CN112450715B - 一种特种石墨炊具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种特种石墨炊具，包括锅底，所述锅底是由特种石墨锅底层上端镶装金属加热片组成，特种石墨锅底层是由低到高依次设置的锅底底层、锅底中层和锅底上层组成；特种石墨锅体，连接于锅底的外侧，所述特种石墨锅体由底到顶包含连接于锅底外侧的锅体第一层，锅体第一层的外侧连接有锅体第二层，锅体第二层的外侧连接有锅体第三层；多个特种石墨导热薄片，均匀镶装于所述特种石墨锅体上；所述特种石墨导热薄片均设置成内窄外宽的扇形状，特种石墨导热薄片的两侧倾角不超过15°，所述多个特种石墨导热薄片的总体积为所述特种石墨锅体的体积的30％‑70％。本发明实现了炊具质量减轻，便于人员操作，且通过炊具结构设计优化，解决了炊具温差大的问题。

Description

一种特种石墨炊具及其制备方法
技术领域
本发明涉及炊具技术领域，具体是指一种特种石墨炊具及其制备方法。
背景技术
目前，炊具的锅体结构，分为“等壁锅”与“厚底薄壁”锅。“等壁锅”也就是锅底锅壁厚度基本相同。因生产成本低，所以市场上大部分锅都是等壁锅。但是，等壁锅因为锅底锅壁厚度相同，所以锅底锅壁厚度一般比较薄，否则会使整个锅的重量太重，等壁锅的使用缺陷在于锅体各处的温度相差较大，存在导热不均匀的问题。“厚底薄壁”就是锅底部厚而锅壁比较薄，因为锅底较厚，所以横向方向的导热能力比较强，因此锅体温度分布比较均匀。但是，锅底较厚也使得锅体的总重量相对较大，导致锅体使用便捷程度得不到保证。
因此，研发一款既能够有效大幅提升炊具的加热均匀程度，且能够有效降低炊具的整体重量，从而形成温差小、导热均匀，以及重量轻等有益效果的特种石墨炊具及其制备方法是本发明的研究目的。
发明内容
针对上述现有技术存在的技术问题，本发明在于提供一种特种石墨炊具及其制备方法，该特种石墨炊具及其制备方法能够有效解决上述现有技术存在的技术问题。
本发明的技术方案是：
一种特种石墨炊具，包括
锅底，所述锅底是由特种石墨锅底层上端镶装金属加热片组成，特种石墨锅底层是由低到高依次设置的锅底底层、锅底中层和锅底上层组成，所述锅底上层的导热系数＞锅底中层的导热系数＞锅底底层的导热系数；
特种石墨锅体，连接于锅底的外侧，所述特种石墨锅体由底到顶包含连接于锅底外侧的锅体第一层，所述锅体第一层的外侧连接有锅体第二层，所述锅体第二层的外侧连接有锅体第三层，所述锅体第三层的导热系数＞锅体第二层的导热系数＞锅体第一层的导热系数；
多个特种石墨导热薄片，均匀镶装于所述特种石墨锅体上，特种石墨导热薄片的导热系数＞所述锅体第三层的导热系数；
所述特种石墨导热薄片均设置成内窄外宽的扇形状，特种石墨导热薄片的两侧倾角不超过15°，多个特种石墨导热薄片的总体积为所述特种石墨锅体的体积的30％-70％。
所述特种石墨导热薄片的内端连接至所述锅底的边缘处，特种石墨导热薄片的外端延伸至特种石墨锅体锅体的外端部，多个特种石墨导热薄片的总体积为所述特种石墨锅体的体积的50％。
还包括不粘锅涂层，均匀涂布于所述锅底以及特种石墨锅体锅体的内侧壁上，所述不粘锅涂层采用GN—205A高温不粘瓷化纳米复合陶瓷涂料。
还包括锅柄，通过一组对锁螺栓锁紧连接于所述特种石墨锅体锅体的上端部，所述锅柄采用特种石墨加压成型。
所述锅底底层是由平均粒度为18-22um的特种石墨制成，其导热系数为600-900W/m-k；所述锅底中层是由平均粒度为11-15um的特种石墨制成，其导热系数为900-1200W/m-k；所述锅底上层是由平均粒度为6-10um的特种石墨制成，其导热系数为1200-1500W/m-k。
所述锅体第一层是由平均粒度为18-22um的特种石墨制成，其导热系数为 600-900W/m-k；所述锅体第二层是由平均粒度为11-15um的特种石墨制成，其导热系数为 900-1200W/m-k；所述锅体第三层是由平均粒度为6-10um的特种石墨制成，其导热系数为 1200-1500W/m-k。
所述特种石墨导热薄片的导热系数为1500-2000W/m-k。
所述金属加热片采用不锈钢加热片，金属加热片的厚度为2-4mm。
一种特种石墨炊具的制备方法，包括以下具体步骤，
S1：金属加热片制造，采用不锈钢制成加热片，制造工艺为现有炊具的制备工艺，金属加热片的厚度为2-4mm；
S2：定制多片导热系数为1500-2000W/m-k的特种石墨导热薄片；
S3：于模具中进行特种石墨锅底层材料铺设，由下往上分别铺设锅底底层、锅底中层和锅底上层，锅底底层材料采用平均粒度为18-22um的特种石墨，锅底中层材料采用平均粒度为11-15um的特种石墨，锅底上层材料采用平均粒度为6-10um的特种石墨，铺平后压实；
S4：于特种石墨锅底层材料的上部进行金属加热片铺设，并于特种石墨锅底层材料的外侧进行多个特种石墨导热薄片铺设；
S5：于特种石墨锅底层材料的外侧进行特种石墨锅体材料铺设，将锅体第一层材料、锅体第二层材料和锅体第三层材料依次铺设于特种石墨锅底层材料的外侧，锅体第一层材料采用平均粒度为18-22um的特种石墨，锅体第二层材料采用平均粒度为11-15um的特种石墨，锅体第三层材料采用平均粒度为6-10um的特种石墨；
S6：采用加压成型方式进行加压，压力200Kg/cm2，压制时间5min，制得特种石墨炊具。
还包含S7，于S6制得的特种石墨炊具的内侧壁涂上GN—205A高温不粘瓷化纳米复合陶瓷涂料，在温度250℃条件下固化30min，制得产品化的特种石墨炊具。
本发明的优点：
1)本发明利用特种石墨具有导热快，密度小，质量轻，高强度的特点，实现了炊具质量减轻，便于人员操作；并通过炊具结构设计优化，实现了炊具加热块，受热均匀的功能，有效解决了炊具温差大的问题。
2)本发明的锅底是由特种石墨锅底层上端镶装金属加热片组成，特种石墨锅底层是由低到高依次设置的锅底底层、锅底中层和锅底上层组成，锅底上层的导热系数＞锅底中层的导热系数＞锅底底层的导热系数。锅底是直接接触加热源的部分，现有的居家用加热源大多采用天然气灶等，其火焰呈均匀的点状直接对锅底进行加热，往往是与火焰直接接触的部分的加热速度快，而导致锅底加热不均。本发明通过导热系数递增的锅底底层、锅底中层和锅底上层的设置，有时使热能在不同层间进行传导时，能够形成辐射性热量扩散，从而使锅底底面的均匀点状加热在向上的传递过程中，逐步扩散，最终形成均匀的锅底加热，有效确保锅底的加热均匀程度。
3)本发明进一步对特种石墨锅体进行设计改进，从内向外(从底到顶)将特种石墨锅体设置成锅体第一层、锅体第二层和锅体第三层，锅体第三层的导热系数＞锅体第二层的导热系数＞锅体第一层的导热系数。组成具有从内向外(从底到顶)的导热系数不断增加的锅体结构，使得锅底传导的热量能够在特种石墨锅体上形成比较均匀分布，所产生的温度差较小。
4)最主要的是本发明在特种石墨锅体上均匀镶装有多个特种石墨导热薄片，所采用的特种石墨导热薄片的导热系数＞锅体第三层的导热系数。使用时，热量在特种石墨导热薄片上的传导速度更快，相比现有的从内向外(从底到顶)的热能传导方式，本发明明显能够加快将热量从底部传导到特种石墨锅体的上部，即加快热量传导至锅体第二层和锅体第三层的速度。沿特种石墨导热薄片进行传导的热量扩散性往其两边辐射进入锅体第一层、锅体第二层和锅体第三层，进一步使得整个特种石墨锅体的热量更加均匀。
5)由于锅体第一层、锅体第二层和锅体第三层的直径呈逐步递增设置，为此，本发明将特种石墨导热薄片设置成内窄外宽的扇形状，从而有效有效使特种石墨导热薄片上的热量能够呈递增状态进入锅体第一层、锅体第二层和锅体第三层的所在区域，有效进一步使得整个特种石墨锅体的热量更加均匀。
6)本发明的多个特种石墨导热薄片的总体积为所述特种石墨锅体的体积的30％-70％。这是因为，如果特种石墨导热薄片的占比过小时，往锅体第二层和锅体第三层进行快速传导的热量就相对较少，效果达不到设计要求，不仅导热温差差别较大，且整体导热均匀性需要较长的时间才能实现导热均匀；如果特种石墨导热薄片的占比过大时，整体导热均匀性只需要很短一段时间即可，但是最终会出现锅体第三层温度略大于锅体第二层温度、以及锅体第二层温度略大于锅体第一层温度的情况，反而呈现出温差逆差。
7)经检测，经本发明的制备方法所制得的石墨炊具有优异的抗压强度、抗折强度、体积密度，石墨炊具的强度大，完全能够符合日常使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的剖视图。
图3为本发明的导热示意图。
图4是本发明实施例的导热实验测试示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，现将实施例结合附图对本发明的结构作进一步详细描述：
请参考图1-3，一种特种石墨炊具，包括
锅底1，所述锅底1是由特种石墨锅底层101上端镶装金属加热片102组成，特种石墨锅底层101是由低到高依次设置的锅底底层1011、锅底中层1012和锅底上层1013组成，所述锅底上层1013的导热系数＞锅底中层1012的导热系数＞锅底底层1011的导热系数；
特种石墨锅体2，连接于锅底1的外侧，所述特种石墨锅体2由底到顶包含连接于锅底1外侧的锅体第一层201，所述锅体第一层201的外侧连接有锅体第二层202，所述锅体第二层202的外侧连接有锅体第三层203，所述锅体第三层203的导热系数＞锅体第二层202的导热系数＞锅体第一层201的导热系数；
多个特种石墨导热薄片3，均匀镶装于所述特种石墨锅体2上，特种石墨导热薄片3的导热系数＞所述锅体第三层203的导热系数；
所述特种石墨导热薄片3均设置成内窄外宽的扇形状，特种石墨导热薄片3的两侧倾角为10°，多个特种石墨导热薄片3的总体积为所述特种石墨锅体2的体积的50％。
所述特种石墨导热薄片3的内端连接至所述锅底1的边缘处，特种石墨导热薄片3的外端延伸至特种石墨锅体锅体2的外端部。
还包括不粘锅涂层4，均匀涂布于所述锅底1以及特种石墨锅体锅体2的内侧壁上，所述不粘锅涂层采用GN—205A高温不粘瓷化纳米复合陶瓷涂料。
还包括锅柄5，通过一组对锁螺栓锁紧连接于所述特种石墨锅体锅体2的上端部，所述锅柄5采用特种石墨加压成型。
所述锅底底层1011是由平均粒度为20um的特种石墨制成，其导热系数为 600-900W/m-k；所述锅底中层1012是由平均粒度为13um的特种石墨制成，其导热系数为 900-1200W/m-k；所述锅底上层1013是由平均粒度为8um的特种石墨制成，其导热系数为 1200-1500W/m-k。
所述锅体第一层201是由平均粒度为20um的特种石墨制成，其导热系数为 600-900W/m-k；所述锅体第二层202是由平均粒度为13um的特种石墨制成，其导热系数为 900-1200W/m-k；所述锅体第三层203是由平均粒度为8um的特种石墨制成，其导热系数为 1200-1500W/m-k。
所述特种石墨导热薄片3的导热系数为1500-2000W/m-k。
所述金属加热片102采用不锈钢加热片，金属加热片102的厚度为3mm。
一种特种石墨炊具的制备方法，包括以下具体步骤，
S1：金属加热片102制造，采用不锈钢制成加热片，制造工艺为现有炊具的制备工艺，金属加热片102的厚度为3mm；
S2：定制多片导热系数为1500-2000W/m-k的特种石墨导热薄片3；
S3：于模具中进行特种石墨锅底层材料铺设，由下往上分别铺设锅底底层1011、锅底中层1012和锅底上层1013，锅底底层材料采用平均粒度为20um的特种石墨，锅底中层材料采用平均粒度为13um的特种石墨，锅底上层材料采用平均粒度为8um的特种石墨，铺平后压实；
S4：于特种石墨锅底层材料的上部进行金属加热片102铺设，并于特种石墨锅底层材料的外侧进行多个特种石墨导热薄片3铺设；
S5：于特种石墨锅底层材料的外侧进行特种石墨锅体材料铺设，将锅体第一层材料、锅体第二层材料和锅体第三层材料依次铺设于特种石墨锅底层材料的外侧，锅体第一层材料采用平均粒度为20um的特种石墨，锅体第二层材料采用平均粒度为13um的特种石墨，锅体第三层材料采用平均粒度为8um的特种石墨；
S6：采用加压成型方式进行加压，压力200Kg/cm2，压制时间5min，制得特种石墨炊具；
S7：于特种石墨炊具的内侧壁涂上GN—205A高温不粘瓷化纳米复合陶瓷涂料，在温度250℃条件下固化30min，制得产品化的特种石墨炊具。
实验数据：
一：对实施例中所制得的特种石墨炊具进行质检，经检测，经本发明的制备方法所制得的石墨炊具有抗压强度达82Mpa，抗折强度达36Mpa，体积密度1.73g/cm3，石墨炊具强度大，完全能够符合日常使用。
二：将实施例中所制得的特种石墨炊具、以及没有添加特种石墨导热薄片的特种石墨炊具，还有添加占比30、70％的特种石墨导热薄片的特种石墨炊具，分别放置于恒温的加热板上模拟电磁炉，如图4所示，在锅体第一层201、锅体第二层202和锅体第三层203 上分别安装红外温度测温仪6进行温度测量，每隔10s测一组数据。检测结果如表1所示：
Figure GDA0003308139530000061
Figure GDA0003308139530000071
Figure GDA0003308139530000081
表1
根据表1数据显示，在不加特种石墨导热薄片的特种石墨炊具中，导热温差差别较大，且整体加热速度较慢，整体达到200℃需要200s的时间，整体导热均匀性需要100s的时间才能实现导热均匀；
添加30％的高导热石墨片，导热速度提升，整体达到200℃需要180-190s的时间，整体导热均匀性需要70s的时间能够实现导热均匀；
添加50％的高导热石墨片，导热速度加快，整体达到200℃需要170s的时间，整体导热均匀性只需要40s的时间就能实现导热均匀；
添加70％的高导热石墨片，整体导热速度快，但是呈现出温差较大，且后段温度略显高于前段温度，反而形成温度逆差。
总结：在特种石墨导热薄片3的总体积为所述特种石墨锅体2的体积的50％的条件下，导热速度较快，且整体导热均匀性所耗时较短，并能够有效维持均匀导热效果。
以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种特种石墨炊具，其特征在于：包括
锅底(1)，所述锅底(1)是由特种石墨锅底层(101)上端镶装金属加热片(102)组成，特种石墨锅底层(101)是由低到高依次设置的锅底底层(1011)、锅底中层(1012)和锅底上层(1013)组成，所述锅底上层(1013)的导热系数＞锅底中层(1012)的导热系数＞锅底底层(1011)的导热系数；
特种石墨锅体(2)，连接于锅底(1)的外侧，所述特种石墨锅体(2)由底到顶包含连接于锅底(1)外侧的锅体第一层(201)，所述锅体第一层(201)的外侧连接有锅体第二层(202)，所述锅体第二层(202)的外侧连接有锅体第三层(203)，所述锅体第三层(203)的导热系数＞锅体第二层(202)的导热系数＞锅体第一层(201)的导热系数；
多个特种石墨导热薄片(3)，均匀镶装于所述特种石墨锅体(2)上，特种石墨导热薄片(3)的导热系数＞所述锅体第三层(203)的导热系数；
所述特种石墨导热薄片(3)均设置成内窄外宽的扇形状，特种石墨导热薄片(3)的两侧倾角不超过15°，多个特种石墨导热薄片(3)的总体积为所述特种石墨锅体(2)的体积的30％-70％。
2.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：所述特种石墨导热薄片(3)的内端连接至所述锅底(1)的边缘处，特种石墨导热薄片(3)的外端延伸至特种石墨锅体锅体(2)的外端部，多个特种石墨导热薄片(3)的总体积为所述特种石墨锅体(2)的体积的50％。
3.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：还包括不粘锅涂层(4)，均匀涂布于所述锅底(1)以及特种石墨锅体锅体(2)的内侧壁上，所述不粘锅涂层采用GN—205A高温不粘瓷化纳米复合陶瓷涂料。
4.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：还包括锅柄(5)，通过一组对锁螺栓锁紧连接于所述特种石墨锅体锅体(2)的上端部，所述锅柄(5)采用特种石墨加压成型。
5.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：所述锅底底层(1011)是由平均粒度为18-22um的特种石墨制成，其导热系数为600-900W/m-k；所述锅底中层(1012)是由平均粒度为11-15um的特种石墨制成，其导热系数为900-1200W/m-k；所述锅底上层(1013)是由平均粒度为6-10um的特种石墨制成，其导热系数为1200-1500W/m-k。
6.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：所述锅体第一层(201) 是由平均粒度为18-22um的特种石墨制成，其导热系数为600-900W/m-k；所述锅体第二层(202)是由平均粒度为11-15um的特种石墨制成，其导热系数为900-1200W/m-k；所述锅体第三层(203)是由平均粒度为6-10um的特种石墨制成，其导热系数为1200-1500W/m-k。
7.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：所述特种石墨导热薄片(3)的导热系数为1500-2000W/m-k。
8.根据权利要求1所述的一种特种石墨炊具，其特征在于：所述金属加热片(102)采用不锈钢加热片，金属加热片(102)的厚度为2-4mm。
9.如权利要求1所述的一种特种石墨炊具的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤，
S1：金属加热片(102)制造，采用不锈钢制成加热片，制造工艺为现有炊具的制备工艺，金属加热片(102)的厚度为2-4mm；
S2：定制多片导热系数为1500-2000W/m-k的特种石墨导热薄片(3)；
S3：于模具中进行特种石墨锅底层材料铺设，由下往上分别铺设锅底底层(1011)、锅底中层(1012)和锅底上层(1013)，锅底底层材料采用平均粒度为18-22um的特种石墨，锅底中层材料采用平均粒度为11-15um的特种石墨，锅底上层材料采用平均粒度为6-10um的特种石墨，铺平后压实；
S4：于特种石墨锅底层材料的上部进行金属加热片(102)铺设，并于特种石墨锅底层材料的外侧进行多个特种石墨导热薄片(3)铺设；
S5：于特种石墨锅底层材料的外侧进行特种石墨锅体材料铺设，将锅体第一层材料、锅体第二层材料和锅体第三层材料依次铺设于特种石墨锅底层材料的外侧，锅体第一层材料采用平均粒度为18-22um的特种石墨，锅体第二层材料采用平均粒度为11-15um的特种石墨，锅体第三层材料采用平均粒度为6-10um的特种石墨；
S6：采用加压成型方式进行加压，压力200Kg/cm2，压制时间5min，制得特种石墨炊具。
10.根据权利要求9所述的一种特种石墨炊具的制备方法，其特征在于：还包含S7，于S6制得的特种石墨炊具的内侧壁涂上GN—205A高温不粘瓷化纳米复合陶瓷涂料，在温度250℃条件下固化30min，制得产品化的特种石墨炊具。
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