Konsentrert solenergi (CSP) skiller seg fra andre fornybare energikilder ved å bruke termisk energilagring (TES) og konvensjonelle varmemotorer for å sende energi etter behov. Men for å oppnå en konkurransedyktig utjevnet energikostnad (LCOE), må CSP-systemkostnadene reduseres.
Nyere studier av flere trippel periodiske minimumsoverflater (TPMS) og periodiske nodaloverflater som varmevekslere har vist at Schwarz-D TPMS-overflater har utmerkede varmeoverføringsegenskaper. gruppe IV-VI overgangsmetallkarbider, borider og kompositter er de vanligste materialene med ultrahøy temperatur keramikk (UHTC). Før introduksjonen av additiv produksjon var TPMS-enheter vanskelige å fremstille.
Sammenlignet med tidligere metoder for produksjon av keramiske TPMS-strukturer, er produksjon av adhesive jet additiv i utvikling som en lovende og skalerbar metode for å danne keramikk. Selvklebende jetprinting har blitt brukt til å fremstille UHTC varmevekslerplater i kombinasjon med reaktiv infiltrasjon, men har ikke blitt brukt til å fremstille UHTC TPMS-strukturer sintret til høye relative tettheter. Erfaringer fra sintring av nanomaterialer tyder på at lav råtetthet under støping ikke alltid er et problem, og at det er viktigere å oppnå god ensartethet.
I denne studien demonstrerte forfatterne gjennomførbarheten av adhesive spray additiv produksjon av UHTC-TPMS strukturer ved å sintre og skrive ut tomme kandidater. Det ble laget komponenter med minst 92 prosent teoretisk relativ tetthet, som også er en del av TPMS.
Måltettheten representerer overgangen fra det mellomliggende til det siste stadiet av sintringen, som er nødvendig for å sintre komplekse nærnett-former til full tetthet og undertrykke gassgjennomtrengning ved hjelp av sintrings-HIP-teknikken. Hensikten med demonstrasjons-TPMS-delen var å se om utskrifts- og sintringsparametrene oppnådd fra testprøvene var anvendelige for den komplekse geometrien som ville bli brukt for varmevekslerdesignet.
Teamet skrev ut 9 cm 3 kubikk TPMS-stykker og sintret dem uten å forvrenge eller knekke dem. Designtopologier, materialer og fabrikasjonsfremskritt presenteres for å oppnå klassens beste ytelse i smeltede kloridsalter i CSP-varmevekslere.
Forskerne diskuterer bruken av en kombinasjon av bindestråletilsetningsproduksjon og sintring for å bygge ZrB2-MoSi2-baserte UHTC-TPMS-celler. På grunn av dens gode prosesseringsegenskaper og kvalitet, ble ZrB2-MoSi2 med vilje valgt som en ugyldig kandidat for å demonstrere gjennomførbarheten til en UHTC-TPMS varmeveksler inntil det beste UHTC-materialet for denne applikasjonen kunne bestemmes.
Det ble vist at produksjon av adhesiv spraytilsetning kan brukes til å skrive ut og sintre UHTC-TPMS-strukturer. For å effektivt begrense forvrengning, ble det funnet at en plassbegrensende strategi var nødvendig. Den var i stand til å bruke konvensjonelt pulverråstoff med en d50 på omtrent 2-3 m, samme størrelse som brukes i konvensjonell UHTC-behandling. Disse materialene er sintret til en teoretisk relativ tetthet på 92-98 prosent, som er tilstrekkelig til å forhindre at varmevekslerfluider passerer gjennom veggene, skiller de to områdene og tillater termisk isostatisk trykk når høyere tettheter kreves.