适用于食品器皿的金属体和发热盘的制作方法

本发明涉及加热壶技术领域，特别涉及一种适用于食品器皿的金属体和发热盘。

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，是无法满足上述加工指标的。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，即用陶瓷加热板/微晶加热板以及硅胶密封圈，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。

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、清洗容易等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种适用于食品器皿的金属体，使其应用于制作全玻璃水壶时，能同时解决成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等问题。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种适用于食品器皿的发热盘，使其应用于制作全玻璃水壶时，能同时解决成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等问题。

为达到上述技术效果，本发明提供了一种适用于食品器皿的金属体，所述金属体上涂覆有玻璃粉涂料，所述玻璃粉涂料能在金属表面形成玻璃功能涂层；

其中，所述玻璃粉涂料主要由50～90wt％玻璃粉以及10～50wt％有机组分组成；

所述玻璃粉包括17～100wt％的玻璃粉组分a和0～83wt％玻璃粉组分b，所述玻璃粉组分a包括sio2、al2o3、b2o3、cao中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃粉组分a包括：

sio25～60％，al2o35～60％，b2o32～10％，cao5～60％。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃粉组分b包括：

mgo0～5％，p2o50～5％，tio20～5％，zro20～5％，zno0～50％，k2o0～5％，na2o0～5％，li2o0～10％。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃粉由下述方法制得：

将玻璃粉组分a和玻璃粉组分b在1250～1450℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎，即得到玻璃粉。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃粉涂料主要由50～80wt％玻璃粉，10～40wt％有机组分以及0.5～10wt％功能混合物组成；

所述玻璃粉涂料能在金属表面形成具有远红外辐射功能的玻璃功能涂层。

作为上述技术方案的改进，所述功能混合物包括氧化物、碳化物、氮化物、稀土氧化物中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，所述功能混合物包括氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铜、氧化锌、二氧化硅、碳化硅、碳化钨、氮化铝、钨酸铝、稀土氧化物中的一种或多种。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃功能涂层在9～50μm的红外辐射波段发射率>0.5。

作为上述技术方案的改进，所述玻璃功能涂层在9～15μm的红外辐射波段发射率>0.8。

作为上述技术方案的改进，所述有机组分为树脂或醇类溶剂，所述树脂包括乙基纤维素，所述醇类溶剂包括松油醇。

相应的，本发明还提供一种适用于食品器皿的发热盘，所述发热盘上涂覆有玻璃粉涂料，所述玻璃粉涂料能在发热盘表面形成玻璃功能涂层；

其中，所述玻璃粉涂料主要由50～90wt％玻璃粉以及10～50wt％有机组分组成；

所述玻璃粉包括17～100wt％的玻璃粉组分a和0～83wt％玻璃粉组分b，所述玻璃粉组分a包括sio2、al2o3、b2o3、cao中的一种或多种。

实施本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种适用于食品器皿的金属体和发热盘，其金属表面形成有一层玻璃功能涂层，使其在高温使用(用于食品加热)时，具备安全、卫生、保健的功能。形成有玻璃功能涂层的金属体，具有如下优点：

1、耐热性好：经受0-500℃的冷热冲击后涂层完好，不开裂，不脱落；

2、致密性好：该涂层能将金属表面与空气完全隔绝，在高温加热时，保证金属不被氧化；同时该涂层具有良好的绝缘性，用于电加热盘时，可以避免表面带电，满足电气安全的需要；

3、化学稳定性好：该涂层本质上属于微晶-玻璃混合物，化学性质稳定，在用于加热食品时(<400℃)，无元素析出，耐酸碱性能好，可与食品直接接触，满足食品安全的需要；该涂层光洁、平整，遇到油污容易清洗；

4、特定的远红外辐射特征：在50～200℃温度范围，该涂层在9～15μm的红外辐射波段发射率>0.8，该辐射波段同时也是水和人体的红外辐射波动，因此用于加热水或食物，对人体有保健作用。

5、本发明形成有玻璃功能涂层的金属体用于制作全玻璃加热容器时，其作为加热底座，从源头上解决了玻璃导热系数极低的问题，从而实现了大功率，该全玻璃加热容器可以在800-3000瓦区任意的置配。

6、本发明形成有玻璃功能涂层的金属体具有优异的导热性，发热盘的工作温度仅在109度左右，从而使发热盘的稳定性、可靠性、寿命周期大大提高。

因此，所述玻璃功能涂层致密、光洁、平整、坚硬、化学性质稳定，使其应用于制作全玻璃水壶时，能同时解决成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等问题。

附图说明

图1是本发明一种非金属加热壶的剖视图。

图2是本发明非金属壶体的立体图。

图3是本发明非金属壶体的主视剖视图。

图4是图3所示的a部的局部放大图。

图5是本发明非金属壶体的仰视图。

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。

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、清洗容易等问题。因此，本发明提供一种全新思路的解决方案，通过在加热底座的金属发热盘上增设一层玻璃功能涂层，以此来实现全玻璃水壶。此方法结构简单，清洗容易，容易实现，然而玻璃与金属属于两种完全不同的材料，性能差距非常大，且玻璃是热的不良导体，与金属发热盘连接困难。如何在金属发热盘上设有玻璃功能涂层，并解决其连接牢固、不开裂、不脱落、寿命长、安全、导热性能好等问题，成为关键所在。

为此，本发明设计了一种适用于食品器皿的金属体，所述金属体上涂覆有玻璃粉涂料，所述玻璃粉涂料能在金属表面形成玻璃功能涂层；所述玻璃粉涂料主要由50～90wt％玻璃粉以及10～50wt％有机组分组成。

其中，所述玻璃粉包括17～100wt％的玻璃粉组分a和0～83wt％玻璃粉组分b，所述玻璃粉组分a包括sio2、al2o3、b2o3、cao中的一种或多种。所述玻璃粉组分b包括mgo，p2o5，tio2，zro2，zno，k2o，na2o，li2o中的一种或多种。

优选的，所述玻璃粉组分a包括：sio25～60％，al2o35～60％，b2o32～10％，cao5～60％。更佳的，所述玻璃粉组分a包括：sio210～50％，al2o310～50％，b2o33～8％，cao10～50％。

所述玻璃粉组分b包括：mgo0～5％，p2o50～5％，tio20～5％，zro20～5％，zno0～50％，k2o0～5％，na2o0～5％，li2o0～10％。

优选的，所述玻璃粉组分b包括：mgo1～4％，p2o51～4％，tio21～4％，zro21～4％，zno10～50％，k2o1～4％，na2o1～4％，li2o2～8％。

更佳的，所述玻璃粉组分b包括：mgo2～3％，p2o52～3％，tio22～3％，zro22～3％，zno15～35％，k2o2～3％，na2o2～3％，li2o3～5％。

所述玻璃粉组分a是必要组分，玻璃粉组分b是可选择组分，通过调整玻璃粉组分a、玻璃粉组分b中不同组分的含量比例，可以匹配不同的金属材质表面，形成致密的涂层。

所述玻璃粉由下述方法制得：

将玻璃粉组分a和玻璃粉组分b在1250～1450℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎，即得到玻璃粉。粉碎得到的粉末d50＝2.5μm。

市面上常用的封接用玻璃粉，无法同时满足匹配金属表面、耐热性好、致密性好、化学稳定性好、安全卫生、特定远红外辐射等要求。也就是说，市面上常见的封接用玻璃粉可能在匹配金属基材方面没有问题，但是可能含有重金属，使用温度也比较低，当其用于烧水壶时，不断进行冷热交替，容易破碎。

作为玻璃粉涂料更佳的实施方式，其主要由50～80wt％玻璃粉，0.5～10wt％功能混合物以及有机组分10～50wt％组成。优选的，所述玻璃粉涂料主要由55～75wt％玻璃粉，2～10wt％功能混合物以及有机组分15～35wt％组成。所述玻璃粉涂料能在金属表面形成具有远红外辐射功能的玻璃功能涂层。

所述功能混合物是多种无机化合物的混合物，主要目的在于实现特定的远红外辐射功能。所述功能混合物包括氧化物、碳化物、氮化物、稀土氧化物中的一种或多种。

具体的，所述功能混合物包括氧化铁、氧化镍、氧化钴、氧化铜、氧化锌、二氧化硅、碳化硅、碳化钨、氮化铝、钨酸铝、稀土氧化物中的一种或多种，通过上述不同化合物匹配，可以调整该玻璃功能涂层在不同的使用温度下，具有最佳的红外辐射发射率。

市面上常用的封接用玻璃粉没有远红外特征辐射功能，用于加热水或食物，对人体没有保健作用。

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。

本发明将功能混合物与玻璃粉、有机组分混合，经充分搅拌，分散均匀即可制得所述玻璃粉涂料。所述玻璃粉涂料能在金属表面形成具有远红外辐射功能的玻璃功能涂层。所述玻璃功能涂层的厚度为9～50μm，优选为9～15μm，或20～40μm。

在50～200℃温度范围内，所述玻璃功能涂层在9～50μm的红外辐射波段发射率>0.5。

优选的，在50～200℃温度范围内，所述玻璃功能涂层在9～15μm的红外辐射波段发射率>0.8。在50～200℃温度范围内，所述玻璃功能涂层在20～40μm的红外辐射波段发射率>0.8。该辐射波段同时也是水和人体的红外辐射波动，因此用于加热水或食物，对人体有保健作用。

所述金属体包括铝、铜、不锈钢、铝合金或铜合金，但不限于。本发明涂料可以满足多种不同金属的需求，通过调整玻璃粉组分a、玻璃粉组分b中不同组分的含量比例，可以匹配不同的金属材质表面，形成致密的涂层。再通过匹配功能混合物，可以调整该玻璃功能涂层在不同的使用温度下，具有最佳的红外辐射发射率。

将涂料涂覆在金属体上，形成玻璃功能涂层，具有如下优点：

1、耐热性好：经受0-500℃的冷热冲击后涂层完好，不开裂，不脱落；

2、致密性好：该涂层能将金属表面与空气完全隔绝，在高温加热时，保证金属不被氧化；同时该涂层具有良好的绝缘性，用于电加热盘时，可以避免表面带电，满足电气安全的需要；

3、化学稳定性好：该涂层本质上属于微晶-玻璃混合物，化学性质稳定，在用于加热食品时(<400℃)，无元素析出，耐酸碱性能好，可与食品直接接触，满足食品安全的需要；该涂层光洁、平整，遇到油污容易清洗；

4、特定的远红外辐射特征：在50～200℃温度范围，该涂层在9～15μm的红外辐射波段发射率>0.8，该辐射波段同时也是水和人体的红外辐射波动，因此用于加热水或食物，对人体有保健作用。

因此，所述玻璃功能涂层致密、光洁、平整、坚硬、化学性质稳定，使其应用于制作全玻璃水壶时，能同时解决成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等问题。具体的，本发明形成有玻璃功能涂层的金属体用于制作全玻璃加热容器时，其作为加热底座，从源头上解决了玻璃导热系数极低的问题，从而实现了大功率，该全玻璃加热容器可以在800-3000瓦区任意的置配。而且，本发明形成有玻璃功能涂层的金属体具有优异的导热性，发热盘的工作温度仅在109度左右，从而使发热盘的稳定性、可靠性、寿命周期大大提高。

进一步，所述金属体由下述方法制得：

对金属体表面进行预处理，使其光洁、平整；

采用喷涂或者印刷的方式，将涂料均匀涂布在金属体表面；

将涂布有涂料的金属体在600～1000℃烧结，在金属体的表面形成致密、光洁、平整、坚硬、化学性质稳定的玻璃功能涂层。

相应的，本发明还公开一种适用于食品器皿的发热盘，所述发热盘上涂覆有玻璃粉涂料，所述玻璃粉涂料能在发热盘表面形成玻璃功能涂层；其中，所述玻璃粉涂料主要由50～90wt％玻璃粉以及10～50wt％有机组分组成；所述玻璃粉包括17～100wt％的玻璃粉组分a和0～83wt％玻璃粉组分b，所述玻璃粉组分a包括sio2、al2o3、b2o3、cao中的一种或多种。

需要说明的是，设于发热盘上的玻璃粉涂料的技术细节同上所述，在此不再赘述。

如图1所示，非金属加热装置包括非金属壶体1、加热底座2和功能控制底座3，非金属壶体1与加热底座2成型为一体结构，再放置在功能控制底座3上，实现智能控制烧水。

所述加热底座2包括发热盘21，所述发热盘21的表面形成有至少一层玻璃功能涂层22，所述发热盘21通过玻璃功能涂层22与非金属壶体1成型为一体结构，所述玻璃功能涂层22将非金属壶体1内的食物与发热盘21相隔开。

结合图2和图3，所述非金属壶体1为割底的壶体。

需要说明的是，割底的壶体只包括侧壁，而不设有底部，所述侧壁形成中空的壶体结构。本发明割底的壶体1的底部与加热底座的玻璃功能涂层22连接，形成一完整的壶体结构。

所述非金属壶体1可以是玻璃壶体、陶瓷壶体或石英壶体，但不限于此。优选的，所述非金属壶体为玻璃壶体。

如图5所示，所述发热盘21设在玻璃功能涂层22的底部，其由金属制成，例如铝、铜、不锈钢、铝合金或铜合金。所述发热盘21优选为发热膜，但不限于此。

进一步，如图3和图4所示，为了保证非金属壶体和玻璃功能涂层之间具有更佳的连接效果，所述割底的非金属壶体11包括壶身11a、与壶身11a连接的凹部11b或凸部，所述凹部11b或凸部向外或向内延伸形成一平整部11c，所述平整部11c与玻璃功能涂层22通过玻璃粉涂料连接固定。

优选的，所述平整部的宽度为2-5mm。若平整度的宽度小于2mm，则导致致密性不好，容易发生漏水或渗水。若平整度的宽度大于5mm，则会影响加热装置的导热效率。

所述凹部11b或凸部上可以设有固定环。所述固定环可以根据产品的外观形状来进行配合设计，而且，所述固定环上还可以设有连接件，用于实现壶体和底座的连接固定。

所述非金属加热装置可以是烧水壶、电炖盅、电饭煲等厨房电器，但不限于此。图1-4所示加热装置为烧水壶。

本发明使用涂料在发热盘的表面形成玻璃功能涂层，与玻璃壶体连接形成一体式的全玻璃加热壶，全玻璃加热壶性质稳定、安全、干净，不会与加热的食品产生化学反应，没有重金属的隐忧，健康卫生。而且，本发明全玻璃加热壶导热性能好，能使发热盘发出的热均匀、高效地传递到壶体和被加热液体，进而提高壶体和发热体的使用寿命，避免壶体破裂，避免发热体烧蚀，避免壶体和发热体之间发生脱离。

因此，本发明采用了全新结构的非金属加热壶，能同时解决成本较低、寿命长、安全、可量产、清洗容易等问题。

下面以具体实施例进一步阐述本发明

实施例1

430不锈钢表面形成玻璃功能涂层

1、玻璃粉的制备：玻璃粉的配比为sio229％，al2o314％，b2o37％，cao45％，tio23％，zro22％，将上述组分在1450℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到d50＝2.5μm的粉末，即得到玻璃粉；

2、涂料调制：有机组分38％，玻璃粉62％，将上述组分充分搅拌，过三辊机分散均匀，得到黏度为1～2pa.s的涂料；

3、将430不锈钢表面清洗干净，采用喷涂的方式，将涂料均匀涂布在不锈钢表面，在150℃烘干，然后在850℃烧结10min，得到厚度约20～40μm的半透明涂层；

4、该涂层可用于430不锈钢表面，在400℃以下稳定工作，可用于加热电器发热盘的表面处理。

实施例2

430不锈钢表面形成玻璃功能涂层

1、玻璃粉的制备：玻璃粉的配比为sio232％，al2o312％，b2o37％，cao45％，tio22％，zro22％，将上述组分在1450℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到d50＝2.5μm的粉末，即得到玻璃粉；

2、功能混合物的配比：碳化钨60％，氧化铁25％，氧化锌15％；

3、涂料调制：有机组分40％，玻璃粉50％，功能混合物10％，将上述组分充分搅拌，过三辊机分散均匀，得到黏度为1～2pa.s的涂料；

4、将430不锈钢表面清洗干净，采用喷涂的方式，将涂料均匀涂布在不锈钢表面，在150℃烘干，然后在850℃烧结10min，得到厚度约9～15μm的半透明涂层；

5、该涂层可用于430不锈钢表面，在400℃以下稳定工作，具有明显的远红外辐射特征，可用于加热电器发热盘的表面处理。

实施例3

铝基板表面形成玻璃功能涂层

1、玻璃粉的制备：玻璃粉的配比为sio25％，al2o330％，b2o38％，cao50％，tio23％，zro23％，k2o1％，将上述组分在1250℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到d50＝2.5μm的粉末，即得到玻璃粉；

2、涂料调制：有机组分25％，玻璃粉75％，将上述组分充分搅拌，过三辊机分散均匀，得到黏度为20～30pa.s的涂料；

3、将铝基板表面清洗干净，采用丝网印刷的方式，将涂料均匀涂布在铝基板表面，在150℃烘干，然后在650℃烧结10min，得到厚度约20～40μm的半透明涂层；

4、该涂层可用于铝基板表面，在300℃以下稳定工作，可用于部分加热电器发热盘的表面处理。

实施例4

铝基板表面形成玻璃功能涂层

1、玻璃粉的制备：玻璃粉的配比为sio210％，al2o325％，b2o310％，cao50％，tio22％，zro22％，k2o1％，将上述组分在1250℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到d50＝2.5μm的粉末，即得到玻璃粉；

2、功能混合物的配比：二氧化硅70％，氧化铁20％，氧化铜10％；

3、涂料调制：有机组分25％，玻璃粉70％，功能混合物5％，将上述组分充分搅拌，过三辊机分散均匀，得到黏度为20～30pa.s的涂料；

4、将铝基板表面清洗干净，采用丝网印刷的方式，将涂料均匀涂布在铝基板表面，在150℃烘干，然后在650℃烧结10min，得到厚度约20～40μm的半透明涂层；

5、该涂层可用于铝基板表面，在300℃以下稳定工作，具有明显的远红外辐射特征，可用于部分加热电器发热盘的表面处理。

实施例5

304不锈钢表面形成玻璃功能涂层

1、玻璃粉的制备：玻璃粉的配比为sio256％，p2o53％，li2o6％，cao0.5％，k2o2.5％，zno28％，b2o34％，将上述组分在1450℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到d50＝2.5μm的粉末，即得到玻璃粉；

2、功能混合物的配比：碳化硅60％，氧化钴20％，氧化铜20％；

3、涂料调制：有机组分35％，玻璃粉62％，功能混合物3％，将上述组分充分搅拌，过三辊机分散均匀，得到黏度为1～2pa.s的涂料；

4、将304不锈钢表面清洗干净，采用喷涂的方式，将涂料均匀涂布在不锈钢表面，在150℃烘干，然后在850℃烧结10min，得到厚度约20～40μm的半透明涂层；

5、该涂层可用于304不锈钢表面，在400℃以下稳定工作，具有明显的远红外辐射特征，可用于加热电器发热盘的表面处理。

实施例6

304不锈钢表面形成玻璃功能涂层

1、玻璃粉的制备：玻璃粉的配比为sio215％，al2o319％，p2o53％，li2o6％，cao0.5％，k2o2.5％，zno50％，b2o34％，将上述组分在1450℃熔融均匀，水淬，烘干，粉碎得到d50＝2.5μm的粉末，即得到玻璃粉；

2、功能混合物的配比：碳化硅60％，氧化铁20％，氧化铜20％；

3、涂料调制：有机组分19％，玻璃粉80％，功能混合物1％，将上述组分充分搅拌，过三辊机分散均匀，得到黏度为1～2pa.s的涂料；

4、将304不锈钢表面清洗干净，采用喷涂的方式，将涂料均匀涂布在不锈钢表面，在150℃烘干，然后在850℃烧结10min，得到厚度约20～40μm的半透明涂层；

5、该涂层可用于304不锈钢表面，在400℃以下稳定工作，具有明显的远红外辐射特征，可用于加热电器发热盘的表面处理。

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。