專利名稱：具有多層防粘陶瓷涂層的食物器皿和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及食物器皿制品，其具有防粘的性能，更具體地涉及具有多層耐久的、防粘的陶瓷涂層的食物器皿制品，以及制造這樣的食物器皿制品的方法。
炊具可以使用各種材料、包括鑄鐵、銅、鋁和鋼來制造。每種類型的炊具都具有優(yōu)點和缺點。
氣候處理的鑄鐵炊具具有強(qiáng)韌的、耐磨的表面。然而，鑄鐵易于生銹，并且其必須小心地清潔，以防止炊具表面的損壞。此外，食品中的酸可以引起鐵從表面浸出，其在某些情況下可能導(dǎo)致健康問題。
銅炊具具有優(yōu)良的傳熱特性。然而，其易于刮傷，因為其與其他炊具材料，例如鑄鐵或者不銹鋼相比是明顯較軟的。銅還易于氧化，其導(dǎo)致失去光澤。銅可以被磨光以除去污點，但是為了保持表面光潔度要求實質(zhì)的努力。銅離子還可能浸提到食品中。
不銹鋼炊具被廣泛使用。其強(qiáng)度和耐久性是已知的。
不銹鋼是相對易于清潔的，并且其持續(xù)保持超過銅的光澤。
然而，與氣候處理的鑄鐵相比，食品更可能粘到不銹鋼上。
過熱，用鹽水烹調(diào)，或者使鍋“燒干”都引起表面變色。此外，雖然通常是非常低的，但是離子例如鐵、鉻、錳和鎳的浸出也可能是人們對不銹鋼擔(dān)心的。
鋁炊具具有優(yōu)良的傳熱特性。然而，鋁也具有浸出離子的缺點。減少該問題的一種方法是涂覆鋁表面。陽極化鋁是用氧化鋁涂覆的。氧化層使與未處理的鋁相比明顯較硬。(未處理的鋁具有來自與空氣中的氧氣反應(yīng)的氧化鋁薄層。)然而，食品通常粘到陽極化鋁炊具上，除非在烹調(diào)中使用油。此外，陽極化鋁炊具不是洗碗機(jī)-安全的，因為其可能由典型的自動洗滌產(chǎn)品變色或者腐蝕。
鋁也可以通過熱噴涂來處理以防止浸出。然而，該過程產(chǎn)生粗糙表面，并且食品通常粘到表面上，除非進(jìn)行處理。
一種眾所周知的炊具表面處理包括使用全氟化碳聚合物。全氟化碳涂層提供了非-粘性表面，但是它們易于刮傷。即使現(xiàn)在的全氟化碳涂層與原來的相比是較強(qiáng)韌的，它們?nèi)匀皇忠子诠蝹．?dāng)表面被刮傷或者被刻痕時，全氟化碳涂層的碎片可能進(jìn)入被烹調(diào)的食品。許多人對碎片是有異議的，盡管還不知道全氟化碳碎片具有健康危險。此外，雖然全氟化碳聚合物在正常烹調(diào)溫度下是安全的，但是它們在高溫下可能被損壞并且可能放出有毒氣體。
另一種表面處理包括使用陶瓷涂層。美國專利號5,447,803描述了鈦層和氮化鈦層的沉積。
氮化鈦涂層具有高硬度和金色顏色。氮化鈦涂層能夠被氧化或者氮化以穩(wěn)定所述顏色，但是這些氧化物或者氮化物涂層是薄的，并且可能仍然被刮傷，導(dǎo)致鍋可能變色。
美國專利6,197,438描述了使用氮化鉻或者氮化鋁的厚層(大約2到50微米)作為底涂層或者外涂層，以獲得抗劃傷和非-粘性性能?？梢约由涎b飾性或者功能性外涂層，例如氮化硅、氧化鋁或者金剛石狀碳。還公開了基于等離子體-噴霧鋁合金基材的陶瓷涂覆的食物器皿。
美國專利6,360,423描述了在炊具上沉積氮化鋯涂層。在沉積氮化鋯層之前表面必須被磨光到高表面光潔度，以便獲得防粘的涂層。雖然氮化鋯涂層不需要被氧化或者氮化以穩(wěn)定顏色，但是氮化鋯可能由于過熱或者由于含鹽食品而不同程度地變色。
因此，對具有金屬外觀和適合用于酸性和含鹽食品的耐刮傷、顏色穩(wěn)定、防粘陶瓷涂層具有需求。
本發(fā)明通過提供具有防粘性能的食物器皿制品滿足了這一需求。“食物器皿”指炊具、食品制備零件，包括刀叉餐具及其他手工食品加工零件(例如漏鍋、漏勺等等)、食品供應(yīng)零件(例如碟、碗等等)，以及用于食用食品的器具。“炊具”指用于爐上烹調(diào)、烤盤、平鍋、烤架、炊具(例如匙、刮鏟等等)以及用于烹飪食物的食品制備設(shè)備(例如電氣油炸平底鍋、電飯鍋等等)的炊事用具?！胺勒车摹敝甘澄锲髅笾破分辽倬哂蟹勒车男阅?；其也可以具有非-粘性性能。
本發(fā)明的食物器皿制品包括金屬食物器皿制品，其具有內(nèi)部食品接觸表面和外表面；食品接觸表面上沉積的粘合層；以及鄰接于粘合層沉積的(Ti、Al、Cr)N的第一層?！?Ti、Al、Cr)N”指鈦、鋁和鉻的氮化物合金。鈦、鋁和鉻的氮化物合金包括，但是不局限于，鈦鋁氮化物和氮化鉻的超晶格結(jié)構(gòu)涂層?！霸凇铣练e”指直接在前面的層上沉積，沒有任何插進(jìn)層?！班徑凇练e”指次于…沉積，但不是必然地直接在前面的層上沉積。其可以直接沉積在前面的層上，或者在彼此鄰近地沉積的層之間可以有一個或多個插進(jìn)層。
任選地有鄰近于第一個(Ti、Al、Cr)N層沉積的氮化鉻層，并且第二個層(Ti、Al、Cr)N沉積在氮化鉻層上。這些交替的層可以根據(jù)需要重復(fù)許多次。
粘合層可以是金屬。適合的金屬包括，但是不局限于，鈦、鉻、鋯或者其合金。
金屬食物器皿制品可以由金屬制成，包括，但不局限于，鋼、不銹鋼、銅、鈦、鑄鐵、鋁、覆層材料或者其合金。
氮化鉻層的厚的通常小于大約2微米。當(dāng)存在交替的氮化鉻層和(Ti、Al、Cr)N層時，(Ti、Al、Cr)N層和氮化鉻層的每一個的厚度通常在大約0.1到大約2.0微米范圍內(nèi)。
多層涂層的總厚度通常在大約1.0到大約20微米范圍內(nèi)、典型地在大約1.5到大約10微米范圍內(nèi)。
本發(fā)明的另一個方面包括制造食物器皿制品的方法，所述食物器皿制品具有多層的、防粘的陶瓷涂層。所述方法包括提供具有內(nèi)部食品接觸表面和外表面的金屬基材；在食品接觸表面上沉積粘合層；鄰近于所述粘合層沉積(Ti、Al、Cr)N的第一層；和將金屬基材成型為食物器皿制品。
所述多層涂層可以通過這樣的方法沉積，包括，但不局限于，物理蒸汽沉積方法。根據(jù)需要，多層涂層可以通過陰極弧沉積過程沉積。


圖1是本發(fā)明食物器皿制品的一個實施方案的剖面圖。
圖2是本發(fā)明食物器皿制品的另一個實施方案的剖面圖。
圖3是本發(fā)明食物器皿制品的另一個實施方案的剖面圖。
圖4是可用于本發(fā)明的陰極弧淀積室的原理圖。
圖5是通過本發(fā)明涂覆的金屬坯件和淺拉成的鍋的示意圖。
鈦鋁氮化物(Ti，Al)N涂層通常被用于干燥和高速機(jī)械加工，因為其具有高的抗氧化能力和耐磨性。(Ti，Al)N(TiAl靶50/50At％)上的最高工作溫度可以達(dá)到1450°F，使其與其他物理蒸汽沉積(PVD)涂層例如TiN，TiCN，CrNx和ZrN相比是更加熱穩(wěn)定的。(Ti，Al)N(TiAl＝50/50At％)的顯微硬度與TiN，CrNx或者ZrN的相比是更硬的，在2600-3000HV，0.05之間變化，取決于使用的PVD過程。
氮化鉻(CrNx)涂層具有對(Ti，Al)N的機(jī)械和耐腐蝕性的補(bǔ)充。
平滑的(Ti，Al，Cr)N層具有非-反應(yīng)性表面的特征，導(dǎo)致至少防粘的性能，并且通常導(dǎo)致非-粘性性能。根據(jù)需要，超晶格概念，(Ti，AI)N/CrNx系統(tǒng)可以在本發(fā)明中使用，以生產(chǎn)適合于食物器皿應(yīng)用的(Ti，Al，Cr)N涂層。
(Ti，Al，Cr)N層具有高的耐腐蝕性，并且通過96小時的ASTMB368-97測試，銅加速乙酸-鹽霧試驗，其是用于耐腐蝕性的在苛刻條件下的試驗。
本發(fā)明的具有多層(Ti，Al，Cr)N涂層的炊具適合于烹調(diào)酸性和含鹽食品兩者，而不變色。此外，所述炊具可以在任何高的烹調(diào)溫度下使用，而不損壞炊具。
(Ti，Al，Cr)N涂層與(Ti，Al)N和CrNx相比是明顯較硬的，導(dǎo)致高的耐磨性。(Ti，Al，Cr)N層兼?zhèn)錁O端的硬度和高的耐腐蝕性，使得炊具烹調(diào)表面具有耐刮傷、防粘和耐久性能。其消除了離子從炊具基礎(chǔ)材料中浸出的問題。(Ti，Al，Cr)N層通常是多層涂層的頂層。
交替的(Ti，Al，Cr)N/CrNx層的涂層是希望的，因為其進(jìn)一步提高了多層涂層的韌性。該特征容許拉伸帶有薄的多層涂層的金屬片材，而不在成形過程中使涂層開裂。
圖1顯示本發(fā)明食物器皿制品的一個實施方案100的剖面圖。有金屬食物器皿制品105，例如鍋。金屬食物器皿制品105具有內(nèi)部食品接觸表面110和外表面115。金屬食物器皿制品可以由各種材料制成，包括，但不局限于，鋼、不銹鋼、銅、鋁、鈦、鑄鐵、金屬包層材料和其合金。金屬食物器皿制品可以由固體金屬或者固態(tài)合金制成，或者其可以是覆層材料，例如具有金屬表面的多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)的例子，包括，但是不局限于，不銹鋼覆層的鋁或者銅、具有等離子體噴霧的不銹鋼涂層的鋁或者圍繞非金屬物質(zhì)芯材料例如石墨的金屬外層。
在食品接觸表面110上沉積了粘合層120。粘合層通常小于大約1.0微米厚度。粘合層可以是金屬。適合的金屬包括，但是不局限于，鈦、鉻、鋯或者其合金。在一個實施方案中，粘合層是鉻。
(Ti，Al，Cr)N的第一層125被鄰近于粘合層120沉積。在該實施方案中，第一個(Ti，Al，Cr)N層125典型地小于大約10微米。第一個(Ti，Al，Cr)N層125提供了強(qiáng)的耐刮傷的防粘層。在該實施方案中，雖然第一個(Ti，Al，Cr)N層被顯示為被沉積在粘合層上，但是在粘合層120和第一個(Ti，Al，Cr)N層125之間根據(jù)需要可以有一個或多個插進(jìn)層?？偼繉雍穸韧ǔＴ诖蠹s1.0到20.0微米范圍內(nèi)。
圖2顯示了本發(fā)明食物器皿制品的另一個實施方案200的剖面圖。有金屬食物器皿制品205，其具有內(nèi)部食品接觸表面210和外表面215。粘合層220被沉積在食品接觸表面210上。(Ti，Al，Cr)N225的第一層被鄰近于粘合層220沉積。在該實施方案中，雖然第一個(Ti，Al，Cr)N層被顯示為被沉積在粘合層上，但是在粘合層220和第一個(Ti，Al，Cr)N層225之間根據(jù)需要可以有一個或多個插進(jìn)層。第一個(Ti，Al，Cr)N層225典型地在大約0.1到大約1.5微米厚度范圍內(nèi)。第一個(Ti，Al，Cr)N層為多層陶瓷涂層提供了強(qiáng)的、耐刮傷的、熱穩(wěn)定的基礎(chǔ)層。
氮化鉻230的第一層鄰近于第一個(Ti，Al，Cr)N層225沉積。在該實施方案中，雖然第一個氮化鉻層230被顯示為被沉積在第一個(Ti，Al，Cr)N層225上，但是在第一個(Ti，Al，Cr)N層225和第一個氮化鉻層230之間根據(jù)需要可以有一個或多個插進(jìn)層。第一個氮化鉻層230通常為小于大約2微米厚度。如果上層是滲透的，第一個氮化鉻層提供了耐腐蝕性和抗氧化能力。
第二個(Ti，Al，Cr)N層235被沉積在第一個氮化鉻層230上。第二個(Ti，Al，Cr)N層通常為小于大約10微米厚度。
圖3顯示了本發(fā)明食物器皿制品的另一個實施方案300的剖面圖。有金屬食物器皿制品305，其具有內(nèi)部食品接觸表面310和外表面315。粘合層320被沉積在食品接觸表面310上。(Ti，Al，Cr)N的第一層325被鄰近于粘合層320沉積。在該實施方案中，雖然第一個(Ti，Al，Cr)N層325被顯示為被沉積在粘合層320上，但是在粘合層320和第一個(Ti，Al，Cr)N層325之間根據(jù)需要可以有一個或多個插進(jìn)層。氮化鉻的第一層330被鄰近于第一個(Ti，Al，Cr)N層325沉積。在該實施方案中，雖然第一個氮化鉻層330被顯示為被沉積在第一個(Ti，Al，Cr)N層325上，但是在第一個氮化鉻層330和第一個(Ti，Al，Cr)N層325之間根據(jù)需要可以有一個或多個插進(jìn)層。第二層(Ti,AI，Cr)N335被沉積在第一個氮化鉻層330上。之后是第二層氮化鉻340和第三層(Ti，Al，Cr)N345。在該實施方案中，雖然這些層被顯示為被沉積在前面層上，但是在第二層氮化鉻和前面層之間根據(jù)需要可以有一個或多個插進(jìn)層。
根據(jù)需要，可以沉積附加的交替的氮化鉻和(Ti，Al，Cr)N層。(Ti，Al，Cr)N和氮化鉻的每個層典型地在0.1到大約2.0微米范圍內(nèi)。較薄的層是希望的，因為多層涂層的機(jī)械和耐腐蝕性得到提高。
一個希望的實施方案包含交替的(Ti，Al，Cr)N/CrNx層。頂層典型地是(Ti，Al，Cr)N層。
所述涂層可以使用物理汽相沉積過程沉積，例如蒸發(fā)、濺射、陰極弧或者離子束，或者使用另外的適合的過程沉積。
作為一個例子，描述了在食物器皿制品上沉積涂層的一種方法。可以使用其他方法或者步驟，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的。
可以首先形成食物器皿制品然后涂覆，或者可以涂覆平的金屬板，然后成形為鍋。將被描述的方法用于涂覆預(yù)先形成的鍋。
如果必要，所述鍋在沉積之前可以被拋光，以產(chǎn)生光滑表面?？梢允褂脪伖饣蛘哐心セ衔?，或者另外的拋光介質(zhì)，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。表面應(yīng)該盡可能平滑，通常在表面上垂直于同心基線測量小于16微英寸，并且典型地在10-16微英寸范圍內(nèi)，雖然其不必需獲得過度光亮的表面光潔度，例如2-4微英寸。
然后將鍋充分清潔和干燥以除去任何油脂，拋光劑的剩余物，松散的和包埋的顆粒、氧化物、鹽殘余物或者其他雜質(zhì)。典型的清潔包括水凈化系統(tǒng)連同超聲清洗。
將鍋裝入適合的裝具，并且放入淀積室400的軌道中，如圖4所示。在沉積期間，鍋405可以經(jīng)過一程或二程軌道旋轉(zhuǎn)，如所示。支架410可以旋轉(zhuǎn)所有的鍋，并且單個鍋405可以根據(jù)需要旋轉(zhuǎn)。
如圖4所示，將適當(dāng)?shù)陌凶?15放入所述室。例如，可以使用50％鈦/50％鋁(At％)的壓縮的金屬粉末靶子，以及純鉻的壓縮金屬粉末靶子。鈦/鋁/鉻靶子可與鉻靶子以及其他混合物一起使用，如本領(lǐng)域中眾所周知的。靶子的數(shù)目和類型取決于室的尺寸和被沉積的涂層。
將室抽到大約10-3Pa的壓力。取決于制造鍋的材料的類型，將鍋加熱到大約350°F-450°F的溫度。
通過在鍋上加大約800-1200V的負(fù)電壓施加偏壓而產(chǎn)生輝光放電，以微觀地清潔所述鍋。
首先沉積粘合層。將適當(dāng)?shù)陌凶幼茻?例如，Cr)，并且在大約600-1000V的偏壓下在大約10-2Pa的真空度下用離子(Cr+)轟擊所述鍋，形成厚度小于大約1.0微米的粘合層。
打開所有TiAl和Cr靶子，然后將氮氣引入系統(tǒng)，形成(Ti，Al，Cr)N涂層。在大約0.4-1.5Pa的真空度下，施加的電壓為大約80-200V。
關(guān)閉TiAl陰極，而Cr陰極保持接通，以在80-200V的偏壓下和大約0.4-1.5Pa的真空度下沉積氮化鉻層。
然后將TiAl陰極重新接通，以沉積另外的(Ti，Al，Cr)N層。根據(jù)需要，該過程可以重復(fù)，以沉積氮化鉻和(Ti，Al，Cr)N的許多的層。在沉積的結(jié)尾，取決于制造鍋的材料，沉積溫度可以提高直至大約600°F-900°F。
所述鍋可以使用Jeweler Rouge、金剛石化合物或者另外的拋光介質(zhì)最后拋光，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，以獲得不含包埋顆粒和涂覆殘余物的表面。
根據(jù)需要，各個(Ti，Al，Cr)N層的組成可以是相同的，或者不同的層可以是不同的。組成可以通過改變用于每個層的靶子的數(shù)目和類型來改變，正如本領(lǐng)域中眾所周知的。
在陰極弧沉積過程中，Cr靶子的數(shù)目適合地大于或等于用于沉積(Ti，AI，Cr)N層的TiAl靶子的數(shù)目，以便平衡涂覆的所有綜合的物理性能(即抗粘性、抗氧化性、韌性、色穩(wěn)定性等等)。當(dāng)TiAl數(shù)目大于Cr靶子數(shù)目時，在烹調(diào)含鹽食品中，(Ti，Al，Cr)N涂層顯示輕微的變色，雖然得到的(Ti，Al，Cr)N涂層仍然很適合用作防粘涂層。雖然變色由于美學(xué)原因?qū)τ谀承?yīng)用可能不是希望的，但是對于其他應(yīng)用可能不是問題。其可以容易地使用Bar Keepers洗滌劑或者幾滴檸檬汁除去。
實驗1在具有不同的處理表面的鍋或者深鍋中煎雞蛋，以便比較本發(fā)明的涂層與現(xiàn)有涂層的抗粘性性能。實施例1和2是不銹鋼深鍋，由具有鋁芯的覆層材料制成。實施例3和4是氮化鋯涂覆的烤盤，由具有鋁芯的覆層材料制成。實施例5和6是PTFE涂覆的鋁鍋。
實施例7、8和9是7.5英寸直徑不銹鋼深鍋，由具有鋁芯的覆層材料制成。深鍋使用如上所述的方法涂覆。涂層是交替的(Ti，Al，Cr)N/CrNx層，并且涂層厚度為大約2微米。在沉積(Ti，Al，Cr)N層中，三個Cr靶子和一個TiAl靶子被用于涂層1220，而涂層1-14使用四個Cr靶子和一個TiAl靶子。
炊具或者用烹飪用油噴霧或者不用烹飪用油噴霧，并且雞蛋在每個深鍋或者鍋中煎炸。在烹調(diào)雞蛋之后，評價炊具的非-粘性性能。該過程重復(fù)十次。條件和結(jié)果示于表1。
實施例1用油噴霧，然后用紙巾擦去，留下某些殘油。雞蛋粘到該深鍋上。在實施例2中，其用一點油噴霧，并且該深鍋在烹調(diào)雞蛋之后顯示褐色殘余物。
當(dāng)實施例3中不使用油時，煎蛋的底下粘到氮化鋯涂覆的烤盤上。該鍋顯示輕微的變色。當(dāng)將少量油噴霧到實施例4中的鍋上時，沒有粘著。
在實施例5中，當(dāng)不使用油時，PTFE涂覆的鍋顯示粘著。當(dāng)將少量油噴涂到實施例6的鍋上時，沒有粘著。
在實施例7和8中，將鍋用油噴霧，并且用紙巾擦去油，留下某些殘油。煎蛋不粘著。
在實施例9中，使用與實施例8中相同的鍋，但是不使用油。煎蛋粘到鍋上。沒有發(fā)現(xiàn)變色。
本發(fā)明涂層的性能可與非-粘性PTFE涂層相比。
表1-煎雞蛋試驗
實驗2-煮米飯試驗還進(jìn)行了更苛刻的煮米飯試驗，以評價涂層對于含鹽和酸性食品的非-粘性性能。
煮米飯條件與“正常的”用油煮不同。當(dāng)米飯在米飯炊具表面上干燥時，米飯粘到食物器皿上。變硬的米粒粘附和粘連到炊具上。米飯出現(xiàn)“褐色”或者發(fā)焦(“發(fā)出脆裂聲”)。
即使將米飯簡單地保持“溫?zé)帷碧L時間，米飯堆的底下也可能發(fā)焦，并且粘到炊具上。除去和清潔通常是困難的，即使使用PTFE涂覆深鍋也是如此。
大多數(shù)電飯鍋安裝有溫度和時間控制，以便限制米飯的干燥和導(dǎo)致粘著問題。
此外，米飯烹調(diào)主要包括與米飯混合的含鹽或者酸性食品。PTFE對酸性食品是敏感的，并且氮化鈦和氮化鋯炊具將由于含鹽食品而變色。
實施例1和2是不銹鋼深鍋，由具有鋁芯的覆層材料制成。實施例3是PTFE涂覆的鋁鍋。實施例4是氮化鋯涂覆的烤盤，由具有鋁芯的覆層材料制成。實施例5、6和7是在實驗1中的實施例7，8和9中描述的不銹鋼深鍋。實施例8是6.0英寸直徑不銹鋼鍋。實施例8的1-23涂層是交替的(Ti，Al，Cr)N/CrNx層，并且涂層厚度為大約2微米。兩個Cr靶子和一個TiAl靶子被用于沉積(Ti，Al，Cr)N層。
根據(jù)以下配方準(zhǔn)備含鹽米飯將360毫升米飯放入420ml水中，并且與2.2ml醬油、2.2毫升糯米甜酒和0.2ml鹽和0.2毫升Ajinomoto混合。
酸性米飯根據(jù)以下說明準(zhǔn)備將25毫升新擠壓的檸檬汁與360毫升米飯和420ml水混合。
白米飯配方僅僅指米飯和足夠量的水。
將米飯煮沸10分鐘，然后在低的或者中等加熱下在煤氣爐上溫?zé)?小時另10分鐘。這樣長的溫?zé)釙r間將產(chǎn)生褐色的“發(fā)出脆裂聲”的米飯。
通過除去整鍋的米飯和褐色的米飯的容易程度來評價涂層的抗粘著性。然后將鍋清潔，評價其外觀。重復(fù)該過程三次。結(jié)果示于表2。
對于實施例1和2，米飯的底下是褐色的。在實施例1中，米飯粘到鍋的整個底部上。在實施例2中，僅僅小部分的米飯粘到鍋的底部上，部分地因為較低的加熱。在用熱的肥皂水清潔之后，鍋顯示變色(“彩虹”色調(diào))。然后用Bar Keepers洗滌劑清潔實施例1，導(dǎo)致發(fā)光的外觀。用檸檬汁的溶液清潔實施例2，其在鍋中留下某些藍(lán)色色調(diào)。
對于實施例3，米飯的底部是褐色的，具有發(fā)出脆裂聲的焦斑。
米飯不粘到鍋的底部上。將鍋用熱的肥皂水清潔。
對于實施例4，米飯的底部是褐色的。米飯粘到幾乎整個鍋的底部上。用熱的肥皂水清潔，在鍋上留下彩虹色調(diào)。使用Bar Keepers洗滌劑以清潔該鍋，變色消失。含鹽米飯使氮化鋯涂層變色，雖然這能夠用附加的清潔來除去。
實施例5-8顯示了含鹽米飯(5、7和8)和酸性米飯對本發(fā)明涂層的影響。在長的溫?zé)釙r間之后，在鍋壁和底部產(chǎn)生褐色的和發(fā)出脆裂聲的米飯。使用刮鏟，可以容易地從鍋壁分離褐色的米飯。將鍋倒置，米飯塊容易地倒下，表明非-粘性性能。在實施例6中，通過簡單地將鍋轉(zhuǎn)動即可將褐色米飯除去，而不需要用刮鏟從壁上分離米飯。雖然鍋底部具有剩余褐色，但是沒有米粒粘到鍋的底部或者壁上。用熱的肥皂水清潔深鍋。不需要刷洗。對于含鹽米飯或者酸性米飯，沒有看到變色。
實施例5-8表示因為使用了不同數(shù)目的TiAl和Cr靶子而具有不同的(Ti，Al，Cr)N的組成。所有組成顯示優(yōu)良的非-粘性性能。本發(fā)明涂層在“干燥”烹調(diào)條件下顯示非-粘性性能。即使當(dāng)食品在烹調(diào)期間被嚴(yán)重地焦化，所述食品和焦化部分也易于通過在熱的肥皂水中浸泡和使用尼龍刷(如果必要)除去和洗掉。為了除去焦化的剩余物，不需要用力擦洗。
所述涂層對于含鹽和酸性食品表現(xiàn)良好。當(dāng)含鹽和酸性食品在煤氣爐上被加熱一個小時另十分鐘時，所述鍋不顯示變色。
表2-米飯烹調(diào)試驗
1用熱的肥皂水清潔2用Bar KeepersTM洗滌劑清潔3用檸檬汁清潔。
實驗3將304不銹鋼板(8”×8”，0.8毫米厚度)預(yù)先拋光到細(xì)#4表面光潔度，平滑度在10微英寸，和預(yù)先拋光到鏡面光潔度，具有2-4微英寸的平滑度。將鋼板充分清潔和干燥。將它們裝入所述室，并且如上所述進(jìn)行涂覆。涂層的總厚度為大約1.5微米。
在涂覆之后，用粘合PVC薄膜覆蓋涂覆表面，以保護(hù)所述表面和防止在成形過程期間損壞。圖5a顯示了涂覆的板500。有板(基材)505，其具有本發(fā)明的多層涂層510。圖5中沒有顯示單個層。然后將8”直徑涂覆板淺拉伸成6”直徑鍋，其具有平底，如圖5b所示。鍋的側(cè)壁515與底部520成90度角，具有小的半徑。
本發(fā)明的涂覆對所有表面粘附較好，包括倒圓區(qū)域。#4表面光潔度鍋在倒圓區(qū)域中沒有顯著的表面結(jié)構(gòu)變化。具有鏡面的高度拋光的鍋顯示出在倒圓區(qū)域中與底部鏡面相比存在可見的表面結(jié)構(gòu)差別。
通過烘烤蛋糕來評價成形的平鍋的抗粘著性。這容許評價所述鍋的所有表面，包括底部、側(cè)面和倒圓區(qū)域，因為食品接觸所有表面。
將Light shortening均勻地噴霧在所有表面上，并且在400-450下烘烤蛋糕。#4表面光潔度鍋和鏡面光潔度鍋在所有表面上都是非-粘性的。烘烤的蛋糕易于除去。用熱肥皂水將鍋清潔，沒有發(fā)現(xiàn)變色。
雖然在淺拉伸之后，鏡面拋光顯示可見的表面差別，但是涂覆的抗粘著性可能未受影響。因此，當(dāng)將板涂覆，然后成形為鍋時，雖然因為美學(xué)原因可能不希望使用鏡面光潔度，但是涂覆仍然可以進(jìn)行。
通過涂覆板材和淺拉伸所述板材形成鍋，來制造食物器皿制品的方法，最適合用于具有足夠大的倒圓的形狀的食物器皿制品，以防止在拉伸期間在倒圓區(qū)域中發(fā)生表面結(jié)構(gòu)變化。在這種方法中，表面光潔度典型地在10-16微英寸范圍內(nèi)。小于10微英寸的高度拋光表面的表面光潔度能夠被用于在淺拉伸時具有非常大的倒圓的食物器皿。
本發(fā)明的涂覆與已知的防粘涂層相比是更加耐久的，并且在過熱或者干燥條件中是熱穩(wěn)定的，并且適合于含鹽和酸性食品兩者。其具有穩(wěn)定的金屬色。其還易于清潔。如果食品在烹調(diào)期間已經(jīng)嚴(yán)重地焦化，焦化部分(黑色，“易碎的”)能夠容易地通過在熱肥皂水中浸泡和根據(jù)需要使用尼龍刷來除去。為了除去焦化的殘存物，不需要用力擦洗。
雖然為了舉例說明本發(fā)明的目的給出了某些代表性的實施方案和詳細(xì)描述，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，可以在不背離本發(fā)明范圍的條件下對此處公開的組成和方法進(jìn)行各種改變，本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求中定義。
權(quán)利要求
1.一種食物器皿制品，其具有多層的防粘的陶瓷涂層，其包括金屬食物器皿制品，其具有內(nèi)部食品接觸表面和外表面；沉積在食品接觸表面上的粘合層；鄰近于粘合層沉積的(Ti，Al，Cr)N的第一層。
2.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其中粘合層是金屬。
3.權(quán)利要求2的食物器皿制品，其中金屬選自鈦、鉻、鋯或者其合金。
4.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其還包括鄰近于第一個(Ti，Al，Cr)N層沉積的氮化鉻層，和沉積在氮化鉻層上的(Ti，Al，Cr)N的第二層。
5.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其還包括沉積在第一個(Ti，Al，Cr)N層上的氮化鉻和(Ti，Al，Cr)N的交替的層。
6.權(quán)利要求5的食物器皿制品，其中(Ti，Al，Cr)N層和氮化鉻層的每一個的厚度是大約0.1到大約2.0微米。
7.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其中金屬食物器皿制品由選自以下的材料制成鋼、不銹鋼、銅、鈦、鑄鐵、鋁、覆層材料或者其合金。
8.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其中多層涂層的總厚度在大約1.0到大約20微米范圍之內(nèi)。
9.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其中多層涂層的頂層是(Ti，Al，Cr)N。
10.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其中多層涂層通過物理蒸汽沉積方法被沉積。
11.權(quán)利要求1的食物器皿制品，其中多層涂層通過陰極弧沉積過程沉積。
12.一種食物器皿制品，其具有多層的防粘的陶瓷涂層，其包括金屬食物器皿制品，其具有內(nèi)部食品接觸表面和外表面；沉積在食品接觸表面上的粘合層；鄰近于粘合層沉積的(Ti，Al，Cr)N的第一層；沉積在第一個(Ti，Al，Cr)N層上的氮化鉻的第一層；和沉積在第一個氮化鉻層上的(Ti，Al，Cr)N的第二層。
13.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其中所述粘合層是金屬。
14.權(quán)利要求13的食物器皿制品，其中金屬選自鈦、鉻、鋯或者其合金。
15.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其中金屬食物器皿制品由選自以下的材料制成鋼、不銹鋼、銅、鈦、鑄鐵、鋁、覆層材料或者其合金。
16.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其還包括沉積在第一個(Ti，Al，Cr)N層上的氮化鉻和(Ti，Al，Cr)N的交替的層。
17.權(quán)利要求16的食物器皿制品，其中(Ti，Al，Cr)N層和氮化鉻層的每一個的厚度是大約0.1到大約2.0微米。
18.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其中多層涂層的總厚度在大約1.0到大約20微米范圍之內(nèi)。
19.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其中多層涂層通過物理蒸汽沉積方法被沉積。
20.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其中多層涂層通過陰極弧沉積過程沉積。
21.權(quán)利要求12的食物器皿制品，其中多層涂層的頂層是(Ti，Al，Cr)N。
22.制造食物器皿制品的方法，所述食物器皿制品具有多層的、防粘的陶瓷涂層，其包括提供具有內(nèi)部食品接觸表面和外表面的金屬基材；在食品接觸表面上沉積粘合層；和鄰近于粘合層沉積(Ti，Al，Cr)N的第一層；和將金屬基材成型為食物器皿制品。
23.權(quán)利要求22的方法，其還包括在第一個(Ti，Al，Cr)N層上沉積氮化鉻和(Ti，Al，Cr)N的交替的層。
24.權(quán)利要求22的方法，其中多層涂層的頂層是(Ti，Al，Cr)N。
25.權(quán)利要求22的方法，其中多層涂層通過物理蒸汽沉積方法沉積。
26.權(quán)利要求22的方法，其中多層涂層通過陰極弧沉積過程沉積。
27.權(quán)利要求22的方法，其中金屬基材在沉積多層涂層之前被成型為食物器皿制品。
28.權(quán)利要求22的方法，其中金屬基材在沉積多層涂層之后被成型為食物器皿制品。
29.權(quán)利要求22的方法，其還包括將食品接觸表面拋光到至少16微英寸的表面光潔度，或者更好地在沉積粘合層之前進(jìn)行。
全文摘要
具有多層的防粘陶瓷涂層的食物器皿制品。本發(fā)明的食物器皿制品包括金屬食物器皿制品，其具有內(nèi)部食品接觸表面和外表面；沉積在食品接觸表面上的粘合層；和鄰近于粘合層沉積的(Ti，Al，Cr)N的第一層。任選地鄰近于第一個(Ti，Al，Cr)N層沉積氮化鉻層，和在氮化鉻層上沉積(Ti，Al，Cr)N的第二層。這些層可以根據(jù)需要重復(fù)許多次。(Ti，Al，Cr)N層通常是多層涂層的頂層。所述涂層是防粘的、耐刮傷的、熱穩(wěn)定的、耐腐蝕的和顏色穩(wěn)定的。所述食物器皿適合用于含鹽和酸性食品。還公開了這類食物器皿制品的制造方法。
文檔編號A47J36/02GK1751135SQ200480004819
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者葛默輝 申請人:國際物資公司