Koncentrerad solenergi (CSP) särskiljs från andra förnybara energikällor genom att använda termisk energilagring (TES) och konventionella värmemotorer för att skicka energi vid behov. Men för att uppnå en konkurrenskraftig utjämnad energikostnad (LCOE) måste CSP-systemkostnaderna minskas.
Nyligen genomförda studier av flera trippelperiodiska minimumytor (TPMS) och periodiska nodalytor som värmeväxlare har visat att Schwarz-D TPMS-ytor har utmärkta värmeöverföringsegenskaper. grupp IV-VI övergångsmetallkarbider, borider och kompositer är de vanligaste materialen för ultrahög temperatur keramiska (UHTC). Före introduktionen av additiv tillverkning var TPMS-enheter svåra att tillverka.
Jämfört med tidigare metoder för tillverkning av keramiska TPMS-strukturer, utvecklas tillverkning av adhesiv jet-additiv som en lovande och skalbar metod för att forma keramik. Självhäftande jettryck har använts för att tillverka UHTC värmeväxlarplattor i kombination med reaktiv infiltration, men har inte använts för att tillverka UHTC TPMS-strukturer sintrade till höga relativa densiteter. Lärdomar från sintring av nanomaterial tyder på att låg rådensitet under gjutning inte alltid är ett problem och att det är viktigare att uppnå god enhetlighet.
I denna studie visade författarna genomförbarheten av adhesiv spraytillverkning av UHTC-TPMS-strukturer genom att sintra och skriva ut tomma kandidater. Komponenter med minst 92 procent teoretisk relativ densitet skapades, vilka också ingår i TPMS.
Måldensiteten representerar övergången från det mellanliggande till det sista steget av sintring, vilket är nödvändigt för att sintra komplexa nära-nätformer till full densitet och undertrycka gaspermeation med sintringstekniken HIP. Syftet med demonstrations-TPMS-delen var att se om de tryck- och sintringsparametrar som erhölls från testproverna var tillämpliga på den komplexa geometri som skulle användas för värmeväxlardesignen.
Teamet skrev ut 9 cm 3 kubiska TPMS-bitar och sintrade dem utan att förvränga eller bryta dem. Designtopologier, material och tillverkningsframsteg presenteras för att uppnå klassens bästa prestanda i smälta kloridsalter i CSP-värmeväxlare.
Forskarna diskuterar användningen av en kombination av bindemedelstillsatstillverkning och sintring för att bygga ZrB2-MoSi2-baserade UHTC-TPMS-celler. På grund av dess goda bearbetningsegenskaper och kvalitet valdes ZrB2-MoSi2 avsiktligt som en ogiltig kandidat för att demonstrera genomförbarheten av en UHTC-TPMS värmeväxlare tills det bästa UHTC-materialet för denna applikation kunde fastställas.
Det visades att tillverkning av adhesiv spraytillsats kan användas för att skriva ut och sintra UHTC-TPMS-strukturer. För att effektivt begränsa distorsion, fann man att en utrymmesbegränsande strategi behövdes. Den kunde använda konventionellt pulverråvara med en d50 på ungefär 2-3 m, samma storlek som används i konventionell UHTC-bearbetning. Dessa material sintras till en teoretisk relativ densitet på 92-98 procent, vilket är tillräckligt för att förhindra värmeväxlarvätskor från att passera genom väggarna, separera de två områdena och tillåta termiskt isostatiskt tryck när högre densiteter krävs.