本发明涉及厨房锅具领域，具体涉及一种新型电磁感应加热陶瓷锅及其制备工艺。
背景技术：
电磁感应技术因其具有加热效率高、安全环保、温度控制准确、非接触式加热等优点，在诸如电磁电饭锅、电磁热水器、电磁茶壶等加热容器产业得到了广泛的应用。然而，对于传统玻璃内胆、陶瓷内胆等产品，因其绝缘、不导磁等性能缺陷，限制了其在电磁感应技术中的应用。目前，市面上出现了在陶瓷锅等非磁性锅具上贴附一层银电磁感应加热膜片，以实现陶瓷锅的电磁感应加热目的。但银在电磁加热的高温条件下易发生迁移现象而使贴附银电磁感应加热片的陶瓷锅体发热效率衰减、寿命缩短，另外，银价格昂贵，造成银电磁感应加热膜片制造成本较高，难以普及应用。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种新型电磁感应加热陶瓷锅，解决现有贴附银电磁感应加热片的陶瓷锅体发热效率衰减、制造成本高昂等问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种新型电磁感应加热陶瓷锅，包括电磁加热层，所述电磁加热层包括如下质量份的组分：
铜粉53～70％
低熔点纳米玻璃粉10～20％
有机载体20～27％
电磁炉利用电磁感应原理对食品进行加热，电磁炉的炉面是耐热微晶面板，交变电流通过微晶面板下方的线圈产生交变磁场，磁场内的磁力线穿过铁锅、不锈钢锅等含磁性原子的物体底部时产生涡流，令锅底迅速发热达到加热食品的目的。
理论上，电磁感应加热的前提条件在于材料必须同时导电和导磁，在家用电磁炉常用频率30-40khz条件下，铁、钴、镍及相关铁磁合金材料因具有较高的磁导率，可在变化的磁场中感生出电子涡流，故能进行快速地感应加热。而陶瓷锅既不导电也不导磁，不能应用于电磁感应加热。铜锅虽然是优良的导电体，但属于抗磁性材料，在磁场中感应磁场能力较弱，在家用电磁炉30-40khz的磁场频率范围下无法产生较大的涡流，通常也无法应用于电磁感应加热。
近年来，出现了贴附一层银电磁感应加热膜片以实现电磁感应加热的陶瓷锅，然而，银易发生迁移现象，在感应加热高温下，迁移速度更会加快，这将引起银发热层的加热效率的衰减，最终导致发热层不到半年即失效。且银的价格昂贵，使得贴附银加热膜片的电磁加热陶瓷锅制备成本较高，不利于产品应用推广。
本申请发明人通过特定的制备工艺，将微纳铜粉53～70％、低熔点纳米玻璃粉10～20％、有机载体20～27％进行混合，制备成铜粒子的涂层，可以在磁场中产生良好的发热现象，使涂覆该铜粒子涂层的陶瓷锅具有媲美贴附银电磁感应加热片陶瓷锅的加热效率。并且本发明专利制备的带过渡层、保护层的新型电磁感应加热陶瓷锅经过半年以上的反复加热试验，加热效率没有出现衰减现象。
配合使用的低熔点纳米玻璃粉，即粒径低于0.1微米的纳米颗粒材料，在加热后会熔化。配合使用的有机载体可以有多种选择，只要使浆料产生流动粘性即可，如常用的乙醇、调墨油等。
优选的，所述新型电磁感应加热陶瓷锅还包括陶瓷锅体、过渡层、保护层，所述电磁加热层通过所述过渡层与所述陶瓷锅体的底部结合，所述保护层覆盖在所述电磁加热层上。
优选的，所述铜粉包括如下体积份的组分：
微米铜粉70～85％
纳米铜粉15～30％
单一微米粒径的铜浆烧结后存在大量的孔隙，使用微/纳粒径的铜粉混合，使得烧结后的膜层更加致密，使锅具发热能力得到优化。
优选的，所述微米铜粉的粒径为2-15μm；所述纳米铜粉的粒径为30-100nm。
优选的，所述低熔点纳米玻璃粉为zno-bi2o3-b2o3三元玻璃体系玻璃粉；所述电磁加热层的厚度为0.1～0.3mm。
低熔点纳米玻璃粉采用zno-bi2o3-b2o3三元玻璃体系。铋系低熔点玻璃粉具有较低的软化点，且化学性质较为稳定，不易与浆料其他成分反应；纳米粒径的玻璃粉可进一步降低电磁加热层的烧结温度。
优选的，所述过渡层由高热导率的b2o3-zno-na2o系玻璃粉烧结而成，玻璃粉的热膨胀系数介于电磁加热层与锅体之间。
玻璃粉的高导热性可使电磁加热层产生的热量快速而有效地传导到锅体；采用适中热膨胀系数的玻璃粉作为过渡层，可减小电磁加热层与锅体之间的热应力，从而提高电磁加热层的抗热震性能，进而提高寿命。
优选的，所述保护层由热膨胀系数为6～14×10-6/k的玻璃粉和耐高温无机颜料烧结而成；所述保护层的厚度为0.06～0.1mm。
保护层由热膨胀系数为6～14×10-6/k的玻璃粉和耐高温无机颜料烧结而成。其可在电磁加热层表面形成致密的、牢固的保护膜，以防止电磁加热膜高温下被氧化；采用热膨胀系数为6～14×10-6/k的玻璃粉作保护层，可有效地减小保护层与电磁加热层的热应力。
优选的，包括如下步骤：
(1)称取所述过渡层原料，混合均匀，将之涂覆在所述陶瓷锅体的底部表面，烘干、烧结，即可得到所述过渡层；
(2)按比例称取所述铜粉、所述低熔点纳米玻璃粉、所述有机载体，配制成浆料，混合、脱泡，获得具有适宜粘度的浆料；
(3)将所述具有适宜粘度的浆料涂覆在所述过渡层表面，在惰性气氛保护下烧结，即可得到所述电磁加热层；
(4)称取所述保护层原料，混合均匀，将之涂覆在所述电磁加热层，在烘干、低温烧结，即可得到所述保护层；
(5)所述陶瓷锅体、所述过渡层、所述电磁加热层、所述保护层紧密结合，即可得到所述新型电磁感应加热陶瓷锅。
优选的，包括如下步骤：
(1)称取所述过渡层原料，混合均匀，将之涂覆在所述陶瓷锅体的底部表面，烘干，并在850～950℃温度下烧结，即可得到所述过渡层；
(2)按比例称取所述铜粉、所述低熔点纳米玻璃粉、所述有机载体，配制成浆料，混合30～60min，之后真空脱泡5～15min，获得具有适宜粘度的浆料；
(3)将所述具有适宜粘度的浆料涂覆在所述过渡层表面，在惰性气氛保护下，750～820℃温度中，保温15～30min烧结，即可得到所述电磁加热层；
(4)称取所述保护层原料，混合均匀，将之涂覆在所述电磁加热层，烘干，低温烧结，即可得到所述保护层；
(5)所述陶瓷锅体、所述过渡层、所述电磁加热层、所述保护层紧密结合，即可得到所述新型电磁感应加热陶瓷锅。
步骤(1)与步骤(4)的烘干温度一般在100℃左右，能使涂层彻底干燥即可。
优选的，所述涂覆包括丝网印刷、喷涂中的一种。
与现有技术相比较，实施本发明，具有如下有益效果：
本发明使用具有抗磁性的、价格低廉的贱金属铜粉涂层作为陶瓷锅电磁感应加热的主体材料，获得了很好的加热效果，与市面上贴附银加热膜片的电磁感应加热陶瓷锅相比，解决了银在电磁加热的高温条件下易发生迁移而使贴附银加热膜片陶瓷锅的加热效率衰减、寿命缩短的问题，且大大降低了成本；将具有高导电、低化学活性的铜粉替代导磁导电但易氧化的镍、铁等材料，大大提高了带涂层陶瓷锅加热效率以及在反复加热过程中发热金属的抗氧化性，避免了陶瓷锅的发热效率随使用次数的增加而逐渐衰减，从而提高了锅具的寿命；通过过渡层和保护层的设计，进一步提高了电磁感应加热陶瓷锅的使用寿命。本发明的电磁感应加热陶瓷锅具有制备成本低廉，发热效率高、使用寿命长等优势，具备极高的应用价值及良好的产业化前景。
附图说明
图1是本发明的电磁感应加热陶瓷锅的结构示意图；
其中1-陶瓷锅体，2-过渡层，3-电磁加热层，4-保护层；
图2是铜元素在电磁加热层中的分布eds图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加容易理解，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
如图1所示，称取7.2g高热导率的b2o3-zno-na2o系的玻璃粉和2.8g乙醇溶剂，混合均匀，将之喷涂在锅底直径为10cm的陶瓷锅体1锅底表面，在140℃温度下烘干，并在900℃温度下烧结，即可得到过渡层2。再称取4.8g粒径为8μm的铜粉、1.2g粒径为60nm的铜粉、1.6g低熔点zno-bi2o3-b2o3纳米玻璃粉和2.4g有机载体，配制成浆料，将浆料混合45min后真空脱泡10min，将脱泡后的浆料喷涂在过渡层表面，在惰性气氛保护下，780℃温度中，保温20min烧结，即可得到电磁加热层3。称取6g高热膨胀系数的sio2-al2o3-cao系玻璃粉、1.5g耐高温无机颜料和2.5g玻璃调墨油溶剂，混合均匀，将之喷涂在电磁加热层表面，在120℃温度下烘干，低温烧结，即可得到保护层4。最终得到以铜为主体材料的具有较高电磁加热效率的新型电磁感应加热陶瓷锅。
实施例2
如图1所示，称取6.5g高热导率的b2o3-zno-na2o系玻璃粉和3.5g乙醇溶剂，混合均匀，将之喷涂在锅底直径为10cm的陶瓷锅体1锅底表面，在150℃温度下烘干，并在850℃温度下烧结，即可得到过渡层2。再称取4.51g粒径为2μm的铜粉、0.79g粒径为30nm的铜粉、2g低熔点zno–sio2–cao纳米玻璃粉和2.7g有机载体，配制成浆料，将浆料混合30min后真空脱泡15min，将脱泡后的的浆料喷涂在过渡层表面，在惰性气氛保护下，820℃温度中，保温30min烧结，即可得到电磁加热层3。称取5g高热膨胀系数的sio2-al2o3-cao系玻璃粉、2g耐高温无机颜料和3g玻璃调墨油溶剂，混合均匀，将之喷涂在电磁加热层表面，在120℃温度下烘干，低温烧结。最终得到以铜为主体材料的具有较高电磁加热效率的新型电磁感应加热陶瓷锅。
实施例3
如图1所示，称取8g高热导率的b2o3-zno-na2o系玻璃粉和2g乙醇溶剂，混合均匀，将之丝网印刷在锅底直径为10cm的陶瓷锅体1锅底表面，在90℃温度下烘干，并在950℃温度下烧结，即可得到过渡层2。再称取4.9g粒径为15μm的铜粉、2.1g粒径为100nm的铜粉、1g低熔点na2o-b2o3-sio2纳米玻璃粉和2g有机载体，配制成浆料，将浆料混合60min后真空脱泡5min，将脱泡后的具有适宜粘度的浆料丝网印刷在过渡层表面，在惰性气氛保护下，750℃温度中，保温15min烧结，即可得到电磁加热层3。称取7g高热膨胀系数的sio2-al2o3-cao系玻璃粉、1g耐高温无机颜料和2g玻璃调墨油溶剂，混合均匀，将之丝网印刷在电磁加热层表面，在120℃温度下烘干，低温烧结。最终得到以铜为主体材料的具有较高电磁加热效率的新型电磁感应加热陶瓷锅。
实施例4
采用单微米粒径铜粉组成的电磁感应加热陶瓷锅的实验探索。
按照质量百分比称取以下电磁加热层浆料原料：6g粒径为8μm的铜粉、1.6g低熔点zno-bi2o3-b2o3纳米玻璃粉、2.4g乙醇溶剂，配制成浆料。其余配方、制备工艺同实施例1。
对比例1
采用不同材料组成的电磁感应加热陶瓷锅的实验探索。
按照质量百分比称取以下电磁加热层浆料原料：6gfe粉、1.6g低熔点zno-bi2o3-b2o3纳米玻璃粉、2.4g乙醇溶剂，配制成浆料。其余配方、制备工艺同实施例1。
对比例2
从市场上购买直径为10cm的银导磁贴片电磁感应加热陶瓷锅。
效果例1
将实施例1-4、对比例1-2制备的电磁感应加热陶瓷锅以及从市场上购买的银导磁贴片电磁感应加热陶瓷锅，进行性能测试对比，反复加热100次后的性能结果如表1所示。通过qfh-hd600附着力测试仪，测试电磁加热层与基材的结合强度，结合强度从小到大分为0b～5b六个级别。电磁加热层密度则通过da-300m密度测试仪测试。加热效率测试条件为：将实施例1-4及对比例1-2中的内装500ml水的电磁感应加热陶瓷锅置于电磁炉上，使用600w功率烧水，并记录将水烧开至100℃所需的时间，即为加热时间。t0是初次加热时间，t1是反复加热100次后的加热时间。加热时，实施例1-4利用能谱分析，展示铜元素在电磁加热层中的分布情况，如图2所示。从图2可以看出，铜为实施例1-4加热过程中的发热物质。
表1反复加热100次后不同电磁加热材料性能测试表
从表1可以看出，实施例1-4各层之间均有较高的结合强度。经过100次的加热测试，从加热效率上看，实施例1-4的铜粒子涂层电磁感应加热陶瓷锅拥有较高的加热效率，均能在10分钟内将水煮沸，优于对比例1。特别是实施例1-3，通过纳米铜粉与微米铜粉的混合，虽然仍比对比例2的初始加热时间略长，但基本达到了对比例2昂贵的银导磁贴片电磁感应加热陶瓷锅同等的水平，应认为是较优的选择。尤其是，经过100次使用以后，实施例1-4铜粒子涂层电磁感应加热陶瓷锅加热时间基本不变，而银导磁贴片电磁感应加热陶瓷锅加热时间却明显变长，可见银的迁移现象对银导磁贴片的发热效率会造成较大程度的削减，相较而言本发明的铜粒子涂层电磁感应加热陶瓷锅具有更长的使用寿命。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，例如采用玻璃锅代替陶瓷锅，仍属本发明所涵盖的范围。
1.一种新型电磁感应加热陶瓷锅及其制备工艺，其特征在于，包括电磁加热层，所述电磁加热层包括如下质量份的组分：
铜粉53～70％
低熔点纳米玻璃粉10～20％
有机载体20～27％。
2.如权利要求1所述新型电磁感应加热陶瓷锅，其特征在于，所述新型电磁感应加热陶瓷锅还包括陶瓷锅体、过渡层、保护层，所述电磁加热层通过所述过渡层与所述陶瓷锅体的底部结合，所述保护层覆盖在所述电磁加热层上。
3.如权利要求1所述新型电磁感应加热陶瓷锅，其特征在于，所述铜粉包括如下体积份的组分：
微米铜粉70～85％
纳米铜粉15～30％。
4.如权利要求3所述新型电磁感应加热陶瓷锅，其特征在于，所述微米铜粉的粒径为2-15μm；所述纳米铜粉的粒径为30-100nm。
5.如权利要求1所述新型电磁感应加热陶瓷锅，其特征在于，所述低熔点纳米玻璃粉为zno-bi2o3-b2o3三元玻璃体系玻璃粉；所述电磁加热层的厚度为0.1～0.3mm。
6.如权利要求2所述新型电磁感应加热陶瓷锅，其特征在于，所述过渡层由具有高热导率的b2o3-zno-na2o系玻璃粉烧结而成，且玻璃粉的热膨胀系数介于电磁加热层与锅体之间。
7.如权利要求2所述新型电磁感应加热陶瓷锅，其特征在于，所述保护层由热膨胀系数为6～14×10-6/k的玻璃粉和耐高温无机颜料烧结而成；所述保护层的厚度为0.06～0.1mm。
8.一种如权利要求2所述新型电磁感应加热陶瓷锅的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取所述过渡层原料，混合均匀，将之涂覆在所述陶瓷锅体的底部表面，烘干、烧结，即可得到所述过渡层；
(2)按比例称取所述铜粉、所述低熔点纳米玻璃粉、所述有机载体，配制成浆料，混合、脱泡，获得具有适宜粘度的浆料；
(3)将所述具有适宜粘度的浆料涂覆在所述过渡层表面，在惰性气氛保护下烧结，即可得到所述电磁加热层；
(4)称取所述保护层原料，混合均匀，将之涂覆在所述电磁加热层，在烘干、低温烧结，即可得到所述保护层；
(5)所述陶瓷锅体、所述过渡层、所述电磁加热层、所述保护层紧密结合，即可得到所述新型电磁感应加热陶瓷锅。
9.如权利要求8所述新型电磁感应加热陶瓷锅的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称取所述过渡层原料，混合均匀，将之涂覆在所述陶瓷锅体的底部表面，烘干，并在850～950℃温度下烧结，即可得到所述过渡层；
(2)按比例称取所述铜粉、所述低熔点纳米玻璃粉、所述有机载体，配制成浆料，混合30～60min，之后真空脱泡5～15min，获得具有适宜粘度的浆料；
(3)将所述具有适宜粘度的浆料涂覆在所述过渡层表面，在惰性气氛保护下，750～820℃温度中，保温15～30min烧结，即可得到所述电磁加热层；
(4)称取所述保护层原料，混合均匀，将之涂覆在所述电磁加热层，烘干，低温烧结，即可得到所述保护层；
(5)所述陶瓷锅体、所述过渡层、所述电磁加热层、所述保护层紧密结合，即可得到所述新型电磁感应加热陶瓷锅。
10.如权利要求8和9所述新型电磁感应加热陶瓷锅的制备工艺，其特征在于，所述涂覆包括丝网印刷、喷涂中的一种。
技术总结