搪瓷微波爐的制備工藝研究

陳茂順 李品俊 周宇

（廣東美的廚房電器制造有限公司，廣東佛山 528311）

搪瓷是一種利用高溫在材料表面形成玻璃質(zhì)無機材料和金屬材料的光亮耐磨層。與噴粉和不銹鋼相比，搪瓷具備良好的耐刮花、抗菌、防變色、易清潔等特性。搪瓷技術(shù)在微波爐制造中的應(yīng)用，可以提高微波爐耐刮花性能和易清潔性能，對微波爐制造材料的豐富具有重要意義。

1 搪瓷微波爐制備研究

1.1 微波爐結(jié)構(gòu)

微波爐整體結(jié)構(gòu)包括爐門和熱風對流組件、時間功率控制器、磁控管、波導、旋轉(zhuǎn)工作臺、腔體、電源模塊等[1]。微波爐核心部件是磁控管，其主要作用就是發(fā)射和產(chǎn)生微波；電源模塊是為磁控管提供電壓的主要設(shè)備；腔體一般也稱為諧振腔，是烹調(diào)食物的主要場所，腔體材料通常為金屬板；波導的主要作用就是傳遞磁控管發(fā)射的微波到腔體，用來加熱食物；微波爐腔體底部需要安裝旋轉(zhuǎn)工作臺，以用來擺放食物和接受能量；時間功率控制器可以實現(xiàn)在不同功率加熱功率的選擇，以用于食物解凍或者烹飪；爐門一般為透明材質(zhì)，以便于用戶觀察食物烹飪情況。

1.2 表面溫升控制

由于搪瓷紅外發(fā)射率過高，會導致微波爐表面溫度過高，因此在微波爐制備過程中需要采取有效措施對溫度進行控制。

（1）微波爐導風系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)導風系統(tǒng)在應(yīng)用到搪瓷微波爐中時，門窗板位置溫升會超過限值。為有效降低溫度，需要增強微波爐腔體風量，如增加集風槽等，擴大分流面積，從而到達降溫目的。

（2）傳統(tǒng)微波爐一般將金屬發(fā)熱管設(shè)計為對稱形狀，并設(shè)置與腔體中心位置，從而增加烘烤面積。若將傳統(tǒng)金屬發(fā)熱管應(yīng)用到搪瓷微波爐中，則會導致外罩溫度過高。增加外罩與發(fā)熱管之間的距離，可以有效降低外罩溫度過高的問題，且燒烤架為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，增加外罩與發(fā)熱管距離不會造成受熱不均勻問題。

（3）將百葉窗與散熱孔設(shè)計為交叉形狀，減小與外罩接觸面積，并設(shè)置一定傾斜度，可以使氣流更好的流通，從而有效降低微波爐表面溫升。

1.3 防止爆瓷

由于搪瓷材料較為特殊，若制備工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計不先進和不合理，則會導致搪瓷在應(yīng)用和生產(chǎn)時出現(xiàn)爆瓷問題，影響微波爐的質(zhì)量[2]。碰撞爆瓷、熱應(yīng)力爆瓷和氫爆都是微波爐在應(yīng)用搪瓷時出現(xiàn)的常見爆瓷形式，因此在設(shè)備過程中必須對其進行優(yōu)化設(shè)計，減少爆瓷問題的發(fā)生。

（1）為降低微波爐表面與搪瓷之間發(fā)生碰撞出現(xiàn)爆瓷問題，可以適當增加前板與外罩的距離，可以有效降低爆瓷問題。

（2）搪瓷微波爐裝配孔位置極易出現(xiàn)爆瓷問題，需要增加裝配孔與重要結(jié)果以及外表面之間的距離。微波爐有搪瓷結(jié)構(gòu)位置盡量設(shè)計為過渡結(jié)構(gòu)，可以避免搪瓷太薄或者碰撞而造成爆瓷問題。

（3）搪瓷微波爐底板與前板下沿位置極易出現(xiàn)碰撞爆瓷問題，可以通過在頂板下沿位置設(shè)計筋拉，可以起到吸粉導向作用，同時能夠降低爆瓷問題。

1.4 防治燒結(jié)變形

鋼材在高溫環(huán)境下會出現(xiàn)變形情況，鋼材變形主要是由比容變化和應(yīng)力塑性變形引起的體積變化。比容變化是指在高溫環(huán)境中，由于相結(jié)構(gòu)之間組織比容存在差別，相變引起的尺寸和體積變化就是比容變化[3]。應(yīng)力塑性變形是由于受熱不均勻產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在一定條件下就會出現(xiàn)應(yīng)力塑性變形。

（1）在搪瓷微波爐燒結(jié)時由于溫度過高，會導致U 板凸包出現(xiàn)下沉問題，為避免U 板變形，可以增大電機轉(zhuǎn)盤支架尺寸，增加與U 板接觸面積，可以強化零件剛度，避免出現(xiàn)變形問題。

（2）為避免微波爐后頂板出現(xiàn)變形問題，可以拉伸頂板層面以及邊緣位置采用長條壓型，可以提高頂板的強度。

（3）對于波導口變形問題，可以增加波導口壓型，強化波導口剛度，避免在燒制過程中出現(xiàn)受熱不均勻問題，降低變形風險。

2 搪瓷制備工藝技術(shù)

2.1 抗菌易清潔粉末

搪瓷瓷釉的含量和成分會對微波爐光潔度、抗菌性能、耐磨度等產(chǎn)生直接影響，因此，在搪瓷制備過程中必須嚴格注意瓷釉含量和成分。

瓷釉粉通常是由氧化劑、乳濁劑、著色劑、密著劑、助溶劑、基體劑以及其他輔助劑組成。SiO2和B2O3可以增強瓷釉的強度和硬度；Li2O、Na2O、B2O3、K2O 等助溶劑屬于催化劑，可以加快瓷釉化學反應(yīng)，同時也可以調(diào)整瓷釉物理化學性能；TiO2乳濁劑可以提高瓷釉的遮蓋力；CoO 和NiO 密著劑，能夠強化瓷釉與基體金屬的結(jié)合力，降低爆瓷風險；NaNO3氧化劑主要為瓷釉熔制提供氧氣，并確保瓷釉的潔凈度；CaO 輔助劑可以提高瓷釉化學穩(wěn)定性。

2.2 搪瓷專業(yè)鋼板

鋼板碳含量越少，其沖壓性能越強。在搪瓷制備過程中，鋼板中的添加的鈦會與硫、氮、碳等發(fā)生反應(yīng)，形成化合物。這些化合物會以第二相粒子和夾雜物的形式存在，可以提高鋼板的抗鱗爆性能[4]。雖然，第二相粒子和夾雜物增多可以提高鋼板抗鱗爆性能和貯氫性能，但同時也會對鋼板成型性能產(chǎn)生一定影響。因此在設(shè)計時需要嚴格控制制備工作和成分設(shè)計，控制第二相粒子和夾雜物數(shù)量、分布、尺寸等，在保證鋼板性能的同時，也需提高成型性能。

2.3 前處理工序

作為搪瓷技術(shù)首要工作，前處理工作會對后續(xù)工序的展開產(chǎn)生直接影響，導致產(chǎn)品質(zhì)量降低。前處理工序可以分為清洗部品工序、噴粉掛具敲粉工序、干燥部品工序、清洗噴粉掛具工序。

噴粉掛具敲粉工序需要在敲粉柜中進行。在經(jīng)過噴搪工序后噴粉掛件會殘留較多搪瓷粉，當噴粉掛具經(jīng)過噴粉柜時氣槍會根據(jù)一定噴射頻率和氣壓，利用空氣將噴粉掛架上殘留的搪瓷粉吹落，然后由敲粉柜回收箱進行回收。

清洗噴粉掛具工序通常在清洗柜中進行。噴粉掛件在經(jīng)過敲粉工序后仍會存在少部分搪瓷粉，噴粉掛具進入清洗柜后會利用一定的噴水頻率和水壓，將噴粉掛機上殘留的少部分搪粉沖刷下來，水與搪瓷粉的混合物會利用回收箱進行回收。

清洗部品工序通常在部品清洗線完成。經(jīng)過噴粉掛具敲粉工序、清洗噴粉掛具工序后需利用人工將部品倒掛于噴粉掛具上，然后將部品送入清洗線中。當部品經(jīng)過清洗槍時會對部品進行噴射清洗，以沖刷掉部品表面存在的油垢、雜質(zhì)，及弱堿、弱酸、強堿、強酸、高溫水等特殊清洗藥劑，以保證部品表面的潔凈。部品清洗完后清洗藥劑與污垢、雜質(zhì)的混合物會利用排水管輸送到過濾箱里做進一步處理。

若部品清洗效果較差會導致搪瓷出現(xiàn)爆裂、爆瓷等問題。因此在部品清洗過程中需徹底清洗掉部分表面的雜質(zhì)和污垢，且使用的清洗槍數(shù)量、清洗時間等需要根據(jù)部品的結(jié)構(gòu)、大小進行決定，用于清洗污垢、雜質(zhì)的特殊藥劑需要根據(jù)部品制備工藝進行選擇。

在部品清洗完成后表面會殘留大量藥劑，部品在進入干燥線后會受到均勻的高溫烘烤，以烘干部品表面殘留的特殊清洗藥劑，烘烤時間一般需要根據(jù)部品大小、結(jié)構(gòu)等進行設(shè)置。

若部品沒有徹底烘干或者不烘干則會導致噴搪不均勻、魚鱗狀起皮、搪瓷爆瓷等問題。

2.4 噴搪工序

靜電干搪技術(shù)是一種常用的噴搪技術(shù)，靜電干粉噴搪具有以下優(yōu)點：（1）節(jié)約材料、能源、人力。產(chǎn)品前處理、燒結(jié)、噴涂、傳統(tǒng)等工序為全自動，無需烘干、球磨工序，且搪瓷粉末回收率高達100%。（2）提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。自動化生產(chǎn)節(jié)拍、產(chǎn)品型號可控，廢品率降低，搪瓷表面平整度和厚度均勻性增加，表面缺陷減少。（3）簡化搪瓷生產(chǎn)過程。無需傳統(tǒng)工藝球磨、烘干等工序，工藝過程、生產(chǎn)設(shè)備等方面得到簡化和節(jié)約。（4）有利于保護環(huán)境和生態(tài)。噴涂過程剩余粉末可以回收利用，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生廢瓷粉、廢水等。

噴搪工序需要在前處理工序完成后才能開展，并在噴搪房中進行。部品在進入噴搪房后會根據(jù)部品結(jié)構(gòu)、大小等制定不同的噴搪工序。噴搪順序一般為噴外表面、內(nèi)部平面、焊接縫等位置[5]。

一般使用的噴搪工具分為三種直噴式噴槍、散噴式噴槍、斜噴式噴槍。噴槍一般固定于機械手上，機械手分為自動化式和固定式。因此對于不同結(jié)構(gòu)、大小的部件噴搪工序也會存在一定的差別。

2.5 燒結(jié)工序

在噴搪工序完成后會進行燒結(jié)工序。噴搪工序與前處理工序?qū)儆谝粋€鏈條，燒結(jié)工序?qū)儆趩为氭湕l。在噴搪工序完成后，需要使用人工將部件搬運到燒結(jié)工序鏈條上。燒結(jié)工序一般分為降溫工序和高溫工序。高溫燒結(jié)爐內(nèi)部溫度會在發(fā)熱體影響下形成兩個分區(qū)，一個為低溫區(qū)域另一個為高溫區(qū)域。部品在經(jīng)過燒結(jié)工序后部品溫度較高，此時需要將部分放入低溫區(qū)域進行降溫處理，避免燙傷操作人員。

2.6 檢測工序

在燒結(jié)工序完成后部品需要經(jīng)過嚴格的檢測，檢驗工序一般貫穿于搪瓷件整個制備過程。搪瓷檢驗除平面度、粉厚、色差、爆瓷等檢測外，也需要進行跌落測試、冷熱沖擊、耐酸性測試、鹽霧測試、低溫測試等，以確保搪瓷件的質(zhì)量。

3 搪瓷微波爐制備注意要點

使用搪瓷制備微波爐時，由于高溫環(huán)境下氫溶解速率較高，而在常溫環(huán)境下則反之，因此在燒結(jié)完成后，氫在常溫環(huán)境下會緩慢析出，析出的氫氣會對搪瓷和鋼板結(jié)合產(chǎn)生沖擊，嚴重時會出現(xiàn)氫爆問題，導致搪瓷出現(xiàn)脫落，進而導致搪瓷表面被破壞。在微波爐燒結(jié)時高溫環(huán)境下產(chǎn)生的熱應(yīng)力也會出現(xiàn)爆瓷問題，因此在燒結(jié)時必須要采用先進制備技術(shù)來降低爆瓷問題的發(fā)生。此外，燒結(jié)過程中，搪瓷紅外發(fā)射率會被強化，導致微波爐表面溫度過高，因此為避免用戶在使用過程中出現(xiàn)燙傷情況，需要采取技術(shù)手段來控制微波爐表面。另外，搪瓷在燒結(jié)過程中若溫度超過840℃，會造成微波爐變形問題，若門控存在歪曲情況，會導致微波泄露，從而影響微波爐使用安全性。

4 結(jié)論

綜上所述，搪瓷技術(shù)應(yīng)用于微波爐制造，對提高生活質(zhì)量和生活水平具顯示意義。搪瓷微波爐具有的良好抗菌性能，可以降低食物分解產(chǎn)生的異味，同時也為微波爐異味難除問題提供了有效解決方案。搪瓷技術(shù)可以提高微波爐熱效率，從而增加能源利用率，符合國家節(jié)能減排政策。搪瓷微波爐的研發(fā)，豐富了微波爐制作材料形式，為廣大消費者提供了更多選擇機會。