石墨内胆、石墨炊具及表面涂层处理方法与流程
石墨内胆、石墨炊具及表面涂层处理方法与流程
本发明涉及厨房用具领域，具体地涉及一种具有石墨内胆的锅具及其表面涂层处理方法。
背景技术：
目前，具有石墨内胆的锅具可以采用电磁加热，由于电磁加热可以使内胆整体发热，因此，可以保证烧制的食物受热均匀且从里往外熟，不仅味道纯正，还能锁住食物本来的养分。另外，电磁加热还具有加热时间短的特点。因此，具有较广的使用前景。然而，石墨内胆的强度较低且韧性差，在烹饪过程中容易磨损、摔碎，进而影响石墨锅具的使用寿命。为了增强石墨锅具的强度与韧性，现有做法为在石墨粉压制过程中加入纤维、金属颗粒等，但是这种做法过程复杂，不适合批量生产。
因此，需要一种新型的石墨内胆、石墨炊具及表面涂层处理方法以更好地满足用户的要求。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种耐磨耐摔且具有保温功能的石墨内胆。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种石墨内胆。该石墨内胆包括形成有容纳腔的石墨基体和覆盖所述石墨基体的内表面的不粘涂层，所述石墨内胆的外表面设有用于提高所述石墨内胆的强度与韧性的保护层。
优选地，所述保护层覆盖所述石墨基体的底壁和侧壁；所述石墨基体的开口处形成有外翻的锅沿，所述保护层从所述侧壁延伸至所述锅沿的顶部端面。
优选地，所述保护层的硬度为800-1000HV。
优选地，所述保护层为Al2O3涂层；或Al或Zn涂层；或Al和Al2O3的混合涂层。
优选地，所述石墨基体的厚度为5-8mm，所述保护层的厚度为50-200μm。
优选地，所述石墨基体的内表面还设有用于提高所述不粘涂层的硬度和附着力的氧化铝中间层，所述不粘涂层沉积在所述氧化铝中间层上。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种石墨炊具，该石墨炊具包括底部设有电磁加热装置的锅体，和能分离地设置在所述锅体内的石墨内胆，其中，所述石墨内胆为上述的石墨内胆。
根据本发明的第三个方面，提供了一种表面涂层处理方法，适用于上述的石墨内胆，该方法包括步骤：
(101)对石墨内胆的外表面进行粗化处理；
(102)将经过喷砂后的石墨内胆清洗干净；
(103)将石墨内胆加热到预定温度；以及
(104)在所述石墨内胆的外表面制备保护层。
优选地，所述步骤(104)具体为：采用等离子喷涂方法制备的Al2O3涂层；或采用冷喷涂方法制备的Al或Zn涂层；或采用电弧喷涂方法制备的Al和Al2O3的混合涂层。
优选地，所述表面涂层处理方法还包括步骤：S1：对石墨内胆的内表面进行粗化处理，并将处理后的石墨内胆加热到预定温度；S2：在经上述步骤处理后的石墨内胆的内表面喷涂氧化铝涂层；以及S3：在所述氧化铝涂层上喷涂不粘涂层。
优选地，所述步骤S2为采用等离子喷涂工艺在石墨内胆的内表面喷涂氧化铝涂层。
优选地，所述步骤S1中石墨内胆粗化处理后的表面粗糙度Rz为20um-40um；所述石墨内胆加热到的预定温度为100-150℃。
通过上述技术方案，可以增强石墨内胆的强度与韧性，且制备过程简单、适合批量生产。
附图说明
图1是本发明的一种实施方式的石墨内胆的结构示意图；
图2是本发明的另一种实施方式的石墨内胆的结构示意图；
图3是本发明的石墨内胆的外表面处理方法流程图；
图4是本发明的石墨内胆的内表面处理方法流程图。
附图标记说明
100 不粘涂层 200 氧化铝中间层
300 石墨基体 500 保护层
具体实施方式
本发明提供了一种石墨内胆，该石墨内胆包括形成有容纳腔的石墨基体300和覆盖石墨基体300的内表面的不粘涂层100，石墨内胆的外表面设有用于提高石墨内胆的强度与韧性的保护层500。在这种情况下，石墨内胆耐磨耐摔，且具有一定的保温性能。
保护层500覆盖石墨基体300的底壁和侧壁，石墨基体300的开口处形成有外翻的锅沿，保护层500从侧壁延伸至锅沿的顶部端面。由此，可以增强整个锅体的防碰撞性能。
由于采用等离子喷涂技术制备的涂层致密性高、结合强度好、且厚度可控，且氧化铝粉末制备工艺成熟价格低廉，因此，本发明中的保护层500优选为采用等离子喷涂方法制备而成的Al2O3涂层。另外，需要说明的是，保护层500还可以为采用冷喷涂方法制备的Al或Zn涂层；或采用电弧喷涂方法制备的Al和Al2O3的混合涂层，只要在石墨基体300的外表面容易形成且具备较高的硬度即可。
优选地，石墨基体300的厚度为5-8mm，保护层500的厚度为50-200μm。在这种情况下，保护层500的硬度可以达到800-1000HV。
为了克服在石墨基体300表面直接沉积不粘涂层100所导致的不粘涂层硬度低、耐磨性差以及附着力不够等缺陷，在本发明的一个具体的实施方式中，石墨基体300的内表面还设有用于提高所述不粘涂层100的硬度和附着力的氧化铝中间层200，所述不粘涂层100沉积在氧化铝中间层200上。这样，中间层200即可以很好地附着在石墨基体300上，又可以作为不粘涂层100的沉积基础。石墨内胆的整体可以形成为具有：“保护层-石墨基体-氧化铝中间层-不粘涂层”四级结构，因此，具有很好的稳定性。在这里需要说明的是，中间层200还可以为氧化钛涂层、氧化锆涂层或氧化铝与氧化钛的复合涂层等，只要能保证具有较好的等离子喷涂效果且致密性即可。
本发明还提供了一种石墨炊具，该石墨炊具包括底部设有电磁加热装置的锅体和能分离地设置在锅体内的石墨内胆，其中，石墨内胆为上述的石墨内胆。具体地，石墨炊具包括石墨锅和石墨烤盘等。由于锅和烤盘的内表面经处理才能与米饭等食物接触，本发明通过采用上述的“保护层-石墨基体-氧化铝中间层-不粘涂层”四级结构，使得了石墨炊具具有易清洗和耐磨损的优点。
此外，本发明还提供了一种表面涂层处理方法，该方法包括在石墨基体400的外表面制备保护层500的步骤和在石墨基体400的内表面制备氧化铝中间层200和不粘涂层100的步骤。具体地，在石墨基体400的外表面制备保护层500的步骤包括：(101)对石墨内胆的外表面进行粗化处理；(102)将经过喷砂后的石墨内胆清洗干净；(103)将石墨内胆加热到预定温度；以及(104)在所述石墨内胆的外表面制备保护层。在这种情况下，制备的石墨基体300的厚度为5-8mm，保护层500的厚度为50-200μm，附着力为10-30MPa，表面硬度为800-1000HV。
在石墨基体400的内表面制备氧化铝中间层200和不粘涂层100的步骤包括：S1：对石墨内胆的内表面进行粗化处理，并将处理后的石墨内胆加热到预定温度；S2：在经上述步骤处理后的石墨内胆的内表面喷涂氧化铝涂层；以及S3：在所述氧化铝涂层上喷涂不粘涂层。优选地，步骤S2为采用等离子喷涂工艺在石墨内胆的内表面喷涂氧化铝涂层，且工艺参数设置范围如下：喷枪功率为：12-20kw；主要工作气体Ar的流量为：20-30L/min；辅助气体H2流量：2-8L/min；喷枪移动速率：250-400mm/s；喷枪与工件表面的角度：80°±10°；以及喷枪枪口到工件表面的垂直距离：80-120mm。
下面对氧化铝中间层200和不粘涂层100的制备过程进行简单说明。
实施例1
对石墨内胆进行喷涂前预处理。将压制成型的石墨内胆进行表面粗化处理：采用喷砂设备对石墨内胆的内表面进行打砂(120目氧化铝和不锈钢砂粒，压缩空气压力4kg.f/m2)，喷砂完锅具表面粗糙度为Rz20um，对石墨内胆进行预热，温度为100℃。
采用大气等离子喷涂技术进行Al2O3涂层制备。等离子喷涂工艺参数设置为：
气体Ar的流量：20L/min；
气体H2的流量：2L/min；
喷枪功率为：12kw；
喷枪移动速率：250mm/s；
喷枪与工件表面的角度：70°；以及
喷枪枪口到工件表面的垂直距离：80mm。
采用空气压力喷涂技术进行氟树脂或陶瓷不沾涂层的喷涂。
在石墨内胆的外表面喷涂一层有机硅树脂涂层。
在实施例1中，制备的Al2O3涂层的厚度为60um，涂层表面显微硬度为6GPa，孔隙率为10％，涂层结合强度为5MPa。制备的不粘涂层优选为聚四氟乙烯，其厚度为30um，表面硬度为1HB，附着力为百格测试无掉落。制备的有机硅树脂涂层的厚度为20um。
实施例2
对石墨内胆进行喷涂前预处理。将压制成型的石墨内胆进行表面粗化处理：采用喷砂设备对石墨内胆的内表面进行打砂(135目氧化铝和不锈钢砂粒，压缩空气压力6kg.f/m2)，喷砂完锅具表面粗糙度为Rz30um，对石墨内胆进行预热，温度为125℃。
采用大气等离子喷涂技术进行Al2O3涂层制备。等离子喷涂工艺参数设置为：
气体Ar的流量：25L/min；
气体H2的流量：6L/min；
喷枪功率为：16kw；
喷枪移动速率：275mm/s；
喷枪与工件表面的角度：80°；
喷枪枪口到工件表面的垂直距离：100mm。
采用空气压力喷涂技术进行氟树脂或陶瓷不沾涂层的喷涂。
在石墨内胆的外表面喷涂一层有机硅树脂涂层。
在实施例2中，制备的Al2O3涂层的厚度为80um，涂层表面显微硬度为8GPa，孔隙率为6％，涂层结合强度为12MPa。制备的不粘涂层优选为聚四氟乙烯，其厚度为40um，表面硬度为1HB，附着力为百格测试无掉落。制备的有机硅树脂涂层的厚度为25um。
实施例3
对石墨内胆进行喷涂前预处理。将压制成型的石墨内胆进行表面粗化处理：采用喷砂设备对石墨内胆的内表面进行打砂(150目氧化铝和不锈钢砂粒，压缩空气压力8kg.f/m2)，喷砂完锅具表面粗糙度为Rz40um，对石墨内胆进行预热，温度为150℃。
采用大气等离子喷涂技术进行Al2O3涂层制备。等离子喷涂工艺参数设置为：气体Ar的流量：30L/min；
气体H2的流量：8L/min；
喷枪功率为：20kw；
喷枪移动速率：400mm/s；
喷枪与工件表面的角度：90°；
喷枪枪口到工件表面的垂直距离：120mm。
采用空气压力喷涂技术进行氟树脂或陶瓷不沾涂层的喷涂。
在石墨内胆的外表面喷涂一层有机硅树脂涂层。
在实施例3中，制备的Al2O3涂层的厚度为100um，涂层表面显微硬度为10GPa，孔隙率为2％，涂层结合强度为20MPa。制备的不粘涂层优选为聚四氟乙烯，其厚度为50um，表面硬度为2HB，附着力为百格测试无掉落。制备的有机硅树脂涂层的厚度为30um。
以上结合附图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。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但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。
技术特征：
1.石墨内胆，包括形成有容纳腔的石墨基体(300)和覆盖所述石墨基体(300)的内表面的不粘涂层(100)，其特征在于，所述石墨内胆的外表面设有用于提高所述石墨内胆的强度与韧性的保护层(500)。
2.根据权利要求1所述的石墨内胆，其特征在于，所述保护层(500)覆盖所述石墨基体的底壁和侧壁；
所述石墨基体的开口处形成有外翻的锅沿，所述保护层从所述侧壁延伸至所述锅沿的顶部端面。
3.根据权利要求1所述的石墨内胆，其特征在于，所述保护层(500)的硬度为800-1000HV。
4.根据权利要求1所述的石墨内胆，其特征在于，所述保护层(500)为Al2O3涂层；或
Al涂层；或Zn涂层；或
Al和Al2O3的混合涂层。
5.根据权利要求1所述的石墨内胆，其特征在于，所述石墨基体的厚度为5-8mm，所述保护层的厚度为50-200μm。
6.根据权利要求1-5中任意一项权利要求所述的石墨内胆，其特征在于，所述石墨基体的内表面还设有用于提高所述不粘涂层的硬度和附着力的氧化铝中间层(200)，所述不粘涂层(100)沉积在所述氧化铝中间层(200)上。
7.石墨炊具，其特征在于，包括底部设有电磁加热装置的锅体和能分离地设置在所述锅体内的石墨内胆，其特征在于，所述石墨内胆为权利要求1-6中任意一项权利要求所述的石墨内胆。
8.一种表面涂层处理方法，适用于权利要求1-6中任意一项权利要求所述的石墨内胆，其特征在于，所述表面涂层处理方法包括步骤：
(101)对石墨内胆的外表面进行粗化处理；
(102)将经过喷砂后的石墨内胆清洗干净；
(103)将石墨内胆加热到预定温度；以及
(104)在所述石墨内胆的外表面制备保护层。
9.根据权利要求8所述的表面涂层处理方法，其特征在于，所述步骤(104)具体为：采用等离子喷涂方法制备的Al2O3涂层；或
采用冷喷涂方法制备的Al或Zn涂层；或
采用电弧喷涂方法制备的Al和Al2O3的混合涂层。
10.根据权利要求8所述的表面涂层处理方法，其特征在于，所述表面涂层处理方法还包括步骤：
S1：对石墨内胆的内表面进行粗化处理，并将处理后的石墨内胆加热到预定温度；
S2：在经上述步骤处理后的石墨内胆的内表面喷涂氧化铝涂层；以及
S3：在所述氧化铝涂层上喷涂不粘涂层。
11.根据权利要求10所述的表面涂层处理方法，其特征在于，所述步骤S2为采用等离子喷涂工艺在石墨内胆的内表面喷涂氧化铝涂层。
12.根据权利要求10所述的表面涂层处理方法，其特征在于，所述步骤S1中石墨内胆粗化处理后的表面粗糙度Rz为20um-40um；
所述石墨内胆加热到的预定温度为100-150℃。
技术总结
本发明涉及厨房用具领域，公开了一种石墨内胆、石墨炊具及表面涂层处理方法。石墨内胆包括形成有容纳腔的石墨基体(300)和覆盖所述石墨基体(300)的内表面的不粘涂层(100)，其中，所述石墨内胆的外表面设有用于提高所述石墨内胆的强度与韧性的保护层(500)。本发明可以增强石墨内胆的强度与韧性，且制备过程简单、适合批量生产。