[发明专利]碳/碳复合材料与金属材料复合炊具及生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加热用炊具，具体地说是一种碳/碳复合材料与金属材料复合炊具及生产方法。

背景技术

电磁炉是现代厨房革命的产物，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。是一种高效节能厨具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热。由于电磁炉是由锅底直接感应磁场产生涡流来产生热量的，因此传统的电磁炉用炊具均用铸铁或者不锈钢制造，由于铁的密度较高（约为7.81g/cm³），且保温性能差，铁质炊具较重，也不利于食物长时间保温。

碳/碳复合材料具有低密度、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是最有发展前途的高温材料之一。同时，碳/碳复合材料也能通过电磁感应加热，且热效率很高，在各种工业用感应加热炉中常被用作发热体。

文献1：专利号为201020528356.X，申请日为2010.09.14，发明名称为一种电热炊具用内锅的专利公开了一种由碳/碳复合材料制备的内锅，具有良好的导热、保温和力学性能，而且降低了内锅的重量，使用寿命长。

 但是，由于碳/碳复合材料不能直接与食物接触，应用时，需要在其表面制备涂层，目前的技术处理也较为困难，且碳/碳复合材料成本也很高。因此，人们需要制备碳/碳复合材料与金属材料的复合炊具。

然而，碳/碳复合材料与金属在晶体结构、物理化学特性等方面有较大差异，碳/碳复合材料与大多数金属的润湿角大于90°，无法直接连接。这就需要在碳/碳复合材料与金属两材料间添加第三种材料，制备连接层，从而实现碳/碳复合材料与金属的连接。

文献2：“Cu-Cr合金熔覆表面改性碳/碳复合材料，矿冶工程，2007(06)：P58～P60”，采用Cu-Cr二元合金为原料，在真空加热装置中，温度为1200～1600℃，真空度小于10 Pa条件下，对碳/碳复合材料实施表面熔覆处理。结果表明，熔覆促使合金中的Cr元素富集于碳/碳复合材料表面，并与C元素原位反应生成Cr₃C₂；该反应物呈层状连续分布于碳/碳复合材料表面，在碳/碳复合材料与金属之间起界面过渡作用，有助于改进两者间的连接性。

文献3：“Direct joining of CFC to copper. Journal of Nuclear Materials，2004. 329-333，Part B(0):P1563～P1566”中提到通过在碳/碳复合材料表面涂刷一层Mo-Cr合金粉末料浆，在1000℃以上的真空炉中制得了厚度为5～10μm的合金涂层，进而可以将碳/碳复合材料直接与Cu进行连接。

文献2、文献3公开的两种方法通过高温、低压形成的金属连接层，都存在金属层厚度难以控制以及不均匀的问题，同时金属在凝固过程中分布不均匀，会生成许多枝晶、孪晶和其它的晶体缺陷，导致连接件的力学性能不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种碳/碳复合材料与金属材料复合炊具及生产方法。

本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种碳/碳复合材料与金属材料复合炊具，它包括碳/碳复合材料外层坯体、金属材料内层坯体及连接碳/碳复合材料外层坯体与金属材料内层坯体的连接层，所述的连接层为制备在碳/碳复合材料外层坯体表面的金属粒子层，所述的金属粒子层为碳/碳复合材料外层坯体经液相浸渍、煅烧还原步骤制备。

本发明所述金属粒子层的厚度为0.01μm～100μm。

本发明所述的金属材料内层坯体由合金或铜或铝或铁中的一种材料制备。

本发明所述复合炊具的碳/碳复合材料外层坯体、金属材料内层坯体界面的剪切强度为10MPa～50MPa。

一种碳/碳复合材料与金属材料复合炊具生产方法，它包括下列步骤：

⑴碳/碳复合材料外层坯体制备：将碳/碳复合材料坯体机加工成所需形状的碳/碳复合材料外层坯体，洗涤、烘干后备用；

⑵浸渍：将步骤⑴制得的碳/碳复合材料外层坯体放入装有含有至少一种金属离子的醇水溶液的容器中浸渍1h～50h，然后将溶液升温到80℃～150℃，保温1h～10h，冷却至室温后，将碳/碳复合材料外层坯体从容器中取出常温下阴干，即在碳/碳复合材料外层坯体表面制备金属盐涂层；

⑶连接层制备：将步骤⑵制得的碳/碳复合材料外层坯体放入还原炉中，在300℃～1200℃下，通入氢气进行煅烧还原，还原时间为1h～50h，之后冷却至常温，制得表面有金属粒子层的碳/碳复合材料外层坯体；