FI93224C - Menetelmä keraamisten/metallisten lämmönvarastointivälineiden tuottamiseksi ja lämmönvarastointiväline - Google Patents

Description

93224

Menetelmä keraamisten/metallisten länunönvarastointivälineiden tuottamiseksi ja lämmönvarastointiväline Förfarande för producering av keramiska/metalliska värme-lagringsmedel samt värmelagringsmedel 5

Keksinnön kohteena on menetelmä suorakosketuksisen lämmönvarastointiväline en tuottamiseksi käsittäen perusmetallia, ontelon ja luontaisesti koheesiivisen keraamisen kerroksen, joka on muodostunut yhtenäiseksi 10 metallin kanssa ja kapseloi metallin ja ontelon.

Keksinnön kohteena on myös menetelmä lämmönvarastointivälineen tuottamiseksi käsittäen perusmetallia, ontelon ja luontaisesti koossapysyvän keraamisen täyteainetta sisältävän sekarakenteisen säiliön, joka on 15 muodostunut yhtenäiseksi metallin kanssa ja kapseloi metallin ja ontelon.

Lisäksi keksinnön kohteena on lämmönvarastointiväline.

Keksinnön kohteena on siis menetelmä suorakosketuksisten lämmönvarastoin-20 tivälineiden valmistamiseksi käsittäen sisäisesti muodostetun keraamisen säiliön kapseloiman metallin massan ja ontelon sekä lämmönvarastointiväline. Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on menetelmä lämraönvaras-tointivälineen valmistamiseksi metalliesiasteen massan ohjatun hapettami-sen avulla, jotta voidaan muodostaa keraaminen kuori kiinteästi reagoi-25 mattoman metallin kanssa ja sen kapseloiden, joka metalli käy läpi sulatus- ja jäähdytysmuunnoksen toiminnan aikana läramönvarastointivä-lineenä.

Metallit tunnetaan korkeasta lämmönjohtavuudestaan erilaisiin muihin 30 materiaaleihin verrattuna, ja niiden käyttöä lämmönvarastointivälineinä tutkitaan. Tällaisissa sovelluskohteissa metalli varastointivälineenä käy läpi peräkkäisen sulatuksen kuumennettaessa ja jäätymisen jäähdytyssyk-lien aikana, jonka vuoksi sitä kutsutaan yleisesti faasivarausmateriaa-liksi. Joillakin metalleilla (ja seoksilla) on suhteellisen korkea 35 latentti transformaatiolämpö, ja ne tarjoavat lisäksi merkittävän edun kun niitä käytetään lämmönvaihdon ja -varastoinnin yhteydessä siten, että lämmönvaihtoalueen suhde varastointitilavuuteen voi olla paljon pienempi tiettyä sykliaikaa kohti kuin huonommalla lämmönjohtavuudella varuste- 2 93224 tuilla materiaaleilla. Lisäksi minkä tahansa materiaalin sulamispisteessä latentti sulamislämpö abrorboituu. Lämpötiloissa, joissa latentteja lämmönmuutoksia voitaisiin käyttää edullisesti lämmönvarastointisovelluk-sissa, metallit eivät ole kuitenkaan yleensä käyttökelpoisia, koska ne 5 eivät säilytä muotoaan tai jäykkyyttään sulattamisen yhteydessä.

Tällaisessa tapauksessa hyödyllinen säiliö metallista lämmönvarastointi-välinettä varten sallisi lämmönsiirron säiliön ulkopuolen ja metallin välillä ja säilyttäisi tästä huolimatta sen mekaaniset ominaisuudet 10 sisällytetyn metallin aiheuttamista faasimuutoksista (sulatus ja jäähdytys) huolimatta. Lisäksi kapseloitu faasimuutosmateriaali sallisi sen suoran kosketuksen energiankuljetusnesteen kanssa. Keraaminen säiliö, joka pystyy siirtämään lämpöä metalliin mutta on kuitenkin rakenteellisesti kyllin luja pitääkseen metallin käytössä käyttölämpötiloissa, 15 täyttäisi nämä kriteerit.

US-patentissa 4,146,057 (myönnetty 27.3.1979 J. Friedmanille et ai.) esitetään energianvarastointijärjestelmä, jonka avulla voidaan puskuroida jatkottaisuus ja/tai asynkronismi energiansyötön ja energiankäytön 20 välille. Energianvarastointijärjestelmä sisältää puskuriosan, joka käsittää alumiinilla täytetyn keraamisen säiliön ja joka on kytketty kaliumsilmukkaan lämmönvaihtoa varten sekä voima- ja energianulostulo-silmukkaan ylikuumennetun kaliumin vastaanottamiseen. Lukuunottamatta sitä yleistä toteamusta, että keraaminen säiliö on käyttökelpoinen 25 alumiinin sisällyttämiseen lämmönvarastointijärjestelmässä, ei ole mitenkään esitetty tai selvitetty, miten keramiikka tuotetaan tai että se olisi metallin reaktiotuotekerros.

US-patentissa 2,823,151 (myönnetty 11.2.1958 nimellä Yntema et ai.) 30 esitetään kalvon muodostaminen, joka käsittää seoksen tai metallien välisen yhdisteen metallin substraatilla, tarkemmin sanottuna molyb-deenimetallin substraatilla, jotta voidaan saada substraatti kestämään hapettumista korkeissa lämpötiloissa. Kalvoa kuvataan molybdeeni-pii-boori -seoksena tai metallien välisenä yhdisteenä, ja se muodostetaan 35 molybdeenimetallin substraatille antamalla allaolevan molybdeenin reagoida piin ja boorin kanssa tai päällystämällä ei-molybdeeninen metalli- 3 93224 substraatti molybdeenilla, jonka jälkeen molybdeenin annetaan reagoida piin kanssa. Tämä patentti on suunnattu kuitenkin ainoastaan päällysti-meen, ja siinä ei esitetä millään tavoin, ettei molybdeenin lämmönvaras-tointiväliainetta sulateta ja ettei se käy läpi sulatus- ja jäähdytys-5 transformaatiota. Yntema et ai. eivät myöskään esitä metallipohjan tai substraatin hapettamista kapseloivan keraamisen säiliön tuottamiseksi, joka pystyy sisältämään molybdeenimetallin substraatin sulassa tilassa.

Englantilainen patenttihakemus 2,159,542 (jätetty 13.3.1985 nimellä 10 Zielinger et ai.) liittyy menetelmään, jonka avulla tuotetaan metallin pinnoille isotrooppisia suojaavia oksidikerroksia, jolloin kerroksen kasvunopeutta säädetään vaihtelemalla kasvuympäristössä olevan hapen painetta. Zielinger et ai. eivät kuitenkaan esitä tai selvitä huomattavan vahvan keraamisen kerroksen kasvattamista päällystetyn metallin pitämi-15 seksi sulassa tilassa tai esitä lämmönvarastointivälineen muodostamista.

US-patentti 4,657,067 nimellä Rapp et ai. esittää lämmönvarastointi-materiaalin, jossa käytetään hyväksi eutektisten seoksien sulamislämpöä siten, että ulkokuori on muodostettu varustetuksi korkeammalla sulamis-20 pisteellä kuin eutektinen keerna. Materiaali muodostetaan sulattamalla faasinmuutosseos ja jäähdyttämällä sulate tämän jälkeen hitaasti siten, että kokonaiskoosteessa oleva korkeasulatteinen materiaali ensin jähmet-tyy ja kapseloi alempisulatteisen, sisemmän eutektisen keernamateriaalin.

25 Uusi ja hyödyllinen menetelmä itsekantavien keraamisten kappaleiden muodostamiseksi esiastemetallin (perusmetallin) massan ohjatun hapet-tamisen avulla on kuvattu seuraavissa hakijan patenteissa. Ohjattu hapettamisprosessi soveltuu prosessiin, jossa tuotetaan itsekapseloituvan metallin käsittävä lämmönvarastointiväline.

30

Hakijan US-patentti 4,713,360, nimellä Newkirk et ai., kuvaa siis yleistä prosessia keraamisten materiaalien tuottamiseksi sulan perusmetallin ohjatun hapettamisen avulla. Tässä prosessissa hapettumisreaktiotuote muodostuu alussa hapettimelle alttiina olevan sulan perusmetallin massan 35 pinnalle ja kehittyy sen jälkeen ulospäin tästä pinnasta, kun sulaa metallia kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kosketukseen hapet- 4 93224 timen kanssa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreak-tiotuotteen välisellä rajapinnalla, jossa se reagoi muodostaen asteittain paksumman kerroksen hapettumisreaktiotuotetta. Prosessia voidaan edistää käyttämällä perusmetallin kanssa lejeerattuja lisäaineita, kuten esimer-5 kiksi alumiiniperusmetallia ilmassa hapetettaessa. Tätä menetelmää parannettiin käyttämällä perusmetallin ulkopintaan levitettyjä lisäaineita, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,853,352, nimellä Newkirk et ai. Tässä yhteydessä hapettumisen käsitetään laajimmassa merkityksessään tarkoittavan yhtä tai useampaa metallia, jotka luovuttavat elektroneja 10 toiselle alkuaineelle tai alkuaineiden yhdistelmälle tai joilla on yhteisiä elektroneja viimeksimainittujen kanssa, yhdisteen muodostamiseksi. Tämän mukaisesti termi "hapetin" tarkoittaa elektronien vastaanotinta tai yhdistettä, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa.

15 Prosessissa, jota kuvataan hakijan US-patentissa 4,851,375, nimellä Newkirk et ai. , keraamisia sekarakennetuotteita tuotetaan kasvattamalla monikiteinen keraaminen tuote täyteaineen petiin sulan perusmetallin massan viereen. Sula metalli reagoi kaasumaisen hapettimen, kuten hapen, kanssa muodostaen keraamisen hapettumisreaktiotuotteen, joka läpäisee 20 täyteaineen. Saatava hapettumisreaktiotuote, esim. alumiinioksidi, voi kasvaa täyteaineen massaan ja sen läpi, kun sulaa perusmetallia vetäytyy jatkuvasti hapettumisreaktiotuotteen läpi ja reagoi hapettimen kanssa. Täyteainehiukkaset on upotettu monikiteiseen keraamiseen tuotteeseen, joka käsittää sekarakenteisen hapettumisreaktiotuotteen. Näissä hakijan 25 patenteissa ei kuvata ohjatun hapettumisprosessin soveltamista siten, että metallisubstraatin ympärille muodostuu keraaminen säiliö. Tämän keksinnön avulla saadaan kuitenkin aikaan menetelmä, jonka avulla käytetään hyväksi ohjattua kasvuprosessia, jotta voidaan kehittää keraaminen säiliö metallin massan ympärille lämmönvarastointivälineen muodostami-30 seksi.

Hakijan US-patentissa 5,017,526 esitetään erityisen hyödyllisiä menetelmiä, joissa täyteaine muodostetaan esimuotiksi, jonka muoto vastaa lopullisen sekarakennetuotteen toivottua geometriaa. Esimuotti valmiste-35 taan tavanomaisilla menetelmillä siten, että sillä on riittävä muodon 5 93224 yhtenäisyys ja raakalujuus, ja sen tulisi olla läpäisevä hapettumisreak-tiotuotteen kulkeutumisille.

Rajoittimia voidaan käyttää olennaisesti ehkäisemään tai estämään hapet-5 tumisreaktiotuotteen kasvu valitulla rajalla, jotta voidaan määrittää keraamisen rakenteen muoto tai geometria. Tämä keksintö esitettiin hakijan US-patentissa 4,923,832, nimellä Newkirk et ai. ja nimeltään "Menetelmä muotoiltujen keraamisten koostumusten valmistamiseksi käyttämällä rajoitinta".

10

Hakijan US-patenteissa 4,828,785 ja 4,859,640 kuvataan menetelmät ontelon sisältävien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi, joiden kokoa tai paksuutta on vaikeata tai mahdotonta toistaa aikaisemmin saatavissa olevan teknologian avulla. Lyhyesti sanottuna näissä kuvatuissa kek-15 sinnöissä muotoiltu perusmetalliesiaste upotetaan mukautuvaan täyteaineeseen ja täyteaine suodatetaan perusmetallin hapettamisen avulla saadulla keraamisella matriisilla, jotta voidaan muodostaa sanotun perusmetallin monikiteinen hapettumisreaktiotuote hapettimen kanssa ja valinnaisesti yhden tai useamman metallin ainesosa. Keksintöä sovel-20 lettaessa perusmetalli muovataan tarkemmin sanottuna tuottamaan mallin ja sijoitetaan sen jälkeen mukautuvaan täyteaineeseen tai ympäröidään mukautuvalla täyteaineella, joka toistaa käänteisesti muotoillun perusmetallin geometrian. Tässä menetelmässä täyteaine (1) on tarvittaessa läpäisevä hapettimelle, kuten hapettimen ollessa kaasufaasihapetin, ja on 25 joka tapauksessa läpäisevä kehittyvän hapettumisreaktiotuotteen suodattu-miselle; (2) täyteaineella on riittävä mukautuvuus kuumennuslämpötilavä-lillä, jotta voidaan mahdollistaa differentiaalilämpölaajeneminen täyteaineen ja perusmetallin välillä sekä metallin minkä tahansa sulamispisteen tilavuusmuutoksen välillä; ja (3) täyteaine on tarvittaessa mallia 30 ympäröivän tukivyöhykkeensä alueella sisäisesti itsesitoutuva, jolloin sanotulla täyteaineella on riittävä koheesiolujuus, jotta voidaan säilyttää käänteisesti toistettu geometria pedin kanssa perusmetallin siirtymisen yhteydessä, kuten yllä on kuvattu. Ympäröity tai sijoitettu muotoiltu perusmetalli kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumis-35 reaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle sulan perusmetallin muodostamiseksi. Sulan perusmetallin annetaan reagoi- 6 93224 da tällä lämpötila-alueella tai -välillä hapettimen kanssa hapettumis-reaktiotuotteen muodostamiseksi. Ainakin osaa hapettumisreaktiotuotteesta pidetään tällä lämpötila-alueella ja kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa sekä näiden välillä, jolloin sula metalli vetäytyy 5 asteittain edeten sulan metallin massasta hapettumisreaktiotuotteen läpi muodostaen samanaikaisesti ontelon hapettumisreaktiotuotteen jatkaessa muodostumistaan täyteaineen pedissä hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. Tätä reaktiota jatketaan niin kauan, että täyteaine voidaan ainakin osittain upottaa 10 hapettumisreaktiotuotteeseen jälkimmäisen kasvun avulla, jotta voidaan muodostaa yllämainitulla ontelolla varustettu sekarakennekappale. Saatava itsekantava sekarakennekappale erotetaan lopuksi liiasta täyteaineesta, jos sitä on jäljellä.

15 Kunkin edellämainitun hakijan patentin kaikkiin kuvauksiin viitataan tämän keksinnön yhteydessä, jotka hakemukset on saman hakijan.

Keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavaa: 20 (a) kuumennetaan perusmetalli hapettimen läsnäollessa perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan, joka hapettumisreaktiotuote on muodostettu vaiheessa (b), sulan perusmetallimassan muodostamiseksi, 25 ja (b) sanotussa lämpötilassa (i) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa ulospäin 30 massan pinnasta, jotta perusmetallin massan kanssa muodostuu yhtenäisesti hapettumisreaktiotuotteen kerros, (ii) sula perusmetalli kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen läpi kosketukseen hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostu- 35 minen jatkuu hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla muodostaen näin jatkuvasti progressii- li 7 93224 visesti paksumman kerroksen hapettumisreaktiotuotetta ulospäin sanotusta pinnasta ja kuluttaen samanaikaisesti sulaa metallia sanotusta massasta, (iii) jatketaan reaktiota niin kauan, että progressiivisesti paksumpi 5 kerros kehittyy riittävään paksuuteen reagoimattoman perusmetallin kapseloimiseksi ja ontelon saamiseksi mainitun kuluttamisen tuloksena, ja (c) otetaan saatava lämmönvarastointiväline talteen.

10 Keksinnön mukaisen menetelmän toinen suoritusmuoto on tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavaa: (a) järjestetään täyteaineen massa perusmetallin pinnan viereen, 15 (b) kuumennetaan perusmetalli hapettimen läsnäollessa perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan, joka hapettumisreaktiotuote on muodostettu vaiheessa (c), sulan perusmetallin massan muodostamiseksi, ja 20 (c) sanotussa lämpötilassa (i) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa ulospäin massan pinnasta, jotta massaan muodostuu hapettumisreaktiotuotteen 25 kerros, ii) sula perusmetalli kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta sekä kohti täyteaineen massaa ja sanottuun täyteaineen massaan siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu hapettimen ja 30 aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla muodostaen näin jatkuvasti progressiivisesti paksumman kerroksen täyteaineen suodattavaa hapettumisreaktiotuotetta ulospäin sanotusta pinnasta ja kuluttaen samanaikaisesti sulaa metallia massasta, 35 (iii) jatketaan reaktiota niin kauan, että progressiivisesti paksumpi kerros kehittyy riittävään paksuuteen sulkeakseen sisäänsä ainakin osan 8 93224 sanotusta täyteaineesta ja reagoimattoman perusmetallin kapseloimiseksi ontelon saamiseksi mainitun kuluttamisen tuloksena, ja (d) otetaan saatava lämmönvarastointiväline talteen.

5

Keksinnön mukaisen tuote on tunnettu siitä, että se käsittää perusmetallin massasta saadun me ta liike emän, luontaisesti koossapysyvän keraamisen säiliön, joka on muodostettu yhtenäisesti sanotun metallikeernan kanssa ja kapseloi sen, joka säiliö käsittää kolmiulotteisesti yhdistyneen 10 hapettumisreaktiotuotteen, joka on muodostunut siten, että osa perusmetallista on reagoinut hapettimen kanssa perusmetallin sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa, jolloin tämä osa on kuluttanut perusmetallia keernan saamiseksi perusmetallin kuluttamattomasta jäljellejääneestä osasta, ja lisäksi säiliö käsittää olennaisesti täydellisesti 15 sisällytetyn ontelon, jonka määrittää keraamisen säiliön ja metallikeernan pinnat.

Tämän keksinnön mukaisesti järjestetään menetelmä lämmönvarastointi-välineen tuottamiseksi, joka käsittää metallin keernan tai massan sekä 20 ontelon ja sisäisesti koheesivisen keraamisen säiliön. Keraaminen säiliö muodostetaan yhtenäisesti metallisubstraatin kanssa ja se kapseloi metal-lisubstraatin antamalla osan sulan perusmetallin massasta reagoida hapettimen, mielellään kaasufaasihapettimen kanssa. Keraaminen säiliö käsittää näin sulan perusmetallin ja hapettimen hapettumisreaktiotuot-25 teen, ja lämmönvarastointiväline käsittää hapettumattoman perusmetallin jäännösmassan, joka perusmetalli ei ole reagoinut muodostamaan keraamista säiliötä.

Perusmetallin massa kuumennetaan hapettimen läsnäollessa perusmetallin 30 sulamispisteen yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle, jolloin muodostuu perusmetallin sula massa. Tässä lämpötilassa sulan perusmetallin annetaan reagoida hapettimen kanssa ulospäin perusmetallin massan pinnasta muodostamaan kerroksen hapettumisreaktiotuotetta, mikä aloittaa sulan perusmetallin 35 reagoimattoman massan sisällyttämisen. Sulaa perusmetallia kulkeutuu kapseloituvan hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kosketukseen hapettimen 9 93224 kanssa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, jolloin muodostuu jatkuvasti vähitellen paksumpi kerros tai säiliö hapettumisreaktiotuotetta, joka kehittyy ulospäin perusmetallin massan pinnasta ja kuluttaa tietyn määrän allaolevasta 5 sulasta perusmetallista.

Sula perusmetalli kulkeutuu reaktiotuotteen kerroksen läpi kosketukseen hapettimen kanssa ja sen annetaan reagoida hapettimen kanssa niin kauan, että kehittyy kapseloiva kerros hapettumisreaktiotuotetta keraamisen 10 matriisisäiliön seinämäpaksuuden ollessa riittävä siten, että se sisältää jäljelläolevan perusmetallin massan, joka käsittää reagoimatonta ja hapettumatonta perusmetallia ja kestää kuormituksen käytön aikana, kun kuoren kapseloima metallin massa voi olla sulassa muodossa. Tämä kuori-paksuus riippuu sellaisista tekijöistä kuin perusmetallin identiteetti 15 tai koostumus, perusmetallin massan mitat ja lopullisen käyttökohteen käyttöparametrit tai -olosuhteet. Näin ollen tuloksena saatu tuote on reagoimatonta tai hapettumatonta perusmetallia käsittävä perusmetallin massa, jota peittää tai kapseloi sisäisesti koheesiivinen keraaminen säiliö käsittäen sulan perusmetallin ja hapettimen hapettumisreaktiotuot-20 teen. Tämän mukaisesti tuotetun keraamisen säiliön kapseloima reagoimattoman tai hapettumattoman perusmetallin määrä ja tilavuus on pienempi kuin perusmetallin massan käsittävän perusmetallin määrä ja tilavuus, joka perusmetallin massa on esiaste prosessille. Näin keraamiseen säiliöön kehittyy luontaisesti tila tai tyhjö perusmetallin tietyn määrän ku-25 lumisesta johtuen, jonka annetaan reagoida keraamisen säiliön muodostamiseksi. Tämä tyhjö tai ontelo voi absorboida metallin massan laajenemisen varastointivälineen käytön aikana, mikä saattaisi muutoin johtaa keraamisen säiliön halkeilemiseen tai luhistumiseen tilavuusmuutoksen vuoksi, kun kapseloitua massaa sulatetaan tai kun vallitsee lämpölaajene-30 misen epäyhteneväisyys keraamisen säiliön ja allaolevan metallin massan välillä.

Suositeltavassa suoritusmuodossa säiliö käsittää sopivan täyteaineen, mielellään keraamisen täyteaineen, sisäänsä sulkevan keraamisen mat-35 riisin. Näin ollen täyteaineen massa sijoitetaan perusmetallin pinnan viereen mielellään levittämällä täyteaine päällysteenä perusmetallin 10 93224 massaan. Voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa täyteainetta, kuten metallin oksideja, borideja, karbideja tai nitridejä (esim. alumiinioksidi-tai piikarbidihiukkasia, -kuituja tai -karvoja). Täyteainepäällyste voidaan levittää perusmetallin massan pintaan sopivaa apuainetta käyttä-5 mällä, kuten orgaanista sideainetta, joka palaa tai haihtuu prosessin aikana antaakseen päällysteelle riittävän inerttisen lujuuden. Tämän jälkeen perusmetallin massa kuumennetaan, ja sula perusmetalli reagoi hapettimen kanssa muodostaen hapettumisreaktiotuotteen kapseloivan kerroksen, kuten yllä on kuvattu. Kehittyvä hapettumisreaktiotuote 10 suodattuu täyteaineeseen, ja hapettamisreaktiota jatketaan niin kauan, että hapettumisreaktiotuote sulkee sisäänsä tai suodattaa täyteaineen. Tämän suoritusmuodon tulokseksi saatava keraaminen säiliö käsittää keraamisen hapettumisreaktiotuotteen ja täyteaineen sekarakenteen.

15 Yhdessä lisäsuoritusmuodossa tämän keksinnön mukainen täyteainepäällyste voi käsittää materiaalin, joka reagoi tiettyjen sulien perusmetallien kanssa muodostaakseen keraamisen tukivyöhykkeen, joka sisältää tai tukee sulaa perusmetallia keraamisen säiliön muodostumisen aikana, esim. piidioksidin alumiiniperusmetallista järjestelmää varten ilman ollessa 20 hapettimena. Sulan perusmetallin reaktiota hapettimen kanssa voi edeltää tai sen kanssa yhdessä voi tapahtua perusmetallin reagoiminen päällyste-materiaalin kanssa.

Toisessa suoritusmuodossa erityisesti täyteainetta käytettäessä sopiva 25 materiaali, kuten yllä on kuvattu hakijan US-patentissa 4,923,832, sijoitetaan täyteainepäällysteen viereen, jolloin se sijaitsee vastapäätä perusmetallin ulkopintaa. Tällainen rajoitinmateriaali, joka on mielellään kaasua läpäisevä, estää tai pysäyttää olennaisesti hapettumisreaktiotuotteen kehittymisen rajoitinmateriaalissa säätäen näin keraamisen 30 säiliön seinämäpaksuutta. Tämä rajoitin voi käsittää esimerkiksi kipsin ja veden seoksen tai lietteen tai hiukkasten tai kuitujen (kuten wollas-toniitin, joka on mineraalikalsiumsilikaatti) pedin.

Tässä erittelyssä ja jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa käytet-35 tyinä allaolevat termit määritetään seuraavasti: 11 93224

Termin "keraaminen" ei tule ahtaasti käsittää olevan rajoitettu keraamisen materiaaliin sanan klassisessa merkityksessä, eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan ei-metallisista ja epäorgaanista materiaaleista, vaan se viittaa pikemminkin materiaaliin, joka on hallitsevasti 5 keraaminen joko koostumukseen tai hallitseviin omaisuuksiinsa nähden, vaikka materiaali voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa ja/tai huokoisuutta (yhdistynyttä tai eristynyttä), jotka on saatu perusmetallista tai pelkistetty hapettimesta tai lisäaineesta, tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia, 10 mutta tilavuusprosentti voi olla suurempikin.

"Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle tai niiden yhdistelmälle tai sillä on ollut yhteisiä elekt- 15 roneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määritelmän mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" sisältää siis yhden tai useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa, joita hapettimia ovat esimerkiksi tässä hakemuksessa mainitut hapettimet.

20 "Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronien vastaanotinta tai yhdistettä, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa, ja se voi prosessiolosuhteissa olla kiinteä aine, neste tai kaasu (höyry) tai jokin näiden yhdistelmä (esim. kiinteä aine ja kaasu).

25 Termin "perusmetalli" on tarkoitettu viittaavan suhteellisen puhtaisiin metalleihin, kaupallisesti saataviin metalleihin epäpuhtauksineen ja/tai siihen lisättyine ainesosineen sekä seoksiin ja metallien välisiin yhdisteisiin. Kun tietty metalli mainitaan, tunnistettu metalli tulisi tulkita tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.

30

Kuvio 1 on poikkileikkauksellinen kuva olennaisesti lieriömäisen läm-mönvarastointivälineen keskustan läpi, joka väline on tuotettu tämän keksinnön mukaisesti.

35 Kuvio 2 on valokuva lämmönvarastointivälineen päälikuvasta, joka väline on valmistettu tämän keksinnön mukaisesti.

12 93224 Tätä keksintöä sovellettaessa perusmetalli, johon on voitu lisätä lisäaine (kuten myöhemmin yksityiskohtaisemmin selvitetään) , muovataan sopivaan muotoon tai massaan, esim. palloksi, kiekoksi, sauvaksi tai vastaavaksi. Perusmetallin muotoillun massan pinta saatetaan alttiiksi tai tehdään 5 saavutettavaksi hapettimelle tai hapettavalle ympäristölle, mielellään kaasufaasihapettimelle, tai saatetaan kosketukseen viimeksimainittujen kanssa. Tässä yhteydessä käytettynä massan pinta viittaa ulkoiseen pintaan tai ulkoisiin pintoihin tai niiden osiin, jotka ovat alttiina hapettimelle. Näin ollen massan pinta voi käsittää yhden tai useamman 10 pinnan, sivun, otsapinnan, uran, reiän, aukon, ulkoneman, laipan tai vastaavan. Metallin massa sijoitetaan tyypillisesti tulenkestävään tukeen, kuten tulenkestävien hiukkasten petiin, joka on tarvittaessa läpäisevä kaasufaasihapettimelle ja suhteellisen inerttinen proses-siolosuhteissa siten, että sula metalli ei kostuta tätä tukea. Jos 15 perusmetallin massa sijoitetaan inerttiseen petiin, metallin massa voi menettää muotoaan kuumentamisen aikana, mutta tämä muodonmuutos on tavallisesti pieni, eikä häiritse tuotteen lopullisen käyttökohteen soveltamista. Perusmetallin massa voi haluttaessa olla kosketuksessa kiinteän tai nestemäinen hapettimen kanssa tai se voi olla päällystetty 20 täyteaineella, joka on läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvulle, kuten alla yksityiskohtaisemmin selvitetään, jolloin voidaan välttää tämä muodon menetys. Kooste sijoitetaan sopivaan tulenkestävään astiaan. Suoritusmuodossa, jossa keraaminen säiliö sulkee sisäänsä täyteaineen (kuten alla yksityiskohtaisemmin selvitetään), metallin massa voidaan 25 upottaa suoraan sopivan täyteaineen, kuten hiukkasten, kuitujen tai karvojen, petiin tulenkestävään upokkaaseen, tai sillä voi olla ensin täyteainepäällyste levitettynä metallin pintaan, jonka jälkeen kooste tuetaan upokkaaseen. Tällaiset täyteaineet ovat tyypillisesti keraamisia, esim. alumiinioksidia, piidioksidia tai piikarbidia, ja ohjattu hapettu-30 miskasvu ulottuu toivottuun tai valittuun syvyyteen, kuten alla on yksityiskohtaisemmin kuvattu.

Perusmetallin massan ja tulenkestävien hiukkasten tuen tai pedin käsittävä saatava kooste, joka järjestetään tai sijoitetaan tyypillisesti 35 sopivaan upokkaaseen tai astiaan, kuumennetaan hapettavassa ympäristössä perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen li 13 93224 sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan. Lämpötilojen käyttö- tai suositeltava alue ei saa kuitenkaan ulottua koko lämpötilavälille, joka on perusmetallin ja hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteiden välillä. Tässä lämpötilassa tai tällä lämpötilavälillä perusmetalli siis sulaa 5 muodostaen sulaa perusmetallia, ja hapettimen kanssa kosketukseen tullessaan sula metalli reagoi muodostaen kerroksen hapettumisreaktiotuotetta ja kapseloiden tai sisällyttäen näin reagoimattoman sulan perusmetallin. Ollessaan jatkuvasti alttiina hapettavalle ympäristölle sulaa perusmetallia kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen aikaisemmin muodostuneeseen 10 kapseloivaan kerrokseen ja sen läpi hapettimen suuntaan tai kohti sitä. Kulkeutunut sula metalli tulee kosketukseen hapettimen kanssa hapettimen, tyypillisesti ilmakehän, ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, jotta se voi muodostaa jatkuvasti progressiivisesti paksumman kapseloivan kerroksen hapettumisreak-15 tiotuotetta ulospäin metallin massan pinnasta ja kuluttaa samanaikaisesti tietyn määrän sulaa perusmetallia. Koska keraaminen säiliö kehittyy ulospäin kuluttamalla perusmetallia säiliöstä ja antamalla tämän metallin reagoida hapettimen kanssa, säiliöön kehittyy tyhjö tai kutistumisontelo.

20 Keksinnön mukaisesti tuotetun lämmönvarastointivälineen keraaminen säiliö on tyypillisesti ohut suhteessa säiliöön jäävän reagoimattoman perusmetallin paksuuteen tai mittaan. Näin ollen tässä prosessissa sisäisesti kehittynyt ontelo voi absorboida metallin substraatin laajenemisen käytössä tapahtuvan kuumentamisen ja sulattamisen yhteydessä, mikä 25 saattaisi muutoin aiheuttaa keraamisen säiliön luhistumisen johtuen lämpöjaajenemisen epäsopivuudesta metallisubstraatin ja keraamisen säiliön välillä sekä tilavuusmuutoksen välillä metallia sulatettaessa. Reaktiota jatketaan niin kauan, että kehittyy sopiva seinämäpaksuus kapseloivaa keraamista kerrosta, päällystä tai säiliötä varten, jolloin 30 säiliö muodostuu yhtenäisesti allaolevan reagoimattoman perusmetallin kanssa. Tulisi kuitenkin ymmärtää, että vaikka keraaminen säiliö muodostetaan yhtenäisesti allaolevan reagoimattoman perusmetallin kanssa ja kehittyy tila- tai tyhjötilavuus, tämän tyhjön ja/tai sisällytetyn reagoimattoman perusmetallin asento voi liikkua tai siirtyä tai muutoin 35 häiriintyä tai jakaantua säiliöön, kun lämmönvarastointiväliainetta käytetään metallin massan sulamispisteen yläpuolella olevissa lämpöti- 14 93224 loissa tai seoksen likviduslämpötilan yläpuolella. Seinämäpaksuuden sopivuus riippuu tiettyyn suoritusmuotoon liittyvistä tekijöistä, joita ovat perusmetallin identiteetti tai koostumus, perusmetallin massan mitat ja geometria, käyttöparametrit ja mekaaniset kuormat, joita lämmönvaras-5 tointiväline pystyy käytössä kestämään. Esimerkiksi noin 0,10-0,25 cm (0,04-0,1 tuumaa) paksu keraaminen säiliö, joka on kehitetty pallomaises-ti muotoiltuun alumiiniseoksisen perusmetallin massaan halkaisijaltaan noin 2,54 cm (1 tuuma), on havaittu riittäväksi pitämään hapettumattoman perusmetallin substraatti sopivasti kohtuullisen ulkoisen kuorman alaise-10 na käyttölämpötiloissa, jotka ylittävät alumiiniseoksen likviduslämpötilan.

Tämän keksinnön mukainen keraaminen säiliö käsittää sulan perusmetallin hapettumisreaktiotuotteen hapettimen kanssa. Tulisi ymmärtää, että 15 keraamisen säiliön käsittävä hapettumisreaktiotuote voi sisältää reagoimatonta perusmetallia ja/tai huokoisuutta, mikä voi johtua metallin osittaisesta tai lähes täydellisestä syrjäytymisestä, mutta keraamisessa säiliössä olevan perusmetallin ja/tai olevien onteloiden tilavuusprosentti riippuu paljolti sellaisista tekijöistä kuin lämpötila, aika ja 20 perusmetallin tyyppi. Hapettumisreaktiotuotefaasi on kristalliittien muodossa, jotka ovat ainakin osittain yhdistyneitä, mielellään kolmessa ulottuvuudessa. Näin ollen keraamisella säiliöllä on monia klassisen keramiikan toivottuja ominaisuuksia (ts. kovuus, tulenkestävyys, kulumi-senkestävyys, jne.), ja se saa myös lisäetuja (tapauksissa, joissa 25 merkittävä metallifaasi on läsnä) hajaantuneesta tai kulkeutuneesta reagoimattomasta metallifaasista, jolla on merkittävästi korkeampi lujuus ja murtolujuus sekä tässä yhteydessä tärkeänä seikkana korkeampi lämmön-johtavuus keraamisen säiliön seinämäpaksuuden poikki, jolloin saadaan aikaan tehokkaampi energiansiirto keraamisen säiliön ulkopuolella olevas-30 ta energianlähteestä metallisubstraattiin varastointia varten.

Keksinnön suositeltavassa suoritusmuodossa sopivasta täyteaineesta oleva päällystemateriaali levitetään perusmetallin massan pintaan. Päällyste-materiaali voi käsittää inerttistä täyteainetta, kuten alumiinioksidia, 35 alumiininitridia tai piikarbidin hiukkasia, karvoja, kuituja tai vastaavia. Täyteaine levitetään perusmetallin massan ulkoiseen pintaan millä li 15 93224 tahansa sopivalla tavalla, ja se mukautuu metallin massan geometriaan. Täyteaine voidaan sekoittaa esimerkiksi orgaanisen sideaineen, kuten polyvinyylialkoholin tai metyyliselluloosan, kanssa riittävän märkälujuuden aikaansaamiseksi muodostuksen aikana, ja prosessilämpötiloissa se 5 eliminoituu höyrystymisen tai haihtumisen välityksellä. Kuumentamisen aikana ja lämpötilavälillä täyteaineen päällysteen tulisi kompensoida differentiaalilämpölaajeneminen täyteaineen ja perusmetallin välillä sekä mikä tahansa metallin sulamispisteen tilavuusmuutos. Sulan perusmetallin reagoidessa hapettimen kanssa hapettumisreaktiotuote kehittyy ja suodatit) tuu täyteainepetiin tai -päällysteeseen. Näin ollen saatava keraaminen säiliö käsittää sekarakenteen, jonka hapettumisreaktiotuotteen keraaminen matriisi sulkee sisäänsä päällysteaineen ainesosat. Päällystemateriaali voi haluttaessa käsittää materiaalin, joka reagoi ainakin osittain sulan perusmetallin kanssa. Kun esimerkiksi alumiiniperusmetallia hapetetaan 15 ilmassa alumiinioksidin ollessa aiottu hapettumisreaktiotuote, piidioksidia tai piiyhdisteitä tai booria tai booriyhdisteitä voidaan käyttää täyteaineena. Nämä yhdisteet reagoivat ainakin osittain sulan alumiinipe-rusmetallin kanssa. Tällaisessa tapauksessa perusmetallin hapettamisreak-tiota hapettimen kanssa voi edeltää tai sen kanssa voi toimia yhdessä 20 perusmetallin reaktio täyteaineen kanssa. Täyteaineiden päällyste voi käsittää myös reaktiivisten ja inerttisten materiaalien seoksia, joita ovat esimerkiksi epäorgaanisissa savissa olevat seokset. Näin ollen on mahdollista säätää päällysteen koostumusta tai ominaisuuksia.

25 Keksinnön suoritusmuodoissa, joissa täyteainepäällystettä käytetään ja se levitetään perusmetallin pintaan, rajoitinmateriaali, kuten on selvitetty yllä hakijan US-patentissa 4,923,832, voidaan sijoittaa päällystemateriaalin viereen, jolloin se sijaitsee vastapäätä perusmetallin massan pintaa. Kuten hakijan patentissa on selvitetty, rajoitin pysäyttää 30 olennaisesti hapettumisreaktiotuotteen kasvun, jotta se voi sisällyttää keraamisen matriisin täyteainepäällysteeseen. Kuten yllämainitussa US-patentissa on esitetty, sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materiaali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, joka tämän keksinnön mukaisissa prosessiolosuhteissa säilyttää osan yhtenäisyydestään, ei ole erityisen 35 haihtuva ja on mielellään läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti ehkäisemään, vaikuttamaan negatiivisesti, pysäyttämään, 16 93224 häiritsemään, estämään, jne. hapettumisreaktiotuotteen jatkuvan kasvun. Sopivia rajoittimia alumiiniperusmetallin ja happea sisältävien kaasuha-pettimien yhteydessä ovat kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsilikaatti, kuten wollastoniitti, portlandsementti ja joidenkin yhdistelmät. Kun käy-5 tetään lisäksi rajoitinta, voidaan käyttää myös sopivia tulenkestäviä hiukkasia minkä tahansa mahdollisen kutistumisen tai halkeilemisen vähentämiseksi, jota saattaisi muutoin esiintyä prosessin aikana kuumentamisen yhteydessä ja joka saattaisi heikentää keraamisen säiliön morfologiaa. Kuten yllä on selvitetty, monet näistä rajoittimista ovat 10 luonnostaan itsekantavia, kun niiden annetaan jähmettyä tai hydrolysoitua .

Vaikka keksintöä kuvataan tässä yhteydessä viitaten erityisesti alumiiniin suositeltavana perusmetallina, voidaan käyttää myös muita sopivia 15 perusmetalleja, jotka täyttävät keksinnön kriteerit ja ovat käyttökelpoisia lämmönvarastointiväliaineita ja joita ovat esimerkiksi pii, titaani, sirkonium, hafnium ja tina. Kuviossa 1 on esitetty yksityiskohtaisesti keksinnön mukaan valmistettu lämmönvarastointiväline. Perusmetalli on mielellään korkealla sulamisentropialla varustettu eutektinen seos, kuten 20 alumiini-pii -seos, jonka eutektinen piste on 580 "C piin painoprosentin ollessa 12,5. Ylieutektiset ja tertiaariset ja korkeampiasteiset kom-ponenttiseokset voivat olla myös käyttökelpoisia lämmönvarastointikykyä optimoitaessa. Lämmönvarastointiväline sisältää perusmetallin 6 massaa kapseloivan keraamisen säiliön 4, joka käsittää jäljelläolevan kulkeutu-25 mattoman ja reagoimattoman perusmetallin. Perusmetallin massan loppuunku-lumisesta johtuva tila tai ontelo 8 on riittävän tilava absorboimaan metallin laajenemisen käytön aikana.

Tietyt perusmetallit, jotka ovat käyttökelpoisia lämmönvarastointiväli-30 aineena lämpötilan ja hapettavan ympäristön erityisolosuhteissa, täyttävät ohjatulle hapettamisreaktiolle tarvittavat kriteerit ilman erityisiä lisäyksiä tai muunnelmia. Esimerkiksi noin 12 painoprosenttia piitä ja 1 painoprosentin magnesiumin sisältävä alumiiniseos 4032 voi olla erityisen hyödyllinen.

35 17 93224

Kuten yllä on todettu tämän keksinnön mukainen perusmetalli voi olla suhteellisen puhdas metalli, esim. alumiini, mutta se on mielellään seos, joka sisältää merkittävän pitoisuuden piitä ja/tai hiiltä edellyttäen, että perusmetalli sopii yhteen hapettamisreaktioprosessin kanssa. Tämän 5 vuoksi perusmetallin identiteetti voidaan valita siten, että saatavaan lämmönvarastointi- tai siirtovälineeseen voidaan saada toivotut lämmönva-rastointiominaisuudet. Vaihtelemalla perusmetallin seoksen koostumusta metallin massan faasinmuutosominaisuuksia käytön aikana tiettynä lämmön-varastointivälineenä voidaan säätää, mikä vaikuttaa välineen lämmönva-10 rastointiominaisuuksiin. Tämän keksinnön mukaisen metallin massan identiteetti ei rajoitu tämän vuoksi perusmetalliin, eli siihen metalliin, joka reagoi hapettimen kanssa muodostaen hapettumisreaktiotuotteen, esim. alumiini ilman yhteydessä alumiinioksidin muodostamiseksi. Esimerkiksi alumiini-pii -seoksilla on yleensä korkeat lämmönvarastointi tiheydet, kun 15 taas alumiinilla ja erityisesti piillä on suuret sulamisentropiat. Tämän keksinnön mukaisesti alumiiniseosperusmetalli, jonka piipitoisuus on korkeintaan noin 30 painoprosenttia, voidaan hapettaa, jotta voidaan muodostaa alumiinioksidinen hapettumisreaktiotuote ilman että huomattava määrä piimetallia reagoi. Näin ollen metallin massan koostumus hapettamisen 20 jälkeen voi olla erilainen ainakin suhteellisissa määrin kuin perusmetallin massan koostumus ennen hapettamisreaktion alkamista.

Voidaan käyttää kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta tai tällaisten hapettimien yhdistelmää, kuten yllä on selvitetty. Tyypillisiä 25 hapettimia ovat esimerkiksi rajoituksitta happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja niiden yhdisteet ja yhdistelmät, esimerkiksi piidioksidi (hapen lähteenä), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni ja propeeni (hiilen lähteenä) ja seokset kuten ilma H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli H2/H20 ja 30 C0/C02) ovat hyödyllisiä alentamaan ympäristön happiaktiivisuutta.

Kaasuhapetinta pidetään suositeltavana, ja keksinnön tiettyjä suoritusmuotoja kuvataan tässä yhteydessä viitaten kaasufaasihapettimien käyttöön. Jos käytetään kaasuhapetinta, täyteaineen peti tai päällyste on 35 läpäisevä kaasulle siten, että täyteaineen päällysteen ollessa alttiina hapettimelle kaasufaasihapetin läpäisee täyteaineen pedin tullakseen 18 93224 kosketukseen siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Termi "kaasu-faasihapetin" tarkoittaa höyrystynyttä tai normaalisti kaasumaista materiaalia, joka tuottaa hapettavan ilmakehän. Esimerkiksi happea (mukaanlukien ilman) sisältävät happi- tai kaasuseokset ovat suositelta-5 via kaasufaasihapettimia; esimerkiksi alumiinin ollessa perusmetallina ilma on suositeltava hapetin sen ilmeisestä taloudellisuudesta johtuen. Kun hapetin tunnistetaan tietyn kaasun tai höyryn sisältäväksi tai käsittäväksi, tämä tarkoittaa hapetinta, jossa tunnistettu kaasu tai höyry on perusmetallin ainoa hapetin käytettävässä hapettavassa ympäris-10 tössä vallitsevissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pääainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on perusmetallin hapetin, koska happi on muomattavasti voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määritetään "happea sisältävänä kaasuhapettimena" muttei "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena". Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä 15 "typpeä sisältävä kaasuhapetin" on "muodostuskaasu", joka sisältää noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä.

Kun käytetään kiinteää hapetinta, se on tavallisesti hajautuneena koko pedin tai täyteainepäällysteen läpi tai perusmetallin viereisen pääl-20 lysteen osan läpi täyteaineen kanssa sekoitettujen hiukkasten tai jauheiden muodossa tai mahdollisesti kalvona tai päällysteenä täyteainehiukkas-ten päällä. Voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta, joita ovat esimerkiksi boori ja hiili tai pelkistyvät yhdisteet, kuten piidioksidi tai tietyt boridit, joiden lämpödynaaminen stabiliteetti on 25 alhaisempi kuin perusmetallin boridireaktiotuotteella. Kun esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia käytetään kiinteänä hapettimena alu-miiniperusmetallin yhteydessä, saatava hapettumisreaktiotuote on alu-miiniboridi.

30 Joissakin tapauksissa hapettumisreaktio voi edetä niin nopeasti kiinteän hapettimen yhteydessä, että hapettumisreaktiotuote pyrkii sulamaan prosessin eksotermisesta luonteesta johtuen. Tämä ilmiö voi heikentää keraamisen kappaleen mikrorakenteellista yhtenäisyyttä. Tämä nopea eksoterminen reaktio voidaan välttää sekoittamalla seokseen suhteellisen 35 inerttisiä täyteaineita, joilla on alhainen reaktiivisuus. Tällaiset täyteaineet absorboivat reaktion lämmön minimoiden minkä tahansa lämmön- 19 93224 karkaamisilmiön. Esimerkkinä tällaisestä sopivasta inerttisestä täyteai-neesta mainittakoon sellainen, joka on olennaisesti sama kuin aiottu hapettumisreaktiotuote.

5 Jos käytetään nestemäistä hapetinta, täyteaineen koko peti tai sen sulan perusmetallin viereinen osa voidaan päällystää tai kostuttaa esimerkiksi upottamalla tai kuivaamalla hapettimella täyteaineen kyllästämiseksi. Viittaus nestemäiseen hapettimeen tarkoittaa sellaista hapetinta, joka on neste hapettamisreaktio-olosuhteissa, ja näin ollen nestemäisellä hapet-10 timella voi olla kiinteä esiaste, kuten suola, joka on sulassa muodossa hapettamisreaktio-olosuhteissa. Nestemäinen hapetin voi olla vaihtoehtoisesti neste tai liuos, jota käytetään kyllästämään osa täyteaineesta tai kaikki täyteaine ja joka sulatetaan tai hajotetaan hapettamisreaktioOlosuhteissa, jotta voidaan saavuttaa sopiva hapettimen osuus. Esimerkke-15 jä nestemäisistä hapettimista ovat tässä yhteydessä määritettyinä alhais-sulatteiset lasit.

Tämän keksinnön tiettyjen suoritusmuotojen yhteydessä hyödyllinen täyteaine on sellainen, joka keksinnön mukaisissa hapettamisreaktio-olosuh-20 teissä on ylläkuvatun mukaisesti läpäisevä hapettimen kululle lävitseen hapettimen ollessa kaasufaasihapetin. Täyteaine on joka tapauksessa myös läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvulle tai kehittymiselle lävitseen. Täyteaineella on myös prosessointilämpötilassa aluksi tai nopeasti muodostunut tai kehittynyt koheesiolujuus, jotta se voi säilyttää siihen 25 käänteisesti toistetun geometrian mukautuessaan perusmetallin massaan, kun sula perusmetalli siirtyy metallin massan aikaisemmin täyttämästä tilasta muodostaakseen samanaikaisesti (siirtymisen myötä) ontelon. Jos käytetään kaasumaista hapetinta, muodostunut hapettumisreaktiotuote on yleensä läpäisemätön ympäröivälle ilmakehälle, ja tämän vuoksi uunin 30 ilmakehä, esim. ilma, ei pysty tulemaan kehittyvän ontelon sisään. Tällä tavoin muodostuvaan onteloon kehittyy matalapaineinen alue sulan perusmetallin siirtymisen myötä. Hapettumisreaktiotuotteen kehittyvä kalvo on aluksi tavallisesti liian heikko tukemaan sen poikki näin kehittyvää paine-eroa painovoimien vaikuttaessa samanaikaisesti siten, että se 35 pyrkii tukemattomana romahtamaan sisäänpäin täyttäen ainakin osan sulan perusmetallin tyhjentämistä alueista ja menettäen näin ontelon muodon, 20 93224 jonka metallin massa alunperin synnytti. Jotta tämä romahtaminen tai osittainen romahtaminen voidaan välttää, on suositeltavaa valita täyteaine, joka perusmetallin sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa ja lähellä hapettumisreaktiolämpötilaa (mutta sen alapuolella) osittain 5 sintrautuu tai muutoin sitoutuu itseensä ja hapettumisreaktiotuotteen kasvavaan kerrokseen riittävästi tuottaakseen rakenteellista lujuutta ontelon ulkopuolelta, jotta voidaan säilyttää muotin toistettu geometria kehittyvässä ontelossa ainakin, kunnes kasvavan hapettumisreaktiotuotteen rakenne saavuttaa riittävän paksuuden ollakseen itsekantava kehittynyttä 10 paine-eroa vastaan ontelon seinämän poikki.

Sopiva itsesitoutuva täyteaine on sellainen, joka sopivassa lämpötilassa joko sintrautuu sisäisesti tai voidaan tehdä sintrautuvaksi tai sitoutuvaksi sopivien lisäaineiden tai täyteaineen pintamuunnosten avulla. 15 Esimerkiksi sopiva täyteaine, jota käytetään alumiiniperusmetallin yhteydessä ilman ollessa hapettimena, käsittää alumiinioksidijauheen varustettuna lisätyllä piidioksidisella sideaineella hienojen hiukkasten tai valanteiden muodossa alumiinioksidijauheen päällä. Tällaiset materiaalien seokset sintrautuvat tai sitoutuvat osittain hapettumisreaktio-20 olosuhteissa tai niiden alapuolella, joissa keraaminen matriisi muodostuu. Ilman piidioksidilisäainetta alumiinioksidihiukkaset vaativat olennaisesti korkeampia lämpötiloja sitoutuakseen. Toinen sopiva täyteaineiden sopiva luokka sisältää hiukkasia tai kuituja, jotka prosessin hapettamisreaktio-olosuhteissa muodostavat reaktiotuotteen kalvon pin-25 noilleen, joka pyrkii sitomaan hiukkaset toivotulla lämpötila-alueella. Esimerkkinä tällaisesta täyteaineiden luokasta, kun alumiinia käytetään perusmetallina ja ilmaa hapettimena, mainittakoon hienot piikarbidihiuk-kaset (esim. seulamitta 500, joka vastaa 25 mikronia tai hienompi), jotka muodostavat piidioksidikalvon, joka sitoo ne toisiinsa sopivalla lämpöti-30 la-alueella alumiinihapettamisreaktiota varten.

Ei ole välttämätöntä, että täyteaineen koko massa tai peti käsittää sintrautuvan tai itsesitoutuvan täyteaineen tai käsittää sintraus- tai sideaineen, vaikka tällainen järjestely kuuluu keksinnön piiriin. It-35 sesitoutuva täyteaine ja/tai sidos- tai sintrausaine voi olla hajautettuna ainoastaan siihen osaan petiä tai täyteainetta, joka sijaitsee perus- 21 93224 metallin massan vieressä tai ympäröi sitä syvyyteen, joka riittää muodostamaan sintrauksen tai muunlaisen sitomisen yhteydessä kehittyvän ontelon kotelon, jonka paksuus ja mekaaninen lujuus riittävät estämään ontelon luhistumisen ennen kuin hapettumisreaktiotuotteen riittävä paksuus on 5 saavutettu. Näin ollen riittää, jos muottia ympäröivän täyteaineen "tukivyöhyke" käsittää täyteaineen, joka on luontaisesti sintrautuva tai itsesitoutuva sopivalla lämpötila-alueella tai sisältää sintraus- tai sidosaineen, joka toimii tehokkaasti sopivalla lämpötila-alueella. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä täyteaineen "tukivyöhyke" 10 on täyteaineen se paksuus, joka ympäröi perusmetallin massaa, joka sitoutuessaan on ainakin riittävä tuottamaan rakenteellisen lujuuden, jota tarvitaan säilyttämään metallin massan toistettu geometria, kunnes kasvava hapettumisreaktiotuote tulee itsekantavaksi ontelon luhistumista vastaan, kuten yllä on kuvattu. Täyteaineen tukivyöhykkeen koko vaihtelee 15 metallin massan koosta ja konfiguraatiosta ja mekaanisesta lujuudesta, joka on saavutettu tukivyöhykkeessä olevalla sintrautuvalla tai it-sesitoutuvalla täyteaineella. Tukivyöhyke voi ulottua metallin massan pinnasta täyteaineen petiin siten, että etäisyys on lyhyempi kuin se, minkä hapettumisreaktiotuote kasvaa tai kasvun täysi etäisyys. Joissakin 20 tapauksissa tukivyöhyke voi olla itse asiassa melko ohut. Vaikka esimerkiksi täyteaineen tukivyöhyke voi olla perusmetallin sisäänsä sulkema täyteaineen peti ja olla itse ei-itsesitoutuvan tai ei-sintrautuvan täyteaineen laajemman pedin sisäänsä sulkema, tukivyöhyke voi sopivissa tapauksissa käsittää ainoastaan itsesitoutuvien tai sintrattavien hiuk-25 kasten päällysteen, jotka on kiinnitetty muottiin sopivalla liimalla tai päällysteaineella.

Täyteaineen ei missään tapauksessa tulisi sintrautua, sulaa tai reagoida siten, että muodostuu läpäisemätön massa, joka estää hapettumisreak-30 tiotuotteen suodattumisen tämän läpi tai kaasufaasihapetinta käytettäessä tällaisen kaasufaasihapettimen kulun sen läpi. Lisäksi minkä tahansa sintrautuneen massan, joka ei reagoi, ei tulisi muodostua tällaisessa alhaisessa lämpötilassa, koska se murtuu johtuen metallin ja täyteaineen välisen laajenemisen epä sopivuudesta ennen kasvulämpötilan saavuttamista, 35 mikä synnyttää epähomogeenisen sekarakenteen matriisin kehittymisen aikana, mikä johtuu siitä, että matriisi täyttää myöhemmin pelkästään 22 93224 sitoutuneessa täyteaineessa olevat murtumat. Esimerkiksi alumiiniperusme-talli ei käy läpi ainoastaan lämpölaajenemista kiinteätä tai sulaa metallia kuumennettaessa vaan myös merkittävän tilavuuden lisäyksen sulattamisen yhteydessä. Tämä vaatii sen, että täyteaineen peti, johon 5 perusmetallin muotti on upotettu, ei sintraudu tai itsesitoudu muulla tavoin muodostaakseen perusmetallin muottia ympäröivän jäykän rakenteen ennen sen differentiaalilaajenemista täyteaineeseen nähden puhumattakaan itsesitoutuneen rakenteen laajenemismurtumasta.

10 Sidos- tai sintrausaine voidaan sisällyttää täyteaineen ainesosana niissä tapauksissa, joissa täyteaineella ei muutoin olisi riittäviä luontaisia itsesitoutumis- tai sintrautumisominaisuuksia muodostuvan keraamisen kerroksen luhistumisen estämiseksi, joka kerros on muodostunut perusmetallin aikaisemmin täyttämään tilaan. Tämä sidosaine voi olla hajautettu 15 läpi koko täyteaineen tai perusmetallin lähellä olevalle tai viereiselle alueelle. Tähän tarkoitukseen sopivia materiaaleja ovat metallo-orgaaniset materiaalit, jotka hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseen vaadittavissa hapettamisolosuhteissa hajoavat ainakin osittain ja sitovat täyteaineen riittävästi tuottaen vaadittavan mekaanisen lujuuden. Sideaineen 20 ei tulisi häiritä hapettumisreaktioprosessia tai jättää keraamiseen sekarakennetuotteeseen ei-toivottuja jäännesivutuotteita. Tähän tarkoitukseen sopivat sideaineet ovat alalla tunnettuja. Esimerkkinä sopivista metallo-orgaanisista sideaineista mainittakoon tetraetyyliortosilikaatti, joka jättää jälkeensä hapettumisreaktiolämpötilassa piidioksidin osuuden, 25 joka sitää tehokkaasti täyteaineen vaadittavalla koheesiolujuudella.

Kuten hakijan patenteissa on selvitetty, perusmetallin yhteydessä käytettävät lisäaineet vaikuttavat suotuisasti hapettumisreaktioprosessiin erityisesti järjestelmissä, joissa alumiinia käytetään perusmetallina. 30 Perusmetallin yhteydessä käytettävä lisäaine tai käytettävät lisäaineet (1) voidaan järjestää perusmetalliin lisättyinä ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan levittää tai sisällyttää koko täyteaineeseen tai osaan siitä, tai voidaan käyttää mitä tahansa kahden tai useamman tekniikan (1), (2) tai (3) yhdistelmää. 35 Lejeerattua lisäainetta voidaan käyttää esimerkiksi yksin tai yhdessä toisen, ulkoisesti lisätyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, il; 23 93224 jossa ylimääräinen lisäaine tai -lisäaineet lisätään täyteaineeseen, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten hakijan patenteissa on selvitetty.

5 Tietyn lisäaineen toiminta tai toiminnat voivat riippua useista eri tekijöistä. Tällaisia tekijöitä ovat esimerkiksi käytettävä perusmetalli, lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti lisätyn lisäaineen käyttäminen yhdessä esiastemetalliin lejeeratun lisäaineen kanssa, käytettävän lisäaineen pitoisuus, hapettava 10 ympäristö ja prosessiolosuhteet.

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ovat erityisesti ilman ollessa hapettimena magnesium, sinkki ja pii joko yksin tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on kuvattu. Nämä metallit tai 15 metallien sopiva lähde voidaan lisätä alumiinipohjaiseen perusmetalliin pitoisuuksina kullekin noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan lisätyn metallin kokonaispainoon. Tulisi kuitenkin huomata, että tietyt lisäaineet muodostavat myös hyödyllisiä seoksia perusmetallin kanssa tuottaen optimaalisia lämmönvarastointiominaisuuksia, ja tämän vuoksi 20 lisäainetta voidaan käyttää eutektisilla alueilla. Esimerkiksi eutektiset aineet Al-Si tai Al-Si-Mg saisivat aikaan lisätyn perusmetallin kak-soistarkoituksen, jolla metallilla on korkea lämmönvarastointiarvo. Näitä lisäaineita tai niiden sopivaa lähdettä (esim. MgO, ZnO tai Si02) voidaan käyttää ulkoisesti perusmetalliin. Näin ollen alumiinioksidinen keraami-25 nen rakenne on saavutettavissa alumiini-pii -perusmetallille käytettäessä ilmaa hapettimena käyttämällä MgO:ta lisäaineena, joka levitetään metallin pintaan määrässä, joka on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa Mg:tä per gramma hapetettavaa perusmetallia ja suurempi kuin 0,003 grammaa per neliösenttimetri perusmetallia, johon MgO lisätään.

30

Lisäesimerkkejä alumiiniperusmetallille sopivista lisäaineista ovat natrium, germanium, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksin tai yhdessä yhden tai useamman muun lisäaineen kanssa hapettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Harvi-35 naiset maametallit, kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen 24 93224 silloin, kun niitä käytetään yhdessä muiden lisäaineiden kanssa. Nämä lisäaineet, kuten hakijan patenteissa on selvitetty, ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen kasvua alumiinipohjais-ten perusmetallijärjesteImien yhteydessä.

5 Tämän keksinnön mukainen ei-rajoittava esimerkki on tarkoitettu havainnollistamaan keksintöä.

Es imerkki 1 10

Kolme lieriömäisiksi muotoiltua alumiiniseoksista harkkoa 380.1 (Belmont Metals, nimellisesti tunnistettu painoprosentteina: 8-8,5 % Si, 2-3 % Zn ja 0,1 % Mg aktiivisina lisäaineina ja 3,5 % Cu sekä Fe, Mn ja Ni, mutta varsinaisen Mg-pitoisuus oli joskus korkeampi alueella 0,17-0,18) kor-15 keudeltaan 2,22 cm (7/8 tuumaa) ja halkaisijaltaan 2,54 cm (1 tuuma) työstettiin kulmistaan pyöreiksi. Noin 0,25 cm (0,10 tuumaa) paksu kerros päällystemateriaalia, joka käsitti 50 painoprosenttia alumiinioksidi-jauhetta (C-75, hiomaton, Alcan Aluminium Ltd.), 20 painoprosenttia alumiinioksidij auhetta (C-71, tavallinen hionta, Alcan Aluminium Ltd.) ja 20 30 painoprosenttia savea (Edgar Plastic Kaolin), levitettiin tasaisesti kunkin harkon pintaan. Päällysteen annettiin kuivua, ja päällystetyt harkot upotettiin rajoitinmateriaaliin, joka käsitti 70 painoprosenttia wollastoniittikuituja (mineraalikalsiumsilikaatti, FP-laatu, Nyco, Inc.) ja 30 painoprosenttia kipsiä (Bondex, Bondex, Inc.) sisältävän yhtenäisen 25 seoksen, joka sijoitettiin tulenkestävään upokkaaseen. Tämä upokkaan ja sen sisällön käsittävä kooste sijoitettiin uuniin, jossa ilma oli hapet-timena, ja kuumennettiin 4 tunnin aikana 950 eC:en. Uunia pidettiin 950 eC:ssa 60 tuntia, jonka jälkeen se jäähdytettiin ympäristön lämpötilaan 4 tunnin aikana.

30

Upokas ja sen sisältö poistettiin uunista, ja mainitut kolme tuotetta otettiin talteen upokkaasta. Liika rajoitinmateriaali poistettiin niiden pinnoilta kevyellä hiekkapuhalluksella. Tuotteiden tutkiminen osoitti, että hapettumisreaktiotuote oli suodattunut päällystemateriaaliin. Yksi 35 näistä kolmesta lämmönvarastointivälineestä poikkileikattiin, jotta voitiin paljastaa metallisubstraatti ja huokostilavuus. Kuvio 2 on 9 3224 25 valokuva saadusta tuotteesta, ja kuvio 1 on tuotteen poikkileikkaus, joka esittää keraamisen säiliön 4, metallin massan 6 ja tyhjön 8. Tuote kuumennettiin huoneen lämpötilasta 700 °C:en metallin keernan sulamispisteen yläpuolelle ja jäähdytettiin takaisin huoneen lämpötilaan viisi 5 kertaa peräkkäin. Mitään keraamisen säiliön murtumista tai luhistumista ei löydetty tai havaittu.

Claims (14)

93224

1. Menetelmä suorakosketuksisen lämmönvarastointivälineen tuottamiseksi käsittäen perusmetallia, ontelon ja luontaisesti koheesiivisen keraa- 5 misen kerroksen, joka on muodostunut yhtenäiseksi metallin kanssa ja kapseloi metallin ja ontelon, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavaa: (a) kuumennetaan perusmetalli hapettimen läsnäollessa perusmetallin 10 sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan, joka hapettumisreaktiotuote on muodostettu vaiheessa (b), sulan perusmetallimassan muodostamiseksi, ja 15 (b) sanotussa lämpötilassa (i) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa ulospäin massan pinnasta, jotta perusmetallin massan kanssa muodostuu yhtenäisesti hapettumisreaktiotuotteen kerros, 20 (ii) sula perusmetalli kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen läpi kosketukseen hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla muodostaen näin jatkuvasti progressii- 25 visesti paksumman kerroksen hapettumisreaktiotuotetta ulospäin sanotusta pinnasta ja kuluttaen samanaikaisesti sulaa metallia sanotusta massasta, (iii) jatketaan reaktiota niin kauan, että progressiivisesti paksumpi kerros kehittyy riittävään paksuuteen reagoimattoman perusmetallin 30 kapseloimiseksi ja ontelon saamiseksi mainitun kuluttamisen tuloksena, ja (c) otetaan saatava lämmönvarastointiväline talteen.

2. Menetelmä lämmönvarastointivälineen tuottamiseksi käsittäen perus-35 metallia, ontelon ja luontaisesti koossapysyvän keraamisen täyteainetta sisältävän sekarakenteisen säiliön, joka on muodostunut yhtenäiseksi 93224 metallin kanssa ja kapseloi metallin ja ontelon, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavaa: (a) järjestetään täyteaineen massa perusmetallin pinnan viereen, 5 (b) kuumennetaan perusmetalli hapettimen läsnäollessa perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan, joka hapettumisreaktiotuote on muodostettu vaiheessa (c), sulan perusmetallin massan muodostamiseksi, 10 ja (c) sanotussa lämpötilassa (i) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa ulospäin 15 massan pinnasta, jotta massaan muodostuu hapettumisreaktiotuotteen kerros, ii) sula perusmetalli kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta sekä kohti täyteaineen massaa ja sanottuun täyteaineen massaan 20 siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla muodostaen näin jatkuvasti progressiivisesti paksumman kerroksen täyteaineen suodattavaa hapettumisreaktiotuotetta ulospäin sanotusta pinnasta ja kuluttaen samanaikaisesti sulaa metallia massasta, 25 (iii) jatketaan reaktiota niin kauan, että progressiivisesti paksumpi kerros kehittyy riittävään paksuuteen sulkeakseen sisäänsä ainakin osan sanotusta täyteaineesta ja reagoimattoman perusmetallin kapseloimiseksi ontelon saamiseksi mainitun kuluttamisen tuloksena, ja 30 (d) otetaan saatava lämmönvarastointiväline talteen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestetään hapetusreaktiotuotteen kasvua paikallisesti 35 ehkäisevä rajoitin ainakin osittain erilleen perusmetallin massasta ja jatketaan reaktiota rajoittimeen, jotta voidaan tuottaa kerros, jonka 93224 paksuus säätyy rajoittimen sijainnin perusteella, joka rajoitin käsittää seuraavasta rynmästä valitun materiaalin: kipsi, portlandsementti, kalsiumsilikaatti sekä niiden seokset.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinin ja hapetin käsittää ilman, joka alumiiniperusmetalli sisältää ainakin yhden piistä ja magnesiumista koostuvasta ryhmästä valitun komponentin, ja jossa sanottu lämpötila-alue on noin 690-1450 °C. 10

5. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että perusmetallin yhteydessä käytetään lisäainetta.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että hapetin käsittää ilman, perusmetalli käsittää piistä, titaanista, sirkoniumista, hafniumista ja tinasta koostuvasta ryhmästä valitun materiaalin ja täyteaineen massa on läpäisevä hapettimelle ja hapettu-misreaktiotuotteen kasvun suodattumiselle, joka täyteaine käsittää metallin oksidista, boridista, karbidista ja nitridistä koostuvasta 20 ryhmästä valitun materiaalin.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetallin muodostava seos käsittää eutektisen seoksen.

8. Patenttivaatimuksen 2 tai 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineen massa (1) säilyttää riittävän mukautumiskyvyn, perusmetallin sulamispisteessä olevan tilavuudenmuutoksen kompensoimiseksi ja perusmetallin ja täyteaineen välisen differentiaalisen lämpölaajenemisen kompensoimiseksi, ja (2) se ympäröi perusmetallia ainakin 30 tukivyöhykkeessään, ja on luontaisesti itsesitoutuva ainoastaan perusmetallin sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa mutta hapet-tumisreaktiolämpötilan alapuolella ja riittävän lähellä sitä, jotta sanottu kompensoiminen voidaan saada aikaan, jolloin täyteaineella on riittävä koheesiolujuus, jotta voidaan estää ontelon luhistuminen perus-35 metallin kulkeutumisen aikana. Il 93224

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää seuraavasta ryhmästä valitun materiaalin: alumiinioksidi, piikarbidi, keramiikalla päällystetty hiili, piidioksidi, savi, alumiininitridi, piinitridi, titaanidiboridi, titaanioksidi ja 5 näiden seokset.

10. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että järjestetään kiinteän hapettimen tai nestemäisen hapettimen lähde ja sisällytetään lähde täyteaineeseen ja annetaan lähteen reagoida ainakin 10 osittain perusmetallin kanssa hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinin ja piin seoksen ja sanottu seos on eutektinen seos, joka sisältää valinnaisesti magnesiumia. 15

12. Lämmönvarastointiväline, tunnettu siitä, että se käsittää perusmetallin massasta saadun metallikeernan, luontaisesti koossapysyvän keraamisen säiliön, joka on muodostettu yhtenäisesti sanotun metallikeernan kanssa ja kapseloi sen, joka säiliö käsittää kolmiulotteisesti yhdis- 20 tyneen hapettumisreaktiotuotteen, joka on muodostunut siten, että osa perusmetallista on reagoinut hapettimen kanssa perusmetallin sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa, jolloin tämä osa on kuluttanut perusmetallia keernan saamiseksi perusmetallin kuluttamattomasta jäljellejääneestä osasta, ja lisäksi säiliö käsittää olennaisesti täydellisesti 25 sisällytetyn ontelon, jonka määrittää keraamisen säiliön ja metallikeernan pinnat.

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen lämmönvarastointiväline, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinin ja hapettumis- 30 reaktiotuote käsittää alumiinioksidin.

14. Patenttivaatimuksen 12 tai 13 mukainen lämmönvarastointiväline, tunnettu siitä, että sanottu keraaminen säiliö on sulkenut olennaisesti sisäänsä täyteaineen. 35 93224