Koncentrovaná solární energie (CSP) se odlišuje od ostatních obnovitelných zdrojů energie tím, že využívá akumulaci tepelné energie (TES) a konvenční tepelné motory k odesílání energie na vyžádání. Aby však bylo dosaženo konkurenceschopné úrovně nákladů na energii (LCOE), musí být sníženy systémové náklady CSP.
Nedávné studie několika trojitých periodických minimálních povrchů (TPMS) a periodických uzlových povrchů jako výměníků tepla ukázaly, že povrchy Schwarz-D TPMS mají vynikající vlastnosti přenosu tepla. karbidy přechodných kovů skupiny IV-VI, boridy a kompozity jsou nejběžnějšími materiály z keramiky pro ultravysoké teploty (UHTC). Před zavedením aditivní výroby bylo obtížné vyrobit zařízení TPMS.
Ve srovnání s předchozími metodami výroby keramických struktur TPMS se rozvíjí výroba adhezivních tryskových aditiv jako slibná a škálovatelná metoda tvarování keramiky. Adhezivní tryskový tisk byl použit k výrobě UHTC tepelných výměníkových desek v kombinaci s reaktivní infiltrací, ale nebyl použit k výrobě UHTC TPMS struktur slinutých na vysoké relativní hustoty. Poznatky získané ze slinování nanomateriálů naznačují, že nízká hustota surového materiálu během lisování není vždy problémem a že dosažení dobré stejnoměrnosti je důležitější.
V této studii autoři prokázali proveditelnost výroby adhezivních sprejových aditiv struktur UHTC-TPMS slinováním a tiskem prázdných kandidátů. Byly vytvořeny komponenty s alespoň 92 procenty teoretické relativní hustoty, které jsou rovněž součástí TPMS.
Cílová hustota představuje přechod z mezistupně do konečného stupně slinování, který je nezbytný pro slinování složitých forem blízkých síti do plné hustoty a potlačení prostupu plynu pomocí techniky slinování HIP. Účelem demonstrační části TPMS bylo zjistit, zda parametry tisku a slinování získané ze zkušebních vzorků byly použitelné pro komplexní geometrii, která by byla použita pro návrh tepelného výměníku.
Tým vytiskl 9 cm 3 krychlové kusy TPMS a sintroval je, aniž by je zdeformoval nebo rozbil. Topologie designu, materiály a výrobní pokroky jsou prezentovány pro dosažení nejlepšího výkonu ve své třídě v roztavených chloridových solích ve výměnících tepla CSP.
Výzkumníci diskutují o použití kombinace výroby pojivových tryskových aditiv a slinování k vytvoření článků UHTC-TPMS na bázi ZrB2-MoSi2-. Vzhledem ke svým dobrým zpracovatelským vlastnostem a kvalitě byl ZrB2-MoSi2 záměrně vybrán jako neplatný kandidát k prokázání proveditelnosti výměníku tepla UHTC-TPMS, dokud nebude určen nejlepší materiál UHTC pro tuto aplikaci.
Bylo ukázáno, že výrobu adhezivních sprejových aditiv lze použít k tisku a slinování struktur UHTC-TPMS. Aby bylo možné účinně omezit zkreslení, bylo zjištěno, že je zapotřebí strategie omezující prostor. Bylo možné použít konvenční práškovou surovinu s d50 přibližně 2-3 m, stejnou velikost jako při konvenčním zpracování UHTC. Tyto materiály jsou sintrovány na teoretickou relativní hustotu 92-98 procent, která je dostatečná k tomu, aby zabránila tekutinám výměníku tepla procházet stěnami, oddělují dvě oblasti a umožňují tepelný izostatický tlak, když jsou požadovány vyšší hustoty.