Изготовление и стойкость к термическому шоку 3D-печатной пористой чёрной цирконии для концентрированных солнечных установок

Представлен новый подход к изготовлению пористых материалов, предназначенных в качестве солнечных приёмников для концентрированной солнечной радиации в технологии power tower. В таких применениях материалы испытывают крутые температурные градиенты и тысячи циклов; при этом материалы из сотовых структур и керамических пен показали недостаточную термическую работоспособность. С помощью процесса Fused Filament Fabrication можно проектировать печатные детали, отвечающие требованиям солнечных приёмников, а именно тёмному цвету и высокой солнечной поглощательной способности. В этом исследовании представлены данные по сохраняемой прочности на сжатие недавно разработанных 3D-печатных пористых кубов из чёрной цирконии после термического циклирования в условиях, аналогичных условиям для объёмных приёмников и каталитических подложек для производства солнечных топлив (H2 и/или CO) через термохимический цикл. В отличие от плотных керамик, стойкость к термическому шоку у 3D-печатных кубов уменьшалась постепенно с увеличением температурного градиента. Циклы термического шока выполнялись между 800 °C и 1100, 1200 и 1300 °C, что соответствует ΔT 300, 400 и 500 K соответственно. Дополнительно проводились испытания водяным закаливанием при ΔT = 300 K и до 400 K. Измерения прочности на сжатие, выполненные для оценки сохраняемой механической прочности после воздействия до 100 циклов, показали, что чёрные циркониевые кубы выдерживают температурные градиенты как минимум до 400 K.