專利名稱：用于受控加熱的可使用微波的容器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及可使用微波的容器，更具體講是涉及使用具有反射及吸收性質控制元件的可使用微波的容器，應用于食品的酥脆加熱。
非傳導性材料，如紙、塑料和玻璃，對于微波是基本上透明的，因為它們對微波既不反射也不吸收。雖然當某些食品在微波爐中加熱時可發(fā)應用這類“透明”材料制造的容器，但由于水蒸汽在這些食品表面的冷凝作用而使食品的表面粘濕。這對于要求酥脆的食品如炸雞、法國式炸食、肉餡餅等是不合要求的。于是人們研制了金屬化的聚酯薄膜作為感受材料(設計用于吸收微波能量的傳導性材料薄膜)，以利用傳導和輻射作用加熱靠近該金屬化薄膜區(qū)域的食品。由于金屬化區(qū)域的熱容量很小，能迅速加熱并將熱量傳遞出去，將食品烤黃和酥脆。于是由這些感受材料幫助加熱食品表面，防止水蒸汽冷凝和食品表面粘濕。
已知用作為此種感受材料的是在聚酯薄膜上覆一層鋁，再將之層壓粘結到紙或紙板上。但是，時間長了鋁會氧化并失去其傳導性，并且鋁還繼續(xù)吸收微波能量，于是有可能發(fā)生過熱?？刂频矸e到聚酯上的金屬量也是困難的。使用層壓粘合方法也有問題，在加熱時粘合劑會放出氣體，產生氣味和不良味道。
本發(fā)明的目的是制造在有機基質上能吸收和反射的微波感受膜，在正常微波加熱時能保持其溫度低于該有機基質的溫度。
本發(fā)明的方案之一是一種用于食品微波加熱的容器，其中包括一種基質和在該基質的至少一部分帶有一層氮化鈦薄膜。所述基質是基本上對微波透明的，而薄膜能吸收微波能量，于是這個膜被加熱，將這些熱量傳遞給鄰近的食品。一種優(yōu)選的基質是結晶聚對苯二甲酸乙二醇酯，其熔點約為198-218℃。在加上本發(fā)明的氮化鈦膜之后，可將容器在常規(guī)微波爐(例如，入射功率約1600瓦，2450兆赫)中用于食品酥脆加熱，同時不會發(fā)生盤子熔化。


圖1是本發(fā)明一種方案的容器的透視圖。
本發(fā)明的容器包括一種基質，該基質基本上對微波透明，并具有可測得的熔點或焦燒溫度。例如由結晶聚對苯二甲酸乙二醇酯(CPET)所制的基質其熔點或焦燒溫度約為198-218℃，而紙板和塑料/紙復合基質一般耐熱高達約205℃。這些塑料、紙和復合基質適用于作為本發(fā)明的基質，但CPET是特別優(yōu)選的，因為其外觀美觀，適于直接拿上餐桌。但不言而喻的是，許多種具較高熱穩(wěn)定性的有機基質都是適用的。
如圖1，用于微波加熱食品的容器10包括基質12(如上所述)，并且在12的至少一部分帶有氮化鈦膜14。如圖示，基質12可以制成盤形，具有第一食品盛放腔16和第二食品盛放腔18。膜14可以粘附到腔16的底部20，當把食品放在腔16之內時，膜14因吸收微波能量而加熱，將熱量傳遞給食品。
底20可以如圖示是基本上平的，或可以制各種形狀(例如瓦楞狀)，便于分離食品烹制時產生的液體，或為了美觀等目的。若需要，膜14還可覆在食品盛放腔16的壁22上面(如圖1所示)。
膜14是很薄的，優(yōu)選在約75-400埃范圍，最好是約100-200埃。如后文所詳述，所選用的膜厚度可以顯著不同，但具有相似的吸收或反射性質。
在選用的基質上淀積該氮化鈦膜的方法最好是用磁控管濺涂法，將鈦靶在含有至少一些氮氣的氣氛中進行濺射涂層。濺涂法是一種基質上形成一層材料的已知技術。反應性濺涂是在另一種成分的氣體存在下將一種成分濺射涂上去。當要濺涂的物質是導電體時，使用直流電位。當要濺涂的物質是絕緣體時，最好采用射頻電位，這樣可以避免在該絕緣體表面積聚電荷，從而消除加速電位所帶來的損耗。借助于將該等離子體流限制在鄰近靶的區(qū)域，可以大大加快濺涂速率。這種限制使該等離子體流強化，并加增加氣體原子-電子碰撞的機率，以及所形成的離子撞擊陰極的機率。利用一個磁場，可將等離子體流限制在僅僅稍離開該陰極的區(qū)域。此類裝置之一就是平面磁控管濺射陰極。
本發(fā)明所用氮化鈦膜的化學計量比率可以變化。因此該膜可以用TiNx表示，其中x是在約0.8至約1.3之間。例如當鈦靶是在完全是氮的氣體中濺射時，x將大于1，通常約在1.1-1.3。當鈦靶是在含氮量較少(例如含氮和一種惰性氣體)的氣體混合物中濺射時，x一般將小于1。例如，使用含70%(重量)氬和30%(重量)氮的混合氣體時，x將為0.8左右。
本發(fā)明的薄膜的優(yōu)選平面電阻率約為40-1000歐/平方，較好是約200-900歐/平方，最好(用于CPET基質)是約500-800歐/平方。表Ⅰ示出CEPT基質上不同厚度氮化鈦膜的數據。
表Ⅰ濺涂時平面電阻率膜厚度吸收功率最后溫度氣體組成(歐/平方)(埃)百分率(℃)100%N2586 162 15 200100%N2635 104 9 20770%Ar/30%N2565 109 16 21870%Ar/30%N2640 93 14 201表Ⅰ中的最后溫度是本發(fā)明的容器在1600瓦微波爐中以2450兆赫暴露6分鐘后所測得溫度。微波吸收率是在2450兆赫和0.1毫瓦入射功率時所測。從表Ⅰ的數據可以看到，在淀積過程中，改變膜厚度和氣體組成而改變化學計量比率，得到的電阻率、吸收功率和最后溫度都很相近。
由表Ⅱ所列數據表示平面電阻率、吸收功率、透射功率以及反射功率之間的關系，這些是從扁平玻璃板上的氮化鈦膜所測得數據。
表Ⅱ濺涂時平面電阻率吸收功率透射功率反射功率氣體組成(歐/平方)百分率百分率百分率100%N2340 36 34 30100%N2390 41 36 23100%N2445 42 36 22100%N2570 34 43 23100%N2960 21 56 22對照基質(未涂覆)17920對于相同的膜化學計量比率而言，平面電阻率較低表示膜比較厚，而平面電阻率較高表示膜比較薄。從表Ⅱ的數據可知，對于不同的膜厚度可以達到相近的吸收率(由340和570歐/平方時的吸收率可以看到)。雖然表Ⅱ的數據是得自在玻璃平面上所涂的膜，但對本發(fā)明的基質也得到相似的結果和關系。
本發(fā)明的氮化鈦膜具耐久性并提供快速而均勻的加熱效果。表Ⅲ所示數據是薄膜受微波加熱與時間的函數關系。測定所產生熱量是應用紅外溫度記錄法。
表Ⅲ溫度(℃)時間(秒)140101572015830156401555015660155701568015290155100154110155120表Ⅲ的數據表明，該種膜可以在20秒內達到約150-160℃，并且基本上均勻地保持在該溫度。表Ⅲ中所用基質是CPET盤。為了進行對比，將CPET盤涂覆不銹鋼。用不銹鋼涂覆的盤在加熱2分鐘后只升溫到約85℃。
如果本發(fā)明的容器設計型式是有兩個盛物腔并且其中一個食品盛放腔具有本發(fā)明的膜，另一個腔對于微波是基本上透明的，則在淀積該膜時應將那個透明腔遮蔽住。
在制造這種雙腔容器時，一個腔用氮化鈦濺涂，另一個腔是把一個共形的CPET件窩入該不涂覆的腔內，把它遮住。用這種遮蔽方法進行淀積是很均勻的，并且具有重現性。然后將本發(fā)明的容器進行試驗，辦法是將之放在微波爐中的3毫米玻璃板上，以大功率加熱45秒。在容器的靠近未涂覆盛物腔的那一個側邊盡量靠盤底的部位測量。表Ⅳ中的數據是45秒后的溫度、膜的厚度和平面電阻率。在容器的上邊沿有一些熔化跡象，在淀積時將容器上邊沿遮蔽起來，可以避免這種輕微熔化現象。
表Ⅳ溫度(℃)厚度(埃)歐/平方93100738127154670143162586實例Ⅰ在實例Ⅰ中具體描述優(yōu)選方案的容器的制造過程。在CPET盤上淀積氮化鈦所用的真空系統是一種AircoCoatingTechnology的G系列系統(G-6)，是單端頭式，有兩個淀積區(qū)，每個有兩平面式磁控管陰極。
這種單端頭式系統具有機械泵抽空的進口和出口鎖閉裝置，可以抽空到50微米壓力。接著是淀積區(qū)，這里用擴散泵抽空至1×10-6乇。在淀積時，向淀積區(qū)充入惰性或反應活性氣體，使之達到1×10-3乇。將基質在該陰極之下前后往復運動，使之發(fā)性淀積，直至達到所要的膜厚度。應用Airco Coating Technology的HRC-3000型陰極能夠均勻涂覆的最大基質尺寸為40×60英寸。
在一個涂覆區(qū)使用兩個鈦靶。Ti是在100%氮中濺射涂層，使用MKS氣體流量控制系統將N2流量調節(jié)至888標準立方厘米/分鐘，濺射壓力為1.5×10-3乇。兩個Ti陰極均以恒定功率操作，每個20千瓦。傳送帶速率為200英寸/分鐘。在陰極之下走兩個行程進行淀積涂層。每一次淀積操作加工載于2×3英尺玻璃載器上的5個盤。四角各放一個盤，中央放一個。將其中兩個盤作為測試樣品，并在盤內放一塊顯微鏡用的載片玻璃。該載玻璃是用于測量膜厚度和平面電阻率。
在盤上有兩個食品盛放腔。其中一個腔準備放不需要酥脆烹制的食品(如各種蔬菜)。另一個食品盛放腔是瓦楞狀的，并在瓦楞狀底和周圍壁上涂覆氮化鈦膜。準備盛放蔬菜的那個腔要遮蔽起來，辦法是把另一個CPET盤的蔬菜盛放腔“窩”入這一個腔之內。
從表Ⅴ的數據可以看到，在每次操作所涂覆容器都顯示極優(yōu)的平面電阻率均一性，并且各次操作互比也顯示優(yōu)良的重現性。
表Ⅴ操作編號容器歐/平方1a650b645c6452a645b637c6373a703b695c6954a690b682c6825a679b671c6716a648b641c6417a658b650
表Ⅴ(續(xù))操作編號容器歐/平方c6508a608b601c6019a550b544c54410a564b558c55811a589b583c58312a615b608c608雖然本發(fā)明是參照具體實例加以說明，不言而喻的是本技術領域的技術人員可在不背離本發(fā)明精神實質的條件下作出各種修改和變動。因此前面所揭示的內容僅為對本發(fā)明的闡明，而非限定。
權利要求
1.一種用于微波加熱食品的容器，其中包括(a)一種對于微波基本上透明的基質，并且該基質具有可測到的熔點或焦燒溫度；(b)在該基質的至少一部分所涂覆的氮化鈦膜，該膜是用于吸收微波能量，使該膜被加熱并將熱量傳遞給靠近該膜的食品。
2.按權利要求1的容器，當該容器暴露于2450兆赫的高達約1600瓦微波能量時，在不超過約6分鐘時間使其中的膜被加熱到低于該基質的熔點或焦燒溫度。
3.按權利要求1的容器，其中所述膜的平面電阻率為約40至約1000歐/平方。
4.按權利要求1的容器，其中所述基質是結晶聚對苯二甲酸乙二醇酯。
5.按權利要求1的容器，其中所述膜是實質上由TiNx所組成，其中的x在約0.8至約1.3之間。
6.按權利要求1的容器，其中所述膜的厚度在約75至約400埃之間。
7.一種可使用微波的容器，所述容器是包括一個食品盛放腔的盤，該腔中涂覆有一層薄膜，該膜的平面電阻率為約200至約900歐/平方之間，并且該膜實質上由一種氮化鈦所組成。
8.按權利要求7的容器，其中所述食品盛放腔是由結晶聚對苯二甲酸乙二醇酯所制成。
9.按權利要求7的容器，所述容器包括兩個食品盛放腔，在第一個腔上涂覆有該種薄膜，用于向放在該處的食品傳遞熱量，而第二個腔對于微波基本上是透明的。
全文摘要
一種用于食品微波加熱的容器，該容器包括一個基質并在該基質的至少一部分帶有氮化鈦膜。該基質上除涂有氮化鈦膜的部位之外對于微波基本上是透明的。該膜是用于吸收微波能量，從而使該膜被加熱并將熱量傳遞給靠近該膜的食品。這種熱傳遞導致將食品酥脆加熱，如炸雞、法國式炸食等等。
文檔編號A47J36/02GK1044394SQ89107898
公開日1990年8月8日 申請日期1989年10月11日 優(yōu)先權日1989年1月24日
發(fā)明者唐·格里芬, 史蒂文·J·納德爾, 坦曾·L·范斯凱克 申請人:英國氧氣集團公司