导磁结构及包括导磁结构的炊具的制作方法

1.本技术涉及烹调器皿技术领域，更具体地，涉及一种导磁结构及包括导磁结构的炊具。


背景技术：

2.电磁炉是应用比较广泛的一种家用电磁加热设备。然而，当用电磁炉对炊具进行加热时，由于磁场作用于炊具上会引起炊具振动，以产生比较大的噪音,从而影响用户的体验。
3.因此，如何提出一种可降低电磁加热时产生的噪音的炊具成为目前亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明构思的目的在于提供一种包括能够降低电磁加热时产生的噪音的导磁结构并具有长的使用寿命的炊具。
5.根据本发明构思的一方面，提供了一种电磁炉用炊具的导磁结构，所述导磁结构包括：可选的第一导磁层，包括导磁的金属；过渡层，设置在第一导磁层上，包括不导磁的材料；第二导磁层，通过过渡层与第一导磁层结合，其中，所述第二导磁层包括导磁的稀土合金和高熵陶瓷，其中，所述导磁的稀土合金具有磁致伸缩特性。
6.所述稀土合金可以包括铽镝铁合金。
7.所述高熵陶瓷可以包括((ti/al)feconi)o和(mgconicuzn)o中的至少一种。
8.按摩尔百分比计，稀土合金可以占所述导磁材料的65％～85％，余量可以为高熵陶瓷。
9.所述第二导磁层可以具有100μm-300μm的厚度范围。
10.所述第一导磁层可以包括430不锈钢，并且可以具有0.8mm-1.2mm的厚度范围。
11.所述过渡层可以包括氧化钛，并且可以具有60μm-150μm的厚度范围。
12.所述导磁结构还可以包括气凝胶吸波层，所述气凝胶吸波层设置在第二导磁层的与设置有过渡层的侧相对的另一侧上，并且可以包括纳米二氧化硅。
13.所述气凝胶吸波层可以具有0.5mm-1mm的厚度范围。
14.根据本发明构思的一方面，提供了一种炊具，所述炊具包括炊具基体以及设置在炊具基体的表面上的如上所述的导磁结构。
15.通过以上简要描述，根据本发明构思的导磁结构由于包括导磁的稀土合金和高熵陶瓷，使得可以通过磁致伸缩来产生与导磁层相反的振动，并且可以通过高熵陶瓷的孔隙度来吸收噪声，从而降低由于电磁炉的工作产生的噪音。另外，由于根据本发明构思的导磁结构包括其中第一导磁层、过渡层、第二导磁层和气凝胶吸波层在炊具的基体上顺序堆叠的四层结构，因此，通过这四层结构各自地或相互配合地作用，能够更大程度地降低噪声的分贝，并且能够提高包括导磁结构的炊具的使用寿命。
附图说明
16.图1是示出其上设置有根据本发明构思的示例性实施例的导磁结构的炊具。
具体实施方式
17.现在，将在下文中参照附图更充分地描述本发明构思。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施且不应被解释为限于这里所阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本公开将是彻底的和完整的，并且将把本发明的范围充分地传递给本领域技术人员。
18.所有噪声源于通过空气、液体或固体材料传播压力波的机械力，人类听力范围内的噪声频率通常在大约20hz至大约20khz之间，而家用电磁炉的工作频率在大约20hz至大约25khz的范围内，其正好处于临介超声波范围，使得对人类听力刺激最大。
19.电磁炉的噪声主要由以下原因形成：交流电压经过整流器转换为直流电，又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场。在交变磁场的相互影响下，导磁层及其他金属件受到洛伦兹力的引力和斥力作用而产生相同频率的来回往复振动，挤压空气振动，产生噪音。
20.对于在使用电磁炉时产生的噪声，其容易使用户体验变差，并且会给用户带来不舒适的感觉。
21.因此，本发明构思旨在提供一种能够降低或消除由于电磁炉引起的噪声的导磁结构以及包括该导磁结构的炊具。
22.以下，将详细描述本发明构思。
23.对于不能导磁的炊具基体(包括诸如铝、304不锈钢、316不锈钢等不能导磁的材料的基体)，当其用于电磁炉时，炊具与电磁炉接触的部分处需要设置由导磁材料形成的导磁层，从而可以利用导磁层在交变电场下对炊具进行加热。然而，利用现有技术形成的导磁层会在电磁炉工作时产生噪声。因此，本发明构思提供了一种导磁结构，通过使用将该导磁结构用于炊具基体上时，可以降低或消除炊具在被电磁炉加热时产生的噪声。
24.图1是示出其上设置有根据本发明构思的示例性实施例的导磁结构的炊具。
25.根据本发明构思的导磁结构可以被设置在炊具的基体的与电磁炉邻近的部分(例如，底部，如图1所示)处，但不限于此。也就是说，根据本发明构思的导磁结构可以也设置在炊具的基体1的除了所述邻近的部分之外的其余部分处，更进一步地，可以设置为完全覆盖基体1的外表面。
26.根据本发明构思的导磁结构可以包括多层结构，并且可以包括邻近炊具的基体1顺序地设置的可选的第一导磁层2、过渡层3、第二导磁层4以及可选的气凝胶吸波层5。在平面图中，第一导磁层2、过渡层3、第二导磁层4以及气凝胶吸波层5可以具有相同或不同的面积，并且本发明构思不限于此。优选地，在图1中，第一导磁层2、过渡层3、第二导磁层4以及气凝胶吸波层5可以具有与炊具基体1的底部相同的面积。
27.第一导磁层2可以设置在炊具的基体1的底表面上，以用于导磁，因此，第一导磁层2可以包括本领域已知的用于导磁的材料。这里，当一个元件/层“设置在”另一元件/层“上”时，该元件/层可以直接设置在另一元件/层上，或者在他们之间可以存着中间元件/层。然而，当一个元件/层“直接设置在”另一元件/层“上”时，不存在中间元件。
28.根据具体示例，第一导磁层2可以为能够导磁的不锈钢，并且可以具有0.8mm-1.2mm的厚度范围。此外，第一导磁层2可以具有网格结构，以提供优异的导磁性，然而，发明构思不限于此。此外，第一导磁层2可以以物理和/或化学的方法结合到炊具的基体1的外表面(例如，底表面)。根据具体示例，当第一导磁层2为导磁的不锈钢时，不锈钢的第一导磁层2可以通过冷铆结合到炊具基体的外表面(例如，底部)。另外，当炊具的基体1具有导磁性时，炊具的基体可以作为第一导磁层，而不另外设置附加的第一导磁层。也就是说，当炊具的基体1具有导磁性时，炊具的基体1可以作为第一导磁层，在这种情况下，下面将描述的过渡层3可以直接设置在具有导磁性的炊具的基体1的底表面上。
29.过渡层3可以设置在第一导磁层2上，并且包括不导磁的材料。过渡层3可以通过物理/化学工艺设置在第一导磁层上，并且可以具有60μm-150μm的厚度范围。过渡层3起到结合上面描述的第一导磁层2和下面将要描述的第二导磁层4(当炊具基体1用作第一导磁层2时，过渡层用于结合炊具基体1和第二导磁层4)、减小反复振动应力作用、防止第二导磁层4脱落的目的。根据具体示例，过渡层3可以包括不导电的氧化钛，在这种情况下，可以使用粉末粒度在300目-500目范围内的氧化钛颗粒利用等离子喷涂工艺在第一导磁层上形成具有60μm-150μm的厚度范围的过渡层3。
30.第二导磁层4设置在过渡层上，并通过过渡层3与第一导磁层2(或炊具基体1)间隔开。第二导磁层4可以包括导磁材料，导磁材料可以包括导磁的稀土合金和高熵陶瓷。
31.根据示例性实施例，稀土合金可以为铽镝铁合金(例如，以(tb,dy)fe2化合物为基体的合金)。铽镝铁合金是磁致伸缩材料。这里，磁致伸缩是指物体在磁场中磁化时在磁化方向会发生伸长或缩短。当通过线圈的电流变化或者是改变与磁体的距离时其尺寸即发生显著变化的铁磁性材料，通常称为铁磁致伸缩材料。磁致伸缩效应类似于热胀冷缩，但是对于某些材料来说，磁致伸缩是有取向的，即材料只会在某个方向呈现明显磁致伸缩。具有显著磁致伸缩效应的磁性材料称为磁致伸缩材料。
32.因此，当本发明构思的第二导磁层4包括具有磁致伸缩特性的稀土合金时，由于磁致伸缩现象，第二导磁层4会在电磁炉的磁场作用下产生伸缩波，该伸缩波的相位与第一导磁层2产生的机械波的相位不同(例如，相反)，因此，根据本发明构思的第二导磁层4能至少部分地或完全抵消由第一导磁层的机械振动产生的噪音，以达到降低或消除电磁噪音的目的。根据优选示例，当铽镝铁合金为tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
时，其相位与第一导磁层的机械波的相位几乎相反，因此，能够更好地降低甚至消除由于机械波产生的噪声。然而，本发明构思不限于此，本领域技术人员可以采用现有技术中的具有磁致伸缩特性的任何导磁的稀土合金来实现本发明构思。
33.此外，根据本发明构思的第二导磁层4中包括的高熵陶瓷可以包括((ti/al)feconi)o和(mgconicuzn)o中的至少一种，并且当高熵陶瓷包括((ti/al)feconi)o和(mgconicuzn)o两者时，((ti/al)feconi)o和(mgconicuzn)o之间的摩尔比可以被适当地选择。这里，高熵陶瓷的加入一方面可以增大导磁层的孔隙率从而可以吸收一部分电磁噪音，另一方面所选择的高熵陶瓷材料也具有导磁效果，从而可以改变仅金属稀土合金作为导磁层的固有频率，避免了与炊具发生共振的机会，减少了电磁噪音的声贝。
34.根据示例性实施例，如上所述，第二导磁层4可以包括稀土合金和高熵陶瓷，以摩尔百分比计，稀土合金的量可以占导磁材料的量的65％～85％，并且余量可以为高熵陶瓷。
换言之，在导磁材料中，当稀土合金的摩尔百分比为65％时(即，稀土合金的摩尔数与导磁材料的总摩尔数的比)，高熵陶瓷的摩尔百分比可以为35％，并且当稀土合金的摩尔百分比为85％时(即，稀土合金的摩尔数与导磁材料的总摩尔数的比)，高熵陶瓷的摩尔百分比可以为15％。
35.根据示例性实施例，第二导磁层4可以由导磁材料通过诸如喷涂的形成层的工艺来获得。这里，导磁材料可以以颗粒的形式存在，并且其中包括的稀土合金中的至少一部分和高熵陶瓷中的至少一部分可以结合在一起以形成复合颗粒。例如，稀土合金可以包覆在高熵陶瓷的至少部分表面以形成包覆的复合颗粒。根据示例性实施例，导磁材料的颗粒尺寸可以在1μm-50μm的范围内。这里，术语“颗粒尺寸”是指颗粒的最大尺寸，也就是说，当颗粒为非球形形状时，其在任何方向上测量的尺寸都不大于“颗粒尺寸”。当具有上述范围的颗粒尺寸时，通过导磁材料形成在炊具基体上的第二导磁层在具有明显的磁致伸缩特性以及适中的孔隙度，从而有利于降低或消除由于炊具的振动而产生的噪声。
36.根据示例性实施例，导磁材料可以通过真空熔炼+雾化制粉的方法来制备得到，然而，本发明构思不限于这里描述的制备方法，也就是说，本领域技术人员可以基于现有技术来获得本发明构思的导磁材料。在下面，将通过具体示例来示例性地描述形成第二导磁层的导磁材料的制备方法。
37.首先，可以选择铽镝铁合金原料和粒度在800目～2500目的范围内的高熵陶瓷粉末混装入坩埚内，然后将坩埚放入真空电弧炉中，并对真空电弧炉用机械泵抽真空至6
×
10-2
pa，然后用扩散泵抽高真空至5
×
10-3
pa。之后，可以对炉膛冲入高纯氩气至1.013
×
105pa并开始熔炼，其中，引弧电流可以为60a～70a。这里，首先可以对装有纯钛的坩埚进行熔炼，以除去炉膛中的氧气，然后用焊枪对合金原料进行熔炼，其中，熔炼电流可以为200a～300a。每熔炼完一次可以用机械手对合金翻面，如此反复熔炼5～8次，以保证合金成分均匀。
38.在真空熔炼之后，可以进行雾化制粉步骤。具体地，可以通过喷嘴引入高速氮气气流以冲击并剪切熔炼完成的合金-高熵陶瓷混合液，使之分散成细小的滴，使滴最终冷却形成粉体。这里，喷嘴直径可以在0.5mm～1mm的范围内，喷射角度可以为30
°
～60
°
，氮气压力可以为1.80mpa～2.0mpa。
39.通过以上步骤，可以形成包括铽镝铁合金包覆高熵陶瓷的复合颗粒的导磁材料。
40.在获得导磁材料后，可以通过筛分选择粒度在400目-600目的导磁材料，并通过等离子喷涂工艺来制备第二导磁层4，从而可以获得厚度在100μm-300μm的范围内的第二导磁层4。
41.根据本发明构思，由于第二导磁层4包括导磁的稀土合金和高熵陶瓷，从而可以起到反向振动的作用，从而抵消由于电磁炉引起的噪声。
42.以上结合示例性实施例描述了具有三层结构的导磁结构，然而，为了进一步降低噪音并提供耐热、防摩擦、抗冲击等功能，还可以在三层结构的导磁结构上另外设置作为导磁结构的第四层的气凝胶吸波层5，然而，示例性实施例不限于此，并且可以省略第四层的气凝胶吸波层。
43.根据示例性实施例，气凝胶吸波层5可以具有质轻、多孔、耐热性好等优点，从而起到用于吸收振动和多孔吸收音波的作用，以助于降低噪音。因此，根据本发明构思的气凝胶
吸波层5可以利用本领域已知的材料来形成。根据具体示例，气凝胶吸波层可以包括纳米二氧化硅，并且厚度可以在0.5mm-1mm的范围内。
44.以上结合示例性实施例详细描述了根据本发明构思的用于电磁炉用炊具的导磁结构及其制备方法，在下面，将通过具体示例来详细描述本发明构思的有益效果。
45.实施例1
46.通过下面的方法来制造根据实施例1的炊具。
47.准备铝制炊具基体。
48.通过冷铆工艺，在基体的底表面上形成厚度为1.2mm的不锈钢导磁片作为第一导磁层，其中，冷铆压力为20000kn。
49.提供粒度为350目的氧化钛粉末颗粒，通过等离子喷涂工艺利用枪口处形成的高压等离子焰流将氧化钛粉末颗粒加热至熔融，然后沉积在第一导磁层上，从而形成厚度为150μm的过渡层，其中，等离子工艺条件包括：送粉速度为25g/min，喷涂距离为110mm，电弧电流为550a，氢气压力为0.6mpa，流量为50l/h，氩气压力为1.2mpa，流量为1500l/h。
50.采用真空熔炼+雾化制粉工艺来制备粒度在400目的、形成第二导磁层的导磁材料。导磁材料的制造方法具体步骤如下：
51.真空熔炼：准备铽镝铁合金tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
和粒度为800目的高熵陶瓷粉末((ti/al)feconi)o：采用真空电弧炉，按摩尔百分比计将65％的tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
和35％的((ti/al)feconi)o混和装入坩埚内，用机械泵抽真空至6
×
10-2
pa，随后用扩散泵抽高真空至5
×
10-3
pa，然后对炉膛冲入高纯氩气至1.013
×
105pa，开始熔炼，这里，引弧电流为60a；先对装有纯钛的坩埚熔炼，以除去炉膛中的氧气，然后用焊枪对坩埚内的混合物进行熔炼，熔炼电流为300a，每熔炼完一次用机械手对合金翻面，反复熔炼8次，保证合金成分均匀；
52.雾化制粉：通过喷嘴引入高速氮气气流，冲击剪切熔炼完成的合金液，使之分散成细小的金属液滴，最终冷却形成导磁材料颗粒，其中，喷嘴直径为0.5mm，喷射角度为60
°
，氮气压力为1.8mpa；
53.对所得导磁材料颗粒进行筛分，获得粒度在400目的导磁材料。
54.得到导磁材料后，通过冷喷涂工艺，利用枪口处形成的高压气流将400目的导磁材料颗粒加速，以在过渡层上形成厚度为200μm的第二导磁层。其中，冷喷涂工艺如下：选择粒径为400目的导磁材料，将其装入送粉器，设置参数为：工作气体为高纯氮气，工作温度(即，工作气体加热温度)为650℃，喷涂压力为2.5mpa，送粉速度为5kg/h，喷涂距离为25mm。
55.在形成第二导磁层后，可以在第二导磁层上形成厚度为1.0mm的气凝胶吸波层。气凝胶吸波层的制备过程如下：
56.(1)取60重量份硅酸钾钠、100重量份去离子水以及5重量份羧甲基纤维素钠，置于搅拌容器中，以300rpm的转速搅拌30min，待羧甲基纤维素钠充分溶解后，加入30份硫酸钙晶须，以500rpm的转速搅拌30min，得到分散均匀的浆料；
57.(2)取50重量份去离子水、5重量份十二烷基硫酸钠以及1重量份二甲基马来酸酯铵盐分散剂，置于搅拌容器中，以120rpm的转速搅拌10min，待溶剂充分混合后，加入5重量份二氧化硅气凝胶粉末(粒径2μm～40μm)，以300rpm的转速搅拌120min，得到二氧化硅气凝胶的水分散体；
58.(3)在搅拌容器中加入步骤(1)中的浆料和步骤(2)中的二氧化硅气凝胶的水分散
体，以500rpm的转速搅拌30min，得到粘稠浆料；
59.(4)利用超声波分散仪器对粘稠浆料进行超声波处理30min，得到轻质超强气凝胶隔热涂料；
60.(5)将步骤(4)得到的气凝胶隔热涂料通过空气喷涂的方式喷涂在基体表面，喷枪口径1.5mm，雾化气压0.3mpa。经过150℃加热干燥8h后，形成轻质超强气凝胶隔热涂层。
61.经过以上步骤，完成实施例1的包括导磁层的炊具。
62.实施例2
63.除了在基体的底表面上形成厚度为0.8mm的第一导磁层之外，实施例2与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
64.实施例3
65.除了在基体的底表面上形成厚度为1.0mm的第一导磁层之外，实施例3与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
66.实施例4
67.除了在第一导磁上形成厚度为60μm的过渡层之外，实施例4与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
68.实施例5
69.除了在第一导磁上形成厚度为90μm的过渡层之外，实施例5与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
70.实施例6
71.除了在过渡层上形成厚度为100μm的第二导磁层之外，实施例6与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
72.实施例7
73.除了在过渡层上形成厚度为300μm的第二导磁层之外，实施例7与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
74.实施例8
75.除了在第二导磁层上形成厚度为0.5mm的气凝胶吸波层之外，实施例8与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
76.实施例9
77.除了在第二导磁层上形成厚度为0.8mm的气凝胶吸波层之外，实施例9与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
78.实施例10
79.除了第二导磁层中的铽镝铁合金为tb
0.5
dy
0.5
fe2之外，实施例10采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
80.实施例11
81.除了按摩尔百分比计将85％的tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
和15％的((ti/al)feconi)o混和装入坩埚内之外，实施例11采用与实施例1的方法相同的方法制造炊具。
82.实施例12
83.除了按摩尔百分比计将75％的tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
和25％的((ti/al)feconi)o混和装入坩埚内之外，实施例12采用与实施例1的方法相同的方法制造炊具。
84.实施例13
85.除了高熵陶瓷材料为((ti/al)feconi)o和(mgconicuzn)o按摩尔比1:1混合之外，实施例13采用与实施例1的方法相同的方法制造炊具。
86.实施例14
87.除了不包括气凝胶吸波层之外，实施例14与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
88.对比例1,
89.对比例1的炊具只包括实施例1的第一导磁层。
90.对比例2
91.对比例2的炊具不包括实施例1的过渡层。
92.对比例3
93.除了只采用tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
作为导磁材料之外，对比例3与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
94.对比例4
95.除了按摩尔百分比计将60％的tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
和40％的((ti/al)feconi)o混和装入坩埚内之外，对比例4与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
96.对比例5
97.除了按摩尔百分比计将90％的tb
0.3
dy
0.7
fe
1.96
和10％的((ti/al)feconi)o混和装入坩埚内之外，对比例5与采用与实施例1的方法相同的方法来制造炊具。
98.对上述所得炊具进行性能测试，并记录在下表中，具体性能测试方法如下：
99.导磁功率测试方法：按照家用电磁炉适用锅gb_t 32147-2015采用标准电磁炉测试；
100.噪音声贝：在家用电磁炉上2100w烧水，用噪声测试仪在距离炊具20cm处测试噪音大小
101.表：本技术的实施例以及对比例的性能指标测试数据；
[0102][0103][0104]
通过本发明构思的实施例1～14与对比例1～5的比较，可以看出，包括通过根据本发明构思的导磁材料形成的导磁层的炊具具有符合标准范围内的相对较低的初始功率，以及明显低于常规电磁加热产品的噪音。
[0105]
虽然已经描述了本发明的一个或更多个实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以对其进行形式上和细节上的各种改变。