陶瓷镶嵌金属内锅和烹饪器具的制作方法

本发明涉及家用电器领域，具体涉及陶瓷镶嵌金属内锅和烹饪器具。

背景技术

近年来随着人民的生活水平越来越高，对健康环保的锅具材料要求越来越高，对金属材料锅具生锈及中毒等问题日益担心，由于陶瓷材料的优越性能，健康环保，耐化学腐蚀，在和食物长期接触过程中不存在金属元素溶出风险，还具有一定的远红外穿透功能，保证食物的鲜美可口，应用到锅具领域越来越受到重视，但陶瓷材料不具有电磁加热功能，比较脆容易跌落破裂，而且陶瓷锅应用于压力锅存在安全风险。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有的由陶瓷材料制成的陶瓷锅具存在的不具有电磁加热功能、容易破裂且在高温高压下安全性较差的缺陷，提供了一种陶瓷镶嵌金属内锅和烹饪器具。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种陶瓷镶嵌金属内锅，该陶瓷镶嵌金属内锅包括作为内层的陶瓷层、作为外层的金属层以及位于陶瓷层和金属层之间的导热弹性层。

优选地，所述导热弹性层的弹性模量为0.2-1mpa。

优选地，所述导热弹性层的导热系数为20-430w/m²·k。

优选地，所述导热弹性层(2)由含有硅胶和/或弹性聚合物以及导热填料的组合物形成，所述弹性聚合物选自三元乙丙橡胶、硅橡胶和氟硅树脂中的至少一种，所述导热填料为金属氧化物粉体。

优选地，所述导热弹性层为石墨。

优选地，所述导热弹性层的厚度为0.5-3毫米。

优选地，所述金属层的膨胀系数α3、所述导热弹性层的膨胀系数α2以及所述陶瓷层的膨胀系数α1之间满足：α3＞α2＞α1。

优选地，所述陶瓷层和所述金属层的抗压强度均为630kpa以上。

优选地，所述陶瓷层为氧化铝陶瓷层或黏土陶瓷层。

优选地，所述金属层包括至少一层导磁层。

更优选地，所述导磁层为铁层或铁基合金层。

更优选地，所述金属层还包括形成在所述导磁层的外表面上的铝层。

优选地，所述导磁层的感抗为60-90μh，阻抗为1.5-4ω。

优选地，所述陶瓷层的厚度大于所述金属层的厚度。

本发明第二方面提供一种烹饪器具，所述烹饪器具包括本发明所述的陶瓷镶嵌金属内锅。

优选地，所述烹饪器具为电饭煲或电压力锅。

在本发明所述的陶瓷镶嵌金属内锅中，导热弹性层可以缓解因金属层与陶瓷层膨胀系数差异较大引起的压应力；而且，陶瓷导热较慢，导热弹性层可以迅速地将金属层产生的热量传递给陶瓷层；另外，作为外层的金属层保障了锅体可以承受一定的压力，同时具有一定的抗摔跌落能力。

附图说明

图1是本发明所述的陶瓷镶嵌金属内锅的结构示意图。

图2是本发明所述的陶瓷镶嵌金属内锅中的层结构排布示意图。

附图标记说明

1陶瓷层2导热弹性层

3金属层

具体实施方式

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指参考附图所示的上、下；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。

如图1和2所示，本发明所述的陶瓷镶嵌金属内锅包括作为内层的陶瓷层1、作为外层的金属层3以及位于陶瓷层1和金属层3之间的导热弹性层2。

在本发明中，所述导热弹性层2要求具有一定的弹性，从而可以缓解金属层高温膨胀对陶瓷层的挤压，避免陶瓷层的破裂。在优选情况下，所述导热弹性层的弹性模量为0.2-1mpa，具体地，例如可以为0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa、1mpa以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。进一步优选地，所述导热弹性层的弹性模量为0.3-0.6mpa。

在本发明中，所述导热弹性层2要求较好的导热性能，使得由金属层3产生的热量能够及时传递陶瓷层1。在优选情况下，所述导热弹性层2的导热系数为20-430w/m²·k，具体地，例如可以为20w/m²·k、30w/m²·k、40w/m²·k、50w/m²·k、60w/m²·k、70w/m²·k、80w/m²·k、90w/m²·k、100w/m²·k、120w/m²·k、140w/m²·k、160w/m²·k、180w/m²·k、200w/m²·k、220w/m²·k、240w/m²·k、260w/m²·k、280w/m²·k、300w/m²·k、320w/m²·k、340w/m²·k、360w/m²·k、380w/m²·k、400w/m²·k、410w/m²·k、420w/m²·k、430w/m²·k以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。进一步优选地，所述导热弹性层2的导热系数为100-120w/m²·k。

在一种优选实施方式中，形成所述导热弹性层的材料为耐高温导热弹性材料。优选地，所述耐高温导热弹性材料为含有硅胶和/或弹性聚合物以及导热填料的组合物，硅胶和/或弹性聚合物可以赋予优异的弹性和可加工性，所述导热填料可以赋予优异的导热性和耐温性。在优选情况下，所述耐高温导热弹性材料为含有硅胶和导热填料的组合物。所述弹性聚合物例如可以为三元乙丙橡胶(epdm)、硅橡胶和氟硅树脂中的至少一种。所述导热填料例如可以为金属氧化物al2o3、mgo、beo、zno、等粉体，也可以是氮化物si3n4、aln等粉体，也可以是银、铝、铜、金、铁、镍、不锈钢、金属合金等金属粉体。在所述含有有机高分子聚合物和导热填料的组合物中，相对于100重量份的所述有机高分子聚合物，所述导热填料的含量为30-70重量份，优选为40-60重量份。

在另一种优选实施方式中，所述导热弹性层2为石墨。由于石墨具有良好的导热性能，其导热系数最高可达1900w/m²·k，且熔点高达3850℃，耐高温，耐化学腐蚀，具有可塑性，能很好地把金属层产生的热量传递给陶瓷层，并且能很好地缓解金属层热膨胀对陶瓷层造成的挤压。

在本发明中，为了有效缓解金属层3膨胀对陶瓷层1产生的挤压，并且使得金属层3的热量能够及时传递给陶瓷层1，所述导热弹性层2的厚度优选为0.5-3毫米，具体地，例如可以为0.5毫米、0.8毫米、1毫米、1.2毫米、1.4毫米、1.5毫米、1.6毫米、1.8毫米、2毫米、2.2毫米、2.4毫米、2.5毫米、2.6毫米、2.8毫米、3毫米以及这些点值中的任意两个所构成的范围中的任意值。

在一种优选实施方式中，所述金属层3的膨胀系数α3、所述导热弹性层2的膨胀系数α2以及所述陶瓷层1的膨胀系数α1之间满足：α3＞α2＞α1。由于金属材料的膨胀系数远大于陶瓷材料，通过使导热弹性层2的膨胀系数小于金属层且大于陶瓷层，这样能够形成从金属层到陶瓷层的膨胀系数依次递交的梯度，有效缓解加热状态时压应力，避免陶瓷受压力而破裂。

在另一种优选实施方式中，所述陶瓷层1和所述金属层3的抗压强度均为630kpa以上，具体地，例如可以为630kpa、640kpa、650kpa、660kpa、670kpa、680kpa、690kpa、700kpa、710kpa、720kpa、730kpa、740kpa、750kpa、760kpa、770kpa、780kpa、790kpa、800kpa等。在该优选实施方式中，所述陶瓷层1和所述金属层3的抗压强度明显大于电压力锅等烹饪器具的内压力(约为105kpa)，从而可以大大提高锅具高压工作时的安全系数；而且，由于陶瓷材料脆性较大，即使陶瓷层由于受到外力而破坏时，金属材料本身具有良好的韧性，再加上满足上述抗压强度的要求，使得金属层在受到外力时不容易破裂，这种双层耐压结构的设计可以极大地保证锅具在高压下工作时的安全性。

在本发明中，所述陶瓷层1可以由本领域常规的用于形成陶瓷锅具的材料形成。在一种实施方式中，所述陶瓷层1为氧化铝陶瓷层。与其他陶瓷材料相比，氧化铝陶瓷的导热系数较高，通常为20w/m²·k以上，比不锈钢的导热系数(约为16.2w/m²·k)还高；而且氧化铝陶瓷表面硬度较高，其洛氏硬度为hra80-90，硬度仅次于金刚石，远远超过耐磨钢和不锈钢的耐磨性。因此，当所述陶瓷层1为氧化铝陶瓷层时，具有较好的耐磨性和加热效果，同时氧化铝陶瓷具有一定的远红外功能，在加热时可以穿透食物，保证食材的美味可口。所述氧化铝陶瓷层可以按照本领域常规的方法制备，例如，其制备方法可以包括：将70-90重量份的氧化铝粉、3-20重量份的高岭土、0.5-5重量份的滑石粉以及水混合并研磨以获得浆料；将所述浆料进行陈腐1-30小时，然后造粒，得到粒度d50为80-150μm的粒料；将所得粒料进行干压成型，并将成型得到的生坯在1400-1700℃下进行烧结，从而制成氧化铝陶瓷层。

在另一种实施方式中，所述陶瓷层1为黏土陶瓷层。所述黏土陶瓷层内部一般形成有闭口的微气孔，使其具有较好的抗冷热冲击能力，明显提高了锅具的使用寿命。所述黏土陶瓷层可以按照本领域常规的方法制备，例如，其制备方法可以包括：将20-50重量份的黏土、5-15重量份的高岭土、15-40重量份的长石、25-60重量份的锂辉石和5-15重量份的滑石粉以及水混合并研磨、成型和烧结，从而制成黏土陶瓷层。

在本发明中，所述金属层3可以为单层结构，也可以为多层结构。在优选情况下，所述金属层3为多层结构。

根据本发明的一种优选实施方式，所述金属层3包括至少一层导磁层。在该优选实施方式中，所述导磁层可以赋予所述陶瓷镶嵌金属内锅电磁加热的功能。

在本发明中，所述导磁层可以由本领域常规的导磁材料形成。在优选情况下，形成导磁层的材料的选择使得所述导磁层的感抗为60-90μh，阻抗为1.5-4ω。当所述导磁层的感抗和阻抗满足上述要求时，可以保证陶瓷锅在煮饭过程中一定的加热功率，加热能效高，又不会瞬间产生大量的热量造成局部温度过高，这样避免破坏电路和陶瓷层的破裂，同时避免发生米饭焦黄的现象。在具体的实施方式中，所述陶瓷层由铁金属、镍金属、铁基合金以及其他导磁合金材料形成。所述铁基合金例如可以为fe-c合金、fe-ni合金、fe-al合金、fe-si合金和fe-mn合金中的至少一种，优选为fe-c合金，具体的实例如304不锈钢、430不锈钢。在一种优选实施方式中，所述导磁层为铁层(即由铁金属形成的导磁层)或铁基合金层(即由铁基合金形成的导磁层)。

所述陶瓷镶嵌金属内锅中的金属层3可以是一层导磁层，也可以是导磁层与其他金属层复合在一起的多层结构。优选情况下，所述陶瓷镶嵌金属内锅中的金属层3为包括导磁层和其他金属层的多层结构。所述其他金属层可以由铝、锌、铜、不锈钢、金属合金等非导磁性材料形成。由于铝具有优异的抗腐蚀能力，并且在表面生成一层氧化膜，很好的起到保护作用，同时铝金属价格相对较便宜，因此，在优选的实施方式中，所述金属层3包括导磁层和形成在所述导磁层的外表面上的铝层，也即铝层包裹在所述导磁层的外侧。

在一种优选实施方式中，所述陶瓷层1的厚度大于所述金属层3的厚度。陶瓷层1的厚度太薄时在高温烧结时变形较大，产品尺寸很难保证，同时陶瓷层越厚，抗热震性能越好，强度越高，抗压能力越强。而金属层太厚会影响电磁加热效果，因为电磁漩涡电流在金属表面的渗透深度有限。因此，通过使陶瓷层1的厚度大于金属层3的厚度，既可以确保陶瓷层1具有较好的抗热震性能和抗压性能，也可以保证较好的电磁加热效果。进一步优选地，所述陶瓷层1、所述导热弹性层2和所述金属层3的厚度之比可以为10：1-6：1.5-8，优选为10：2-6：2-8。

本发明还提供了一种烹饪器具，所述烹饪器具包括本发明提供的陶瓷镶嵌金属内锅。优选地，所述烹饪器具为电饭煲或电压力锅，所述陶瓷镶嵌金属内锅作为电饭煲和电压力锅的内锅。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

将85重量份的氧化铝粉、10重量份的高岭土、5重量份的滑石粉以及水混合，研磨10小时，球磨至粒径为3.8微米，得到含水量为30重量％的浆料。将该浆料陈腐10小时，然后将所得浆料进行造粒，得到粒度d50为80微米的粒料，将所得粒料进行干压成型，并将成型得到的生坯在1400℃下进行烧结，得到作为陶瓷层的氧化铝陶瓷锅体。该陶瓷层的导热系数为20w/m²·k，洛氏硬度为hra85，膨胀系数为1.5×10^-6/℃，抗压强度为630kpa，厚度为5毫米。

将100重量份的三元乙丙橡胶和60重量份的al2o3混合并制成导热弹性层，该导热弹性层的弹性模量为0.3mpa，导热系数为30w/m²·k，膨胀系数为3×10^-6/℃，厚度为1.3毫米。

将一层铁层(感抗为65μh，阻抗为2.5ω)和一层铝层复合在一起，形成金属层，该金属层的抗压强度为630kpa，膨胀系数为18×10^-6/℃，厚度为2毫米。

将陶瓷层锅体、导热弹性层锅体和金属层锅体组装在一起，以陶瓷层为内层，金属层为外层，导热弹性层位于陶瓷层和金属层之间，从而得到陶瓷镶嵌锅体a1。

实施例2

按照实施例1的方法制造陶瓷镶嵌锅体，所不同的是，陶瓷层为黏土陶瓷层，其制备过程为：将30重量份的黏土、8重量份的高岭土、20重量份的长石、34重量份的锂辉石和8重量份的滑石粉以及水混合并研磨，然后将所得浆料进行造粒，将所得粒料进行干压成型，并将成型得到的生坯在1320℃下进行烧结，得到作为陶瓷层的黏土陶瓷锅体。该陶瓷层的膨胀系数为0.9×10^-6/℃，抗压强度为630kpa，厚度为5毫米。按照该方法制得陶瓷镶嵌锅体a2。

实施例3

按照实施例1的方法制造陶瓷镶嵌锅体，所不同的是，导热弹性层采用石墨，石墨的弹性模量为0.8mpa，导热系数为129w/m²·k，膨胀系数为1.1×10^-6/℃。按照该方法制得陶瓷镶嵌锅体a3。

对比例1

按照实施例1的方法制造陶瓷镶嵌锅体，所不同的是，用由三元乙丙橡胶形成的层结构代替导热弹性层，从而制得陶瓷镶嵌锅体d1。

对比例2

按照实施例1的方法制造陶瓷镶嵌锅体，所不同的是，用相同厚度的铝层代替导热弹性层，从而得到陶瓷镶嵌锅体d2。

测试例

(1)检测上述实施例和对比例制备的陶瓷镶嵌金属内锅的加热效果：在各个陶瓷镶嵌金属内锅中分别装入5l温度为20℃的自来水，并将这些装有自来水的内锅分别放入功率为1300w电饭煲中进行加热，检测水被加热至沸腾所需的时间，结果如下表1所示。

(2)评价上述实施例和对比例制备的陶瓷镶嵌金属内锅耐温性能：将各个陶瓷镶嵌金属内锅分别放入烤箱中加热至260℃并在该温度下恒温放置半个小时，放入20℃水中观察陶瓷镶嵌金属内锅中的陶瓷层是否发生破裂。

表1

由表1的数据可以看出，本发明所述的陶瓷镶嵌金属内锅中通过在金属层和陶瓷层之间设置导热弹性层可以接收更多的热量，并且可以缓解金属层膨胀对陶瓷层产生的挤压力，避免陶瓷层受到挤压而破裂。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。