Energia solară concentrată (CSP) se diferențiază de alte surse de energie regenerabilă prin utilizarea stocării energiei termice (TES) și a motoarelor termice convenționale pentru a expedia energie la cerere. Cu toate acestea, pentru a obține un cost competitiv nivelizat al energiei (LCOE), costurile sistemului CSP trebuie reduse.
Studiile recente ale mai multor suprafețe minime periodice triple (TPMS) și suprafețe nodale periodice ca schimbătoare de căldură au arătat că suprafețele Schwarz-D TPMS au proprietăți excelente de transfer de căldură. carburile, borurile și compozitele ale metalelor de tranziție din grupa IV-VI sunt cele mai comune materiale ceramice la temperaturi ultra-înalte (UHTC). Înainte de introducerea producției aditive, dispozitivele TPMS erau dificil de fabricat.
În comparație cu metodele anterioare de fabricare a structurilor ceramice TPMS, producția de aditivi cu jet de adeziv se dezvoltă ca o metodă promițătoare și scalabilă de formare a ceramicii. Imprimarea cu jet de adeziv a fost folosită pentru a fabrica plăci schimbătoare de căldură UHTC în combinație cu infiltrarea reactivă, dar nu a fost folosită pentru a fabrica structuri UHTC TPMS sinterizate la densități relative ridicate. Lecțiile învățate din sinterizarea nanomaterialelor sugerează că densitatea scăzută a brutului în timpul turnării nu este întotdeauna o problemă și că obținerea unei uniformități bune este mai importantă.
În acest studiu, autorii au demonstrat fezabilitatea fabricării de aditivi cu pulverizare adeziv a structurilor UHTC-TPMS prin sinterizarea și imprimarea candidaților goali. Au fost create componente cu cel puțin 92% densitate relativă teoretică, care fac, de asemenea, parte din TPMS.
Densitatea țintă reprezintă tranziția de la etapa intermediară la etapa finală a sinterizării, care este necesară pentru sinterizarea formelor complexe de aproape net până la densitatea completă și pentru a suprima penetrarea gazului folosind tehnica de sinterizare HIP. Scopul părții demonstrative TPMS a fost de a vedea dacă parametrii de imprimare și sinterizare obținuți din eșantioanele de testare erau aplicabili la geometria complexă care va fi utilizată pentru proiectarea schimbătorului de căldură.
Echipa a imprimat piese TPMS cubice de 9 cm 3 și le-a sinterizat fără a le distorsiona sau rupe. Sunt prezentate topologiile de proiectare, materialele și progresele de fabricație pentru a obține cea mai bună performanță din clasă în sărurile de clorură topite în schimbătoarele de căldură CSP.
Cercetătorii discută despre utilizarea unei combinații de fabricare a aditivilor cu jet de liant și sinterizare pentru a construi celule UHTC-TPMS bazate pe ZrB2-MoSi2-. Datorită caracteristicilor bune de procesare și calității sale, ZrB2-MoSi2 a fost ales în mod intenționat ca candidat nevalid pentru a demonstra fezabilitatea unui schimbător de căldură UHTC-TPMS până când a putut fi determinat cel mai bun material UHTC pentru această aplicație.
S-a demonstrat că fabricarea aditivilor cu spray adeziv poate fi utilizată pentru a imprima și sinteriza structurile UHTC-TPMS. Pentru a limita eficient distorsiunea, s-a constatat că este necesară o strategie de limitare a spațiului. A fost capabil să utilizeze materie primă pulbere convențională cu un d50 de aproximativ 2-3 m, aceeași dimensiune utilizată în procesarea UHTC convențională. Aceste materiale sunt sinterizate la o densitate relativă teoretică de 92-98 procente, care este suficientă pentru a preveni trecerea fluidelor schimbătoare de căldură prin pereți, separând cele două regiuni și permițând presiunea izostatică termică atunci când sunt necesare densități mai mari.