Концентрированная солнечная энергия (CSP) отличается от других возобновляемых источников энергии использованием аккумулирования тепловой энергии (TES) и обычных тепловых двигателей для распределения энергии по запросу. Однако для достижения конкурентоспособной приведенной стоимости энергии (LCOE) необходимо снизить системные затраты CSP.
Недавние исследования нескольких тройных периодических минимальных поверхностей (TPMS) и периодических узловых поверхностей в качестве теплообменников показали, что поверхности Schwarz-D TPMS обладают превосходными свойствами теплопередачи. Карбиды, бориды и композиты переходных металлов группы IV-VI являются наиболее распространенными сверхвысокотемпературными керамическими (СВТК) материалами. До внедрения аддитивного производства устройства TPMS было сложно изготовить.
По сравнению с предыдущими методами изготовления керамических конструкций TPMS, аддитивное производство клеевой струи развивается как перспективный и масштабируемый метод формирования керамики. Адгезионная струйная печать использовалась для изготовления пластин теплообменника UHTC в сочетании с реактивной инфильтрацией, но не использовалась для изготовления структур UHTC TPMS, спеченных до высокой относительной плотности. Уроки, извлеченные из спекания наноматериалов, показывают, что низкая исходная плотность во время формования не всегда является проблемой и что более важным является достижение хорошей однородности.
В этом исследовании авторы продемонстрировали возможность производства спрей-аддитивного клея для структур UHTC-TPMS путем спекания и печати пустых кандидатов. Были созданы компоненты с теоретической относительной плотностью не менее 92 процентов, которые также являются частью TPMS.
Целевая плотность представляет собой переход от промежуточной к конечной стадии спекания, который необходим для спекания сложных почти чистых форм до полной плотности и подавления газопроницаемости с использованием технологии спекания HIP. Цель демонстрационной части TPMS состояла в том, чтобы увидеть, применимы ли параметры печати и спекания, полученные из тестовых образцов, к сложной геометрии, которая будет использоваться для конструкции теплообменника.
Команда напечатала детали TPMS объемом 9 см 3 и спекала их, не деформируя и не ломая. Топологии конструкции, материалы и усовершенствования в производстве представлены для достижения лучших в своем классе характеристик в расплавленных солях хлорида в теплообменниках CSP.
Исследователи обсуждают использование комбинации струйного производства связующего и спекания для создания ячеек UHTC-TPMS на основе ZrB2-MoSi2-. Из-за его хороших технологических характеристик и качества ZrB2-MoSi2 был намеренно выбран в качестве недопустимого кандидата для демонстрации возможностей теплообменника UHTC-TPMS до тех пор, пока не будет определен лучший материал UHTC для этого применения.
Было показано, что производство добавок в виде аэрозольного клея можно использовать для печати и спекания структур UHTC-TPMS. Было обнаружено, что для эффективного ограничения искажений необходима стратегия ограничения пространства. Он мог использовать обычное порошковое сырье с d50 приблизительно 2-3 м, такой же размер, как и при обычной обработке UHTC. Эти материалы спекаются до теоретической относительной плотности 92-98 процентов, что достаточно для предотвращения прохождения теплообменных жидкостей через стенки, разделения двух областей и обеспечения теплового изостатического давления, когда требуются более высокие плотности.