[发明专利]生产陶瓷/金属贮热介质的方法及其制品

说明书

本发明涉及一种制造直接接触的热贮存介质的方法，该介质包含由一整体形成的陶瓷容器密封住的金属体及其产品。特别是本发明涉及一种制造热贮存介质的方法，该方法通过将大块前身金属直接氧化形成一个陶瓷壳，该壳与未反应的金属成为一整体并密封住未反应的金属，在作为热贮存介质装置期间，它经历一个熔化和冷凝的变化过程。

与许多其它材料比较，公认金属为具有高热导性;并对其进行研究用作为热贮存介质。在这种应用中，作为热贮存介质的金属经历一个加热时熔化而且冷却时冷凝的连续循环过程，因此，通常称为相变材料。某些金属（和合金）具有相当高的变化潜热;而且，对用于热交换和热贮存来说，还具有一个重要的优点，就是上述金属的热交换器面积与贮存体积之比值在给定的循环时间内比具有低热导率的材料小得多。此外，在任何材料的熔点下，能吸收熔化潜热。然而若在热贮存应用中能有效地利用潜热变化的温度下，一般金属是不适用的，因为金属在熔化时不能维持自身的形状或刚性。

在这种情况下，一种方便的用作金属热贮存介质的容器将能便于在容器外部和金属之间的热传导，并且，仍然保持其机械性能，尽管由所包含的金属使之产生相变（熔化和冷凝）。再者，所密封的相变材料将便于其与能量传导液体的直接接触。能够将热传导给金属的陶瓷容器，在工作温度下结构上仍然足以坚固地盛有工作用金属，这种陶瓷容器会满足这些标准。

美国专利4，146，057（1979年3月27日授予J.Friedman等人）被露了一种能量贮存系统，这个系统用来缓冲能量提供和使用之间的间断性和/或不同步性。该能量贮存系统包括含有一陶瓷容器的缓冲区域，一个由该陶瓷容器充以铝联同钾环和一个能源和能量输出环。除了在一热贮存系统中可用作盛装铝的陶瓷容器的一般陈述外，没有披露或建议这种陶瓷如何生产。仅仅说是一种金属反应产物层。

美国专利2，823，151（1958年2月11日授予Yntema等人）披露在一个金属基体上形成一种含有合金或金属互化物薄层，特别是一种钼金属基体，为了使基体能抵抗在高温时的氧化。该薄层被称作钼-硅-硼合金或金属互化物，而且，通过使下面的钼与硅和硼反应在钼金属基体上形成，或者通过用钼涂在非钼金属基体上，然后使钼与硅反应。然而，这项专利仅仅指出一种涂敷方法，没有提供热贮存介质的途径，因为钼既没有熔化也没有经历熔化和冷凝相变。更进一步说，Yntema等人没有披露使金属基体或基底氧化以生成一密封的陶瓷容器，使其能盛有熔融状态的钼金属基体。

英国专利申请2，159，542（1985年3月13日由Zielinger等人提出）涉及一种在金属表面上生成一种各向同性的防护性氧化物层，在其内部，该层的生长速度是通过改变生长环境的氧气压力来进行控制的。然而Zielinger等人既没有披露或提出生长一种具有任何合适强度的陶瓷层来盛有处于熔融状态的涂层金属，也没有提出形成热贮存介质。

Rapp等发明的美国专利4，657，067披露了一种利用低共熔合金的熔化热而获得的热贮存材料。这种合金形成了一个比低共熔芯体熔点更高的外壳。该材料的形成是通过熔化一种相变合金，然后，缓慢冷却熔融物，这样使得在整个组成的固化过程中首先出现高熔点材料，并且密封住低熔点的内部低共熔芯体材料。

一种新颖而有效的利用大块前身金属（母金属）的直接氧化来生产自支撑陶瓷体的方法披露于以下共同未决和共同所有的专利申请中。这种直接的氧化过程适合于生产一种含有自密封金属的热贮存介质的工艺过程。

与之相应，共同所有美国专利申请（编号818，943，Newkirk等人1986年1月15日提出申请）描述了一种通过熔融母金属的直接氧化生产陶瓷材料的通用过程。在该过程中，氧化反应产物最初在暴露于氧化剂的熔融母金属体的表面上形成，然后，随着熔融金属经过氧化反应产物的传送到达在氧化剂和先前形成的氧化反应产物的界面处与氧化剂接触，在界面处它的反应使得氧化反应产物层不断增厚，于是，这种氧化反应产物开始从表面向外生长。该过程可能可以通过采用能与母金属形成合金的掺杂剂而得到加速，例如，在铝母金属，在空气中氧化的情况。通过采用将掺杂剂施加到母金属的外表面上的方法，可使这种方法得到改进，如在共同所有专利申请书美国专利编号822，999（Newkirk等人1986年1月17日提出申请）中所披露的。在此专利中，氧化被认为有其广泛的意义，氧化意味着一种或多种金属将电子给予其它元素或元素的化合物，或者与它们共用电子，以生成化合物。与之相应，“氧化剂”这个词表示电子受主或共用者。