷基板性能测试结果如下：
该复合陶瓷基板，抗热冲击性能较差，用于玻璃水壶安全性不佳，其它性能尚可。
对比例2
1、选用2.5mm厚的微晶玻璃基板(热膨胀系数约0×10-6K-1)，0.1mm厚的石英玻璃片(热膨胀系数约0.5×10-6K-1)，将陶瓷基板和玻璃片相贴合，在1000℃烧结10min，得到复合基板。然后在微晶玻璃基板背面丝网印刷SiO2-Al2O3-B2O3绝缘介质浆料，在850℃烧结10min成膜，得到复合陶瓷基板。
2、上述复合陶瓷基板性能测试结果如下：
该复合陶瓷基板导热性较差，不适合作为水壶发热盘基板。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种烹饪用非金属发热盘，其特征在于，依次包括玻璃片、陶瓷基板、绝缘釉层和发热体，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层设于陶瓷基板的背面，所述发热体设于绝缘釉层上；
其中，所述陶瓷基板的膨胀系数<7.5×10-6K-1；
所述玻璃片的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，且所述玻璃片的热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述陶瓷基板和玻璃片烧结的温度为700～1000℃。
2.如权利要求1所述的烹饪用非金属发热盘，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度为1-5mm，所述玻璃片的厚度为0.1-0.5mm；
所述陶瓷基板的热导系数>1.0W·K-1·m-1，其为氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、堇青石陶瓷板、莫来石陶瓷板、氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板；
所述玻璃片的软化温度<1000℃，其为高硼硅玻璃片、硅铝玻璃片或微晶玻璃片；
所述陶瓷基板与玻璃片的接触面的粗糙度为0.8到3.6。
3.如权利要求2所述的烹饪用非金属发热盘，其特征在于，所述绝缘釉层由绝缘介质浆料制成，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述绝缘介质浆料的软化温度<1000℃，且所述绝缘介质浆料的软化温度低于所述玻璃片的软化温度100℃；
所述绝缘介质浆料的交流电击穿强度>3000V。
4.一种烹饪用非金属发热盘的制备方法，其特征在于，包括：
选用膨胀系数<7.5×10-6K-1的陶瓷基板，对其表面打磨；
选用膨胀系数<7.5×10-6K-1的玻璃片，所述玻璃片的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
将陶瓷基板和玻璃片相贴合，并通过烧结形成一体结构，得到表面覆有玻璃片的陶瓷基板；
在陶瓷基板的背面印刷绝缘介质浆料，通过烧结形成绝缘釉层；
在绝缘釉层的表面印刷发热电路，形成发热体。
5.一种烹饪用非金属加热装置，其特征在于，包括非金属壶体、位于所述非金属壶体底部的发热体以及与所述非金属壶体相连接的底座；
所述非金属壶体包括壶身、与所述壶身相连接的壶底、以及用于接地的接地结构；
所述壶底依次包括玻璃片、陶瓷基板和绝缘釉层，所述陶瓷基板的正面和玻璃片贴合并通过烧结形成一体结构，所述绝缘釉层设于陶瓷基板的背面，所述发热体设于绝缘釉层上；
其中，所述陶瓷基板的膨胀系数<7.5×10-6K-1；
所述玻璃片的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，且所述玻璃片的热膨胀系数与贴合的陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述陶瓷基板和玻璃片烧结的温度为700～1000℃。
6.如权利要求5所述的烹饪用非金属加热装置，其特征在于，所述陶瓷基板的厚度为1-5mm，所述玻璃片的厚度为0.1-0.5mm；
所述陶瓷基板的热导系数>1.0W·K-1·m-1，其为氧化铝陶瓷板、氧化锆陶瓷板、堇青石陶瓷板、莫来石陶瓷板、氮化铝陶瓷板或碳化硅陶瓷板；
所述玻璃片的软化温度<1000℃，其为高硼硅玻璃片、硅铝玻璃片或微晶玻璃片；
所述陶瓷基板与玻璃片的接触面的粗糙度为0.8到3.6。
7.如权利要求5所述的烹饪用非金属发热盘，其特征在于，所述绝缘釉层由绝缘介质浆料制成，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数<7.5×10-6K-1，所述绝缘介质浆料的热膨胀系数与陶瓷基板的热膨胀系数相差<1.0×10-6K-1；
所述绝缘介质浆料的软化温度<1000℃，且所述绝缘介质浆料的软化温度低于所述玻璃片的软化温度100℃；
所述绝缘介质浆料的交流电击穿强度>3000V。
8.如权利要求5所述的烹饪用非金属加热装置，其特征在于，所述壶身为割底的非金属壶身，包括侧壁而不设有底部，所述侧壁形成中空的壶体结构；
所述壶身的底部向外或向内延伸形成一平整部。
9.如权利要求8所述的烹饪用非金属加热装置，其特征在于，所述壶身与壶底通过玻璃粉涂料成型为一体结构，所述玻璃粉涂料为由0.5～20wt％玻璃粉、50～90wt％金属粉和5～30wt％有机组分制成的膏状物；
其中，所述玻璃粉包括SiO2 5～60％，Al2O3 5～30％，B2O3 2～30％，CaO 0～15％，MgO0～5％，Bi2O3 0～70％，ZnO 0～50％，Li2O 0～10％，P2O5 0～5％，TiO2 0～5％，ZrO2 0～5％；
所述金属粉为金粉、银粉、铜粉、钨粉、钯粉、铂粉中的一种或几种。
10.如权利要求8所述的烹饪用非金属加热装置，其特征在于，所述壶身与壶底通过密封连接件固定为一体结构，所述密封连接件包括紧固件和硅胶，所述紧固件和硅胶设于所述壶身和壶底相接触处的外部。
11.如权利要求5所述的烹饪用非金属加热装置，其特征在于，所述接地结构包括导电体和接地件；
所述导电体设于所述壶底的表面或者内部，或者贯穿所述壶底；
所述接地件与所述导电层相互抵接。
12.如权利要求11所述的烹饪用非金属加热装置，其特征在于，所述导电体为贯穿所述壶底的导电柱，所述接地件与所述导电柱相互抵接，所述导电柱连通所述壶身内部和接地件；
或者，所述导电体为设于所述壶底表面的导电层，所述导电层部分裸露于所述壶身之外且部分裸露于所述壶身之内，与所述壶身内部的液体相互接触，所述接地件与所述导电层相互抵接；
或者，所述导电体为设于所述壶底内部的导电层，所述导电层设于陶瓷基板和绝缘釉层之间，所述接地件与所述导电层相互抵接；
所述导电体为导电玻璃片或导电陶瓷基板，所述接地件与所述导电玻璃片或导电陶瓷基板相互抵接。
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- 2020-05-14 CN CN202010411328.8A patent/CN111698799A/zh active Pending
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