CN1558736A - 包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器和多层材料物品 - Google Patents

包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器和多层材料物品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器。所述多层材料从容器外侧到容器内侧依次包括：厚度为eE的外侧部分，其由一层居里温度在30到350℃之间、热膨胀系数大于或等于6.5×10－6K－1的铁磁性镍基合金组成；和一个厚度为eC的核心，其包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料。

Description

包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器和多层材料物品
本发明涉及包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器和多层材料所制物品，所述容器特别地用于通过感应烹调食物。
通过感应烹调食物是通过通常放置在对电磁场通透的玻璃陶瓷盘下的感应器而进行，其内容物需要加热的烹调容器放置在该玻璃陶瓷盘上。感应器内的高频率电流产生磁场，磁场在容器内引起涡电流，从而通过焦耳效应变热。
还有一些不用玻璃陶瓷盘的特定烹调用具，构成本专利申请主题的材料可用于制造其容器。
为了获得高能量效率，这些容器所用的金属底部在所用的20到50kHz之间的操作频率内具有高电导率和高磁场放大率。因此，通常使用在容器工作温度范围内具有铁磁性的合金。
这些容器接触食物的面必须具有高耐腐蚀性，而底部的耐腐蚀性程度可以稍差但必须不能因清洗而受损。
这些容器还必须是机械稳定的，这样才能保持其几何形状，特别是与感应器顶部接触的底部的平直性。实际上，当容器被加热时，其底部有膨胀的趋势。容器的侧壁也叫套筒，温度的升高低于底部，因此膨胀的程度小，从而在该底部上显示径向压缩力。底部只能通过弯曲而膨胀，从而降低了整个容器的能量效率，由于噪声和所造成的麻烦，使用者不喜欢这种容器。在该容器最初使用时，这种改变是可逆的，但在多次这些温度循环后，其底部材料的结构变形导致不可逆的损坏。当仅容器底部含有高导电材料(例如铝或铜)时，这种现象特别明显。
如果是多层材料，其不同层通常具有相差很大的膨胀系数，这种膨胀系数的不同导致双金属片效应，既有使容器底部变形的趋势，又有使不同层的粘附不可逆损坏直至局部剥离的趋势，因此在感应加热以及用任何其它加热方法(IR，halogen等)时容器的效率显著降低。
为了制造这些容器，铁磁性部分通常使用铁素体不锈钢例如17％Cr-Fe或三层结构对称材料，即奥氏体不锈钢/铁素体不锈钢/奥氏体不锈钢。这些材料的缺点是居里温度大于600℃，这意味着这些容器的底部本身就可以达到该温度，这可能导致食物的损失和烧焦以及容器的损坏，即使温度远低于600℃，这些现象也会发生。
为了解决这个问题，在FR2453627中提出用一种包含居里点在60到200℃之间的合金的三层结构材料制造容器底部。只要该容器的温度低于居里点，合金就具有铁磁性并且由于感应电流而产生损耗，从而加热容器。一旦容器的温度超过居里点，该合金就不再具有铁磁性，加热停止，只有当容器的温度降低到居里点以下时，加热才继续进行。因此实现该容器的热调节。但是，这种材料不适于烹调或煎炸食物，烹调或煎炸食物需要达到的温度在220到320℃范围内。此外，在上述专利中没有提到如何保证容器的良好几何稳定性，和容器两面的良好耐腐蚀性。
FR2689748中采用了同样的原则，该专利提出用包括一种合金例如居里点为250℃的64Fe-36Ni的三层结构材料来制造容器。但是，这种合金的耐腐蚀性一般，膨胀系数非常低。这种合金被压在具有显著较高膨胀系数的金属层上时，导致容器在加热时由于双金属片效应而使容器底部变形，这种变形有时会变得不可逆。此外，还观察到由于在循环应力和温度下的蠕变现象而导致的层之间结合的损害。
因此，本发明的目的是提供具有不随时间推移或在操作中变形的多层底部的烹调容器，底部各层之间保持结合在一起，两面的耐腐蚀性都很好，所述容器还允许在容器自身自动调节的温度下烹调或煎炸食物，因此避免了容器偶然被过度加热的任何危险。
为此目的，本发明的第一个主题是包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器，所述多层材料从容器外到内依次包括：
—一个厚度为eE的外侧部分，其由一层居里温度在30到350℃之间、热膨胀系数大于或等于6.5×10-6K-1的铁磁性合金组成，其以重量百分数表示的化学组成包括：
32.5％≤Ni≤72.5％
5％≤Cr≤18％
0.1％≤Mn≤0.5％
C≤1％
任选的一种或多种选自Mo、V、Co、Cu、Si、W、Nb和Al的元素，这些元素含量的总和小于或等于10％，其余部分是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成还进一步满足下述关系：
Cr-1.1Ni+23.25≤0％
45Cr+11Ni≤1360
如果Ni≥37.5，则Ni+3Cr≥60％
如果Ni≤37.5，则Cr≥7.5
所述铁磁性合金层被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间，然后是
—一个厚度为eC的核心，其包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料，和
—任选的内侧部分，其热膨胀系数大于或等于6.5×10-6K-1，并可以被覆不粘涂料或耐腐蚀涂料。
特别地，本发明人发现这种容器随着时间推移和在操作过程中具有良好的机械、几何和大小稳定性，在加热过程中容器底部保持平坦。在一个优选的实施方案中，容器底部和侧壁由相同的多层材料制成。
在另一个优选实施方案中，多层材料不包括任何内侧部分，eC/eE＝6，更优选的eC/eE＝10。
在另一个优选的实施方案中，内侧部分由一层热膨胀系数在9×10-6K-1至14×10-6K-1之间、被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁素体不锈钢组成，所述铁素体不锈钢特别优选的化学组成包括(重量百分比)：
12％≤Cr≤25％
C≤0.03％
Si≤0.5％
0.1％≤Mn≤0.5％
Al≤0.5％
Ti≤1％
Mo≤2％
V≤2％
其余是铁和熔炼产生的杂质。
在另一个优选的实施方案中，容器的多层材料包括由一层居里温度在30到350℃之间、任选地被插入两层奥氏体不锈钢之间的铁磁性合金组成的内侧部分，所述铁磁性合金特别优选的化学组成包括(重量百分比)：
32.5％≤Ni≤72.5％
5％≤Cr≤18％
0.1％≤Mn≤0.5％
C≤1％
任选的一种或多种选自Mo、V、Co、Cu、Si、W、Nb和Al的元素，这些元素含量的总和小于或等于10％，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成还满足下述关系：
Cr-1.1Ni+23.25≤0％
45Cr+11Ni≤1360
如果Ni≥37.5，则Ni+3Cr≥60％
如果Ni≤37.5，则Cr≥7.5
本发明的第二个主题是用如上所述和相同优选实施方案的多层材料制成的物品(构成烹调容器)。
下面通过以非限制性实施例给出的三个实施方案的详细描述，阐述本发明。
第一个实施方案涉及一种用于烹调或煎炸食物例如米、鱼或肉的烹调容器。对于这类食物，最适宜的烹调温度在220到290℃范围内。与感应器接触的多层材料的外侧部分由一层含47到55％、优选48到50％的镍，7到13％、优选7到10％的铬和任选的8％钴和/或铜的Fe-Ni-Cr铁磁性合金组成。该层的居里温度在220到290℃之间、热膨胀系数接近10×10-6K-1。
多层材料的核心包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料。该核心的一个主要功能是在容器内均匀分散热。
例如，该核心可以由三个铝或铝合金层组成。优选其有一个较厚、铝含量少于另外两层的中心层。可以选用非常纯的铝或者AA3003或AA3004型铝合金。该特殊三层结构的热膨胀系数大于22×10-6K-1。
核心的另一个实例可以由一层被任选地插入两个铝或铝合金层之间的铜组成。
为了进一步提高容器的机械稳定性和几何稳定性，添加由例如含16到21％铬和0.4到0.6％钛的Fe-Cr-Ti铁素体不锈钢合金制成的内侧部分；还可以使用含16到21％铬、0.6到1.5％钼和0.3到0.7％铌的Fe-Cr-Mo铁素体不锈钢合金。所用合金的居里温度高于外侧部分Fe-Ni-Cr合金的居里温度，并且超过400℃。其热膨胀系数在10×10-6K-1到14×10-6K-1之间。
使用高居里点的材料层作为容器的内侧部分，当温度超过外层的居里点时内侧部分几乎不产热，因此不会扰乱容器的温度调节。
第二个实施方案涉及用来烹调例如蔬菜或者水果等食物的烹调容器。对于这类食物，最适宜的烹调温度在110到160℃范围内。与感应器接触的多层材料的外侧部分由一层含44到47％镍、12到15％铬的铁磁性Fe-Ni-Cr合金组成，其居里温度在140到160℃之间、热膨胀系数接近9.5×10-6K-1。
多层材料的核心包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料。
该容器还包括由含19到21％铬和0.4到0.6％钛的Fe-Cr-Ti铁素体不锈钢合金组成的内侧部分，其居里温度高于外侧部分Fe-Ni-Cr合金的居里温度，其热膨胀系数接近11.5×10-6K-1。
第三个实施方案涉及用来烹调或保持例如肉或鱼等食物温度的烹调容器。对于这类食物，最适宜的烹调温度在100到260℃范围内。与感应器接触的多层材料的外侧部分由一层含47.5到60％、优选48到50％镍，9到15％铬，任选的8％钴和/或铜的铁磁性Fe-Ni-Cr合金组成。该层的居里温度在100到260℃之间、热膨胀系数在9×10-6K-1和11×10-6K-1之间。外层的厚度eE在0.15到1.5毫米之间。
该容器不包括任何内侧部分，但多层材料的核心包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料，其厚度在1到9毫米范围内。
为了进一步加强容器的机械和几何稳定性，可以增加铝核心的厚度。
即使随时间推移，这三个实施方案中所述的容器仍具有良好的机械和几何稳定性，其底部在加热过程中保持平坦，从而可以使能量消耗达到最优，并均匀烹调食物。它们在两面都具有良好的耐腐蚀性。最后，这三个实施方案具有在其用途所需温度值左右自动调节其温度的重要特性。

Claims (15)

1、包括侧壁和多层材料所制底部的烹调容器，所述多层材料从容器外侧到容器内侧依次包括：
—一个厚度为eE的外侧部分，其由一层居里温度在30到350℃之间、热膨胀系数大于或等于6.5×10-6K-1的铁磁性合金组成，其以重量百分数表示的化学组成包括：
32.5％≤Ni≤72.5％
5％≤Cr≤18％
0.1％≤Mn≤0.5％
C≤1％
任选的一种或多种选自Mo、V、Co、Cu、Si、W、Nb和Al的元素，这些元素含量的总和小于或等于10％，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成还进一步满足下述关系：
Cr-1.1Ni+23.25≤0％
45Cr+11Ni≤1360
如果Ni≥37.5，则Ni+3Cr≥60％
如果Ni≤37.5，则Cr≥7.5
所述铁磁性合金层被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间，然后是
—一个厚度为eC的核心，其包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料，和
—任选的热膨胀系数大于或等于6.5×10-6K-1、并可以被覆不粘涂料或耐蚀涂料的内侧部分。
2、根据权利要求1的烹调容器，其特征为所述多层材料不包含任何内侧部分，并且eC/eE＝6。
3、根据权利要求1的烹调容器，其特征为所述多层材料包括由一层热膨胀系数在9×10-6K-1到14×10-6K-1之间、被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁素体不锈钢组成的内侧部分。
4、根据权利要求3的烹调容器，其特征为内侧部分由一层被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁素体不锈钢组成，以重量百分比表示的所述铁素体不锈钢的化学组成包括：
12％≤Cr≤25％
C≤0.03％
Si≤0.5％
0.1％≤Mn≤0.5％
Al≤0.5％
Ti≤1％
Mo≤2％
V≤2％
Nb≤1％
其余是铁和熔炼产生的杂质。
5、根据权利要求1的烹调容器，其特征为所述多层材料包括一个由一层居里温度在30到350℃之间、被任选地插入到两层奥氏体不锈钢之间的铁磁性合金组成的内侧部分。
6、根据权利要求5的烹调容器，其特征为所述内侧部分由一层被任选地插入到两层奥氏体不锈钢之间的铁磁性合金组成，以重量百分比表示的所述铁磁性合金的化学组成包括：
32.5％≤Ni≤72.5％
5％≤Cr≤18％
0.1％≤Mn≤0.5％
C≤1％
任选的一种或多种选自Mo、V、Co、Cu、Si、W、Nb和Al的元素，这些元素含量的总和小于或等于10％，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成还满足下述关系：
Cr-1.1Ni+23.25≤0％
45Cr+11Ni≤1360
如果Ni≥37.5，则Ni+3Cr≥60％
如果Ni≤37.5，则Cr≥7.5
7、根据权利要求3或权利要求4的用于烹调或煎炸食品例如米、鱼或肉的烹调容器，其特征为所述外侧部分由一层居里温度在220到290℃之间、含47到55％镍、7到13％铬和0到8％钴和/或铜的铁磁性合金组成，该容器包括由含16到21％铬和0.4到0.6％钛的铁素体不锈钢合金组成的内侧部分，或者由含16到21％铬、0.6到1.5％钼和0.3到0.7％铌的铁素体不锈钢合金组成的内侧部分，所述内侧部分的居里温度高于外侧部分铁磁性合金的居里温度，热膨胀系数在10×10-6K-1和14×10-6K-1之间，核心包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料。
8、根据权利要求3或权利要求4用来烹调例如蔬菜或者水果的烹调容器，其特征为所述外侧部分由一层居里温度在110和160℃之间、含44到47％镍、12到15％铬的铁磁性合金组成，该容器还包括由含19到21％铬和0.4到0.6％钛的铁素体不锈钢合金组成的内侧部分，其居里温度高于外侧部分铁磁性合金的居里温度，其核心包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料。
9、根据权利要求2用来烹调或保持例如肉或鱼等食物温度的烹调容器，其特征为所述外侧部分由一层居里温度在100和到260℃之间、厚度eE在0.15到1.5毫米之间、含47.5到60％镍、9到15％铬、0到8％钴和/或铜的铁磁性合金组成，该容器还具有包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料、厚度在1到9毫米之间的核心。
10、根据权利要求1到9任一项的容器，其特征为所述容器的侧壁由与所述容器底部相同的多层材料制成。
11、由多层材料制成的物品，所述多层材料包括：
—由居里温度在30到350℃之间、热膨胀系数大于或等于6.5×10-6K-1的铁磁性合金组成的第一外层，其以重量百分比表示的化学组成包括：
32.5％≤Ni≤72.5％
5％≤Cr≤18％
0.1％≤Mn≤0.5％
C≤1％
任选的一种或多种选自Mo、V、Co、Cu、Si、W、Nb和Al的元素，这些元素含量的总和小于或等于10％，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成还进一步满足下述关系：
Cr-1.1Ni+23.25≤0％
45Cr+11Ni≤1360
如果Ni≥37.5，则Ni+3Cr≥60％
如果Ni≤37.5，则Cr≥7.5
所述层被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间，然后是
—包括至少一层选自铝、铝合金和铜的材料的核心，和
—任选的位于第一外层反面的第二外层，其热膨胀系数大于或等于6.5×10-6K-1，并可以被覆不粘涂料或耐蚀涂料。
12、根据权利要求11的容器，其特征为第二外层由一层热膨胀系数小于14×10-6K-1、被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁素体不锈钢组成。
13、根据权利要求12的物品，其特征为第二外层由一层被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁素体不锈钢组成，以重量百分数表示的所述铁素体不锈钢的化学组成包括：
12％≤Cr≤25％
C≤0.03％
Si≤0.5％
0.1％≤Mn≤0.5％
Al≤0.5％
Ti≤1％
Mo≤2％
V≤2％
Nb≤1％
其余是铁和熔炼产生的杂质。
14、根据权利要求11的物品，其特征为其包括由居里温度在30到350℃之间、被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁磁性合金组成的第二外层。
15、根据权利要求14的物品，其特征为所述第二外层由一层被任选地插入两层奥氏体不锈钢之间的铁磁性合金组成，以重量百分比表示的所述合金的化学成分包括：
32.5％≤Ni≤72.5％
5％≤Cr≤18％
0.1％≤Mn≤0.5％
C≤1％
任选的一种或多种选自Mo、V、Co、Cu、Si、W、Nb和Al的元素，这些元素含量的总和小于或等于10％，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成还满足下述关系：
Cr-1.1Ni+23.25≤0％
45Cr+11Ni≤1360
如果Ni≥37.5，则Ni+3Cr≥60％
如果Ni≤37.5，则Cr≥7.5。
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