Koncentreret solenergi (CSP) adskiller sig fra andre vedvarende energikilder ved at bruge termisk energilagring (TES) og konventionelle varmemotorer til at sende energi efter behov. For at opnå en konkurrencedygtig udjævnet energiomkostning (LCOE), skal CSP-systemomkostningerne reduceres.
Nylige undersøgelser af adskillige triple periodic minimum surfaces (TPMS) og periodiske nodale overflader som varmevekslere har vist, at Schwarz-D TPMS overflader har fremragende varmeoverførselsegenskaber. gruppe IV-VI overgangsmetalkarbider, borider og kompositter er de mest almindelige ultra-høj temperatur keramiske (UHTC) materialer. Før introduktionen af additiv fremstilling var TPMS-enheder svære at fremstille.
Sammenlignet med tidligere metoder til fremstilling af keramiske TPMS-strukturer er fremstilling af adhæsive jet-additiv ved at udvikle sig som en lovende og skalerbar metode til at danne keramik. Klæbende jetprint er blevet brugt til at fremstille UHTC varmevekslerplader i kombination med reaktiv infiltration, men er ikke blevet brugt til at fremstille UHTC TPMS-strukturer sintret til høje relative tætheder. Erfaringer fra sintring af nanomaterialer tyder på, at lav rådensitet under støbning ikke altid er et problem, og at opnåelse af god ensartethed er vigtigere.
I denne undersøgelse påviste forfatterne gennemførligheden af adhæsiv spray additiv fremstilling af UHTC-TPMS strukturer ved at sintre og udskrive tomme kandidater. Der blev skabt komponenter med mindst 92 procent teoretisk relativ tæthed, som også er en del af TPMS.
Måltætheden repræsenterer overgangen fra det mellemliggende til det sidste trin af sintringen, hvilket er nødvendigt for at sintre komplekse nærnet-former til fuld densitet og undertrykke gasgennemtrængning ved hjælp af sintrings-HIP-teknikken. Formålet med demonstrations-TPMS-delen var at se, om print- og sintringsparametrene opnået fra testprøverne var anvendelige til den komplekse geometri, der ville blive brugt til varmevekslerdesignet.
Holdet printede 9 cm 3 kubiske TPMS-stykker og sintrede dem uden at forvrænge eller knække dem. Designtopologier, materialer og fremstillingsfremskridt præsenteres for at opnå den bedste ydeevne i klassen i smeltede chloridsalte i CSP-varmevekslere.
Forskerne diskuterer brugen af en kombination af binderjet-additivfremstilling og sintring til at bygge ZrB2-MoSi2-baserede UHTC-TPMS-celler. På grund af dets gode behandlingsegenskaber og kvalitet blev ZrB2-MoSi2 med vilje valgt som en ugyldig kandidat for at demonstrere gennemførligheden af en UHTC-TPMS varmeveksler, indtil det bedste UHTC-materiale til denne applikation kunne bestemmes.
Det blev vist, at fremstilling af adhæsiv spray-additiv kan bruges til at printe og sintre UHTC-TPMS-strukturer. For effektivt at begrænse forvrængning blev det fundet, at en pladsbegrænsende strategi var nødvendig. Det var i stand til at bruge konventionelt pulverråmateriale med en d50 på ca. 2-3 m, den samme størrelse som bruges i konventionel UHTC-behandling. Disse materialer er sintret til en teoretisk relativ densitet på 92-98 procent, hvilket er tilstrækkeligt til at forhindre varmevekslervæsker i at passere gennem væggene, adskille de to områder og tillade termisk isostatisk tryk, når der kræves højere densiteter.