专利名称：烹饪用具物品的制作方法
技术领域：
烹饪用具物品相关申请的交叉引用本申请要求申请号为NO. 61/239，869,2009年9月4日提交的相同名称的美国临 时专利申请的优先权和权益。
背景技术：
本实用新型涉及铜烹饪用具的结构和制造的改进。虽然铜烹饪用具因其优良的传热能力而是优选的，但是食物接触部必须覆着惰性 涂层，该惰性涂层防止铜和氧化铜浸出到食物内；以及防止烹饪表面着色。传统上，已经使 用锡涂层。然而，这些涂层随时间的过去而磨损。此外，锡是容易划伤的软金属。另一种方法是用不锈钢包覆铜，以便在形成之后食物接触面是钢。虽然不锈钢是 相对耐用且为惰性，但是它容易划伤。更重要的是，不锈钢是热的不良导体，因此即使当不 锈钢相对较薄时，烹饪性能也不如镀锡铜好。虽然这种包层金属板结构在铜和不锈钢之间 配置了若干层铝，但是钢仍是对传热的限制。此外，这种层压板制作复杂且昂贵，具有许多 必须在包覆工艺中冶金结合的层。为此，根据板包覆工艺，铜芯不一定是连续的，并且可以 是非常薄的，具有孔或穿孔，通过该孔或穿孔铝层被挤压出直到彼此结合封装铜。因此，本实用新型的第一个目的在于提供一种铜烹饪用具，该铜烹饪用具具有改 进的长寿命的耐用性并且容易维护而不损失热性能。本实用新型的另一个目的在于提供一种铜烹饪用具，该铜烹饪用具不但需要较少 的食油或者不需要食油以防止食物粘住，而且对于消费者来说使清洗和维护更容易。
实用新型内容在本实用新型中，第一个目的通过提供一种烹饪用具物品来实现，该烹饪用具物 品包括底部，该底部具有面向上的第一表面和相对的面向下的第二表面；基本上垂直的 壁，该垂直的壁环绕所述底部并且终止在上边缘以提供流体容纳容器，其中，所述底部和所 述壁基本上由铜金属的内芯和环绕所述铜芯的两侧的铝的外包层组成。本实用新型的第二方面的特征在于这种烹饪用具容器的所述外包层被阳极氧化 以提供抗划伤性氧化铝涂层。本实用新型的另一方面的特征在于所述流体容纳容器的内部上的这种抗划伤氧 化铝涂层被不沾涂层进一步保护。由此本实用新型的有益效果是该烹饪用具具有改进的长寿命的耐用性并且容易 维护而不损失热性能，不但需要较少的食油或者不需要食油以防止食物粘住，而且对于消 费者来说使清洗和维护更容易。从结合附图的本实用新型的实施方式的下列描述将更清楚本实用新型的上述和 其他目的、效果、特征以及优点。
图IA是烹饪容器的第一实施方式的剖视图；图IB是烹饪容器的第二实施方式的剖视图；图2A是烹饪容器的第三实施方式的剖视图；图2B是由图2A中的椭圆形虚线所指示的第三实施方式的一部分的放大剖视图；图3A至图3H示出了在用铝包铜板构成图1A、图1B、图2A以及图2B的容器的过 程中的步骤；图4是可以用来形成图1A、图1B、图2A、图2B、图3A以及图的容器的铝包铜板 的可选实施方式的剖视图；图5A至图5F示出了图1A、图1B、图2A、图2B、图3A以及图的容器的边缘的各 种任选结构；图6是比较本实用新型的平底锅和不锈钢包铜芯平底锅的理论热性能的曲线图；图7是比较在两个不同周期内穿过在图6中比较的平底锅的理论热梯度的曲线图。
具体实施方式
参看图1至图7，其中相同的附图标记在各视图中指的是相同的部件，其中示出了 本文中大体命名为100的新的并且改进的阳极氧化包铜烹饪用具。根据本实用新型，烹饪用具物品100具有基本上被铝或其合金环绕着的连续的铜 或其合金的芯110，位于两侧的包层121和122，其中优选地位于铝的至少一侧上，并且更 优选地在铝的两个外侧上具有阳极氧化涂层，其中至少食物接触层是氧化铝或三氧化二铝 (Al2O3) 131和132 (如图2A和图2B所示)。这种外部涂层还可以涂有相对耐用的不粘涂层 (诸如有机和无机不粘涂层)141。这种涂层通常包括低表面能有机聚合物和补强填料，并 且可以被沉积为连续多层的略为不同的合成物以改善粘附力和耐用性。低表面能聚合物通 常是氟烃聚合物，和/或含硅树脂聚合物。多个美国专利教导了物质的成分和将有机基涂 层和不粘涂层涂于烹饪用具容器的方法。这些专利包括Vassiliou的US 3，986，993 (1976 年10月19日出版)、Vary等人的US 4，118，537 (1978年10月3日出版)、Wilkinson的 US 4，321，177 (1982 年 3 月 23 日出版)、Patel 的 US5, 691，067 (1997 年 10 月 25 日出版) 以及Bate等人的US 6，133，359 (2000年10月17日出版)，所有这些专利都以引用方式并 入本文。不粘涂层141保护氧化铝层131不被酸性食物降解。还应当理解，和包覆有不锈钢的铜烹饪用具形成对比，很难在不添加另一中间层 的情况下添加不粘涂层，而进一步降低导热性，并且不会象当前实用新型的硬质阳极氧化 铝层一样改善不粘涂层的耐用性。图1和图2的烹饪用具物品如图3A至图3F所示形成。首先，已在两侧包覆了铝 金属或铝合金20和21以生产被覆板30的基本上平坦的铜板10被放置在用来深冲压的配 合模具中。这种生产板30的包覆工艺通常需要某种程度的冷轧；然而轧制也可以是热的， 配置多个通道和/或配置额外的层以促进铜层和铝层之间的粘附。在图3B中，铝包铜板30 在配合模具之间深冲压以形成容器100的大致形状。已经发现，不象传统的钢/铝/铜/铝/钢的5层包层，图3A的结构难以通过传 统的深冲压工艺形成烹饪用具。应相信，因为通常和包层结构中的铝层和铜层一样厚的钢层的强度，所以，较软的铜和铝的包钢结构更易于形成。因此，本实用新型的另一方面是与原料和层厚度的选择结合改进冲压工艺以能够 一致地生产图1和图2的烹饪用具。通常，优选外铝层20和21共同具有板30中的铜厚度 的从大约80%到200%的总厚度。更优选地，铝层20和21应该具有相同的厚度。然而，该 范围内的最优(值)可以根据在冷轧和/或热轧以及退火以后配置的铝合金的可加工性而 相当大地改变。当前，应相信，纯铝合金因其在形成容器100中的可加工性是更优选的。因为重要的是最终的烹饪用具具有良好的外观，所以希望，假如用于形成图IB中 的容器则图3B中所示的冲压工艺或者变薄拉深工艺产生最小的表面粗糙度，该最小的表 面粗糙度不能通过进一步的抛光操作而被经济地抛光。这种抛光操作(图3D)优选地在修 边步骤(图3C)之后执行以形成容器的边缘140。图3C中所示的步骤还可以包括如下面讨 论的图5B至图5F中所示的其他边缘抛光工艺。也很重要的是，冲压工艺导致具有低缺陷程度的一致的产品，并且需要一致水平 的最终表面抛光(诸如磨光)，以将不合格品和所需的再加工减到最少，从而提供有效生产 能力。已经发现，当图3所示的覆层材料具有一致的厚度并且在冲压工艺期间(诸如在 热加工中)，或者在之后，又刚好在通过深冲压或冲压和变薄拉深工艺的组合形成烹饪用具 之前被退火时，上述目的更容易实现。假如被覆板30在以前未被退火，则希望，这种退火在 范围从大约250°C (起)的温度下发生大约15至30分钟，并且相应地对于较高温度则时间 较短，如在大约430°C下大约5分钟。然而，也很重要的是，退火不能过度，因为这将在形成 烹饪用具之后导致“桔皮”状表面粗糙外观，这可能是由在形成之前铝中的颗粒尺寸太大引 起的。因此，根据包覆工艺和烹饪用具形成工艺的特性，退火工艺(如果有的话)应该依此 调整以获得铜芯和外铝层中的机械性能的适当的平衡。在形成之前对使被覆金属板30退火的需要在某种程度上取决于冲压条件和平底 锅的形状，即在较高速度下或较高的局部应变比下冲压通常需要一些退火以改良在轧制或 包覆工艺中形成的铝合金中的颗粒结构。通常，对于其中铝合金是3003级的覆层材料30， 在大约260至300°C之间退火大约15分钟是有益的，但是对于1050级铝，退火温度优选至 少是大约观0°〇。用于形成容器100的覆层材料30的当前优选结构是具有大约Imm厚的铜芯10和 每一个均至少是大约0. 4mm厚的周围的铝层20和21。可以优选这些铝层20和21略微更 厚，即至少大约0. 5mm厚，所以来自被覆金属板的两侧的铝的总厚度是大约与铜芯厚度相 同或比其大。此外，通过深冲压形成的容器可以被变薄拉深以增大壁高，然而如图IB中的容器 100所示，当使其中的铜和/或铝层变薄时，会在底部中留下较厚的铜层。这种变薄拉深是 可选的并且由图3C中所示的步骤表示。在变薄拉深中，增大较小间隙的一系列配合的内模 和外模被环绕容器壁插入以向上内拉从而减小厚度。在容器100被在边缘140处修边和/或抛光之后，它优选地经受在图3F所示的步 骤中的可选的阳极氧化之前的如图3E所表示的步骤中的表面抛光。额外的抛光可以在阳 极氧化之后配置。此外，可选的不粘涂层141在由图3G表示的步骤中被涂抹，在该图3G表 示的步骤之后，额外的涂层(图3H)可以涂于外表面132，增加图2B中所示的层142。为了美观或者给铝层132提供额外的耐用性或耐化学性，涂层142可以是陶瓷涂层、搪瓷涂层或 者漆涂层。由图3G和图3H所示的步骤的顺序可以被颠倒。涂层142可以环绕容器100的 整个外部或者只是环绕周壁101延伸，留下用通过阳极氧化铝层122形成的氧化铝132包 上的外底部102。理想地，外底部102上的任何一种涂层都是相对薄的以避免削弱从火焰或 加热元件到铜芯110的热传递。图4示出了另一个实施方式，其中铝层20和21至少大约和铜层11 一样厚，该铜 层11具有多个间隔开的穿孔12，以允许相反的铝层能够在包覆工艺期间在区域13处彼此 冶金结合。因为如图5A所示，铜中的穿孔12当边缘140被修边时可以暴露，所以可以优选 地如图5B至图5F所示一次或更多次地折叠边缘140，以隐藏铜层11的穿孔特性。这可以 通过在容器100的外侧壁101上在上方折叠边缘140 (图5C至5F)，以及如图5B所示，铰大 铜在边缘140处的薄环，然后将周围的铝层121和122密封在一起以完全覆盖铜芯11来实 现。可选地，可以通过使具有铝的倒角的单个折痕作为折叠部分的端部(图5D)来隐藏或 者保护铜芯10或11，在该折叠部分中在折痕的端部处的边缘被插入容器壁(图5E)。可选 地，图5F中所示的边缘140的双折痕使边缘厚度增至三倍并且完全隐藏在铜层11中可见 的任何穿孔。根据完成的容器的展延性，同样的处理可以用来增大在铜芯110如图1-图3 的实施方式中所示的是连续的边缘140处的壁厚。从有限要素模型和实际测试中已经发现，本实用新型的平底锅提供优于现有技术 包不锈钢烹饪用具的意想不到的优点，该包不锈钢烹饪用具具有层结构300系列级不锈 钢(SS) (1. Omm) /Al (3003 合金)(0. 4mm) /Cu (Imm) /Al (0. 4mm) /SS (Imm)，具有 3. 8mm 的总厚度。这是作比较的本实用新型的结构阳极氧化铝(氧化铝或三氧化二铝)0. 04mm/铝 (3003合金)0. 4mm/Cu(99. 99% )1. Omm/铝(3003合金)0. 4mm/阳极氧化铝(氧化铝或三 氧化二铝)0. 04，具有大约1. 808mm的总厚度。与常规的包不锈钢烹饪用具相比，应当注意，即使外铝层预期将具有比不锈钢相 对低的导热性，作为氧化物和一般的多孔材料，实际性能与下面讨论的有限要素模型相比
更有利。有限要素模型模拟具有2个热源的热焰，每个热源1/2英寸宽，布置成距平底锅 的中心线为2英寸(即热源关于平底锅的中心对称，间隔开4英寸)，具有热源/火焰温度 2200K和80000W/m2的热通量。应当理解在这些理论模型中，为了精确地简化模型平底锅是 干的。还假设平底锅的顶面具有在辐射热中对环境大气0. 85的发射率，而面向火焰的底面 具有对1400° K的平均环境的10W/m2的对流速率。图6比较了 7分钟周期内在具有A1203/A1/CU/A1/A1203结构的本实用新型的平底 锅和具有不锈钢/Al/Cu/Al/不锈钢结构的平底锅的中心和边缘处的导出温度，该7分钟周 期从用如相当于撞击环绕平底锅的几何中心的狭窄的环形区域的火焰而模拟的热源加热 开始。应当理解，本实用新型的结构在大约103秒内在中心处达到大约200°C的烹饪温 度，然而现有技术的平底锅花费了两倍以上的时间O50秒)。此外，当中心达到200°C时，本实用新型的平底锅的中心和边缘之间的温度差仅是 88°C。相反，当中心达到200°C时，现有技术的平底锅仍具有113°C的温度梯度。[0043]图7示出了其中阴影带表示在50秒和250秒穿过厚度的平均温度的相同趋势。虽然已经结合各种优选实施方式描述了本实用新型，但是并不旨在将本实用新型 的范围限于提出的具体形式，而是正相反，旨在覆盖如可以在如由随附的权利要求所限定 的实用新型的精神和范围内的这种可选方案、修改以及等同物。
权利要求1.一种烹饪用具物品，其特征在于，所述烹饪用具物品包括底部，所述底部具有与面向下的第二表面相对的面向上的第一表面；垂直的壁，该垂直的壁环绕所述底部并且终止在上边缘处以提供流体容纳容器；其中，所述底部和所述垂直的壁由铜金属的内芯和环绕所述铜金属内芯的两侧的铝和 铝的合金中的至少一个的外包层所组成。
2.根据权利要求1所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述外包层中的至少一个被阳 极氧化，以提供抗划伤氧化铝涂层。
3.根据权利要求1所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述抗划伤氧化铝涂层位于所 述流体容纳容器的内部上。
4.根据权利要求3所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述流体容纳容器的内部上的 所述抗划伤氧化铝涂层被不粘涂层进一步保护。
5.根据权利要求4所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述不粘涂层包括低表面能有 机聚合物。
6.根据权利要求5所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯的两侧上的所述铝被 阳极氧化。
7.根据权利要求1所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯被暴露在所述容器的 边缘处。
8.根据权利要求1所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯在所述容器的边缘处 被所述铝包层覆盖。
9.一种烹饪用具物品，其特征在于，该烹饪用具物品包括底部，该底部具有与面向下的第二表面相对的面向上的第一表面；垂直的壁，该垂直的壁环绕所述底部并且终止在上边缘以提供流体容纳容器；其中，所述底部和所述垂直的壁包括铜金属的内芯；环绕所述铜金属内芯的两侧的铝的包层；环绕所述铝包层的两侧的氧化铝的涂层。
10.根据权利要求9所述的烹饪用具物品，其特征在于，该烹饪用具物品还包括位于所 述面向上的第一表面上的所述氧化铝涂层上的不粘涂层。
11.根据权利要求9所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯被暴露在所述容器的 边缘处。
12.根据权利要求9所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯在所述容器的边缘处 被所述铝包层覆盖。
13.根据权利要求10所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯在所述容器的边缘 处被所述铝包层覆盖。
14.根据权利要求10所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯被暴露在所述容器 的边缘处。
15.根据权利要求10所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯具有至少Imm的厚 度，并且在所述铜芯的每一侧上的所述铝包层具有至少0. 4mm的厚度。
16.根据权利要求10所述的烹饪用具物品，其特征在于，在所述铜芯的两侧上的所述铝包层的组合厚度至少是该铜芯的厚度的80%。
17.根据权利要求16所述的烹饪用具物品，其特征在于，所述铜芯具有至少Imm的厚 度，并且所述铜芯的每一侧上的所述铝包层具有至少0. 4mm的厚度。
专利摘要一种烹饪用具物品，所述烹饪用具物品包括底部，所述底部具有与面向下的第二表面相对的面向上的第一表面；垂直的壁，该垂直的壁环绕所述底部并且终止在上边缘处以提供流体容纳容器；其中，所述底部和所述垂直的壁由铜金属的内芯和环绕所述铜金属内芯的两侧的铝和铝的合金中的至少一个的外包层所组成。该烹饪用具物品具有铜芯并且被相对较薄的外铝层环绕；所述外铝层优选地被阳极氧化，以提供相对惰性的硬质并且抗划伤的耐用涂层。这种阳极氧化涂层还易于接收不粘涂层。
文档编号A47J27/00GK201840293SQ20102053940
公开日2011年5月25日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月4日
发明者郑子成 申请人:美亚知识产权有限公司